Il verde delle piante è influenzato dalla qualità della luce, in particolare dal rapporto tra luce rossa e luce rossa lontana (R:FR). La luce rossa è essenziale per la fotosintesi, mentre la luce rossa lontana può segnalare ombra o concorrenza da parte delle piante vicine. In risposta ai cambiamenti nel rapporto R:FR, le piante possono regolare la produzione di clorofilla e la morfologia delle foglie per ottimizzare la cattura della luce e l’efficienza fotosintetica.
1. Regolazione mediata dal fitocromo:
- Fitocromi:le piante percepiscono i cambiamenti nel rapporto R:FR principalmente attraverso fotorecettori specializzati chiamati fitocromi. I fitocromi esistono in due forme interconvertibili:Pr (forma che assorbe la luce rossa) e Pfr (forma che assorbe la luce rosso lontano).
- Risposta alla luce rossa:quando esposto alla luce rossa, Pr viene convertito in Pfr, che attiva percorsi di segnalazione a valle. Questa risposta è nota come "risposta R:FR bassa". In condizioni di R:FR elevato (che indica la luce solare diretta), le piante accumulano elevati livelli di Pfr, con conseguente aumento della sintesi della clorofilla e maggiore capacità fotosintetica.
- Risposta alla luce rossa lontana:al contrario, quando esposta alla luce rossa lontana o in condizioni di basso R:FR (che indicano ombra o competizione), la forma Pfr del fitocromo si riconverte rapidamente in Pr. Questa "risposta R:FR elevata" porta a una ridotta produzione di clorofilla e a una diminuzione dell'attività fotosintetica.
2. Regolazione trascrizionale:
- Espressione genica:i cambiamenti nella produzione di clorofilla sono regolati principalmente a livello trascrizionale. I fitocromi e altri componenti di segnalazione luminosa influenzano l'espressione dei geni che codificano per gli enzimi della biosintesi della clorofilla e per le proteine che legano la clorofilla.
- Fattori di trascrizione:fattori di trascrizione specifici, regolati da segnali luminosi, controllano l'espressione di questi geni. Ad esempio, il fattore di trascrizione HY5 (ELONGATED HYPOCOTYL 5) è un regolatore chiave della biosintesi della clorofilla ed è indotto da condizioni di basso R:FR.
3. Degradazione e turnover della clorofilla:
- Decomposizione della clorofilla:oltre a regolare la sintesi della clorofilla, le piante controllano anche la degradazione e il ricambio delle molecole di clorofilla. In condizioni di basso R:FR, la degradazione della clorofilla viene accelerata, portando ad una diminuzione del verde generale della pianta.
- Enzimi della clorofilla:gli enzimi della clorofilla svolgono un ruolo cruciale nella degradazione della clorofilla catalizzando la scomposizione delle molecole di clorofilla in prodotti di degradazione incolori.
Ottimizzando il loro colore verde e il contenuto di clorofilla in risposta alla qualità della luce, le piante possono ottimizzare le loro prestazioni fotosintetiche e adattarsi a diversi ambienti luminosi. Questa regolazione dinamica consente alle piante di massimizzare la cattura della luce, bilanciare i fabbisogni energetici e ridurre al minimo gli sprechi energetici in diverse nicchie ecologiche.
