Nel mondo delle piante, un tiro alla fune molecolare stabilisce quando i pori, conosciuti come stomi, si aprono per consentire gli importanti processi di fotosintesi e traspirazione, e quando si chiudono per prevenire la perdita di acqua. Ora, una nuova ricerca di Wolf Frommer e colleghi della Carnegie mostra che l’“interruttore molecolare” degli stomi è un delicato equilibrio di forze regolato dal gas di idrogeno solforato.

"Capendo esattamente come le piante controllano l'apertura e la chiusura dei loro stomi, possiamo potenzialmente progettare strategie di utilizzo dell'acqua più efficienti per resistere a condizioni climatiche sempre più irregolari", ha spiegato Frommer.

La ricerca è pubblicata negli Atti della National Academy of Sciences. Gli stomi sono minuscoli pori presenti nelle foglie e negli steli che consentono l'ingresso dell'anidride carbonica e l'uscita del vapore acqueo durante la fotosintesi e la traspirazione. Comprendere i meccanismi molecolari alla base della loro regolazione offre informazioni sulla capacità delle piante di tollerare gli stress ambientali, come la siccità e l’elevata salinità, e potrebbe consentire agli scienziati di sviluppare colture con una migliore efficienza nell’uso dell’acqua.

Da decenni gli scienziati sanno che l’ormone vegetale acido abscissico (ABA) innesca la chiusura degli stomi in risposta alla siccità o ad altri stress. In precedenza si pensava che l’ABA agisse esclusivamente su una molecola nota come “canale anionico lento” (SLAH3) negli stomi per limitare la perdita di acqua.

Tuttavia, uno studio del 2018 condotto dal team di Frommer ha capovolto la comprensione di lunga data della segnalazione ABA. Hanno scoperto che SLAH3 non è direttamente responsabile dei movimenti stomatici ma regola piuttosto la produzione di gas di idrogeno solforato, che a sua volta innesca l’apertura degli stomi.

Il loro ultimo studio si basa su questa scoperta, svelando il quadro completo di come l’idrogeno solforato è coinvolto nei movimenti stomatici e di come interagisce con la segnalazione ABA. Utilizzando una combinazione di tecniche fisiologiche, biochimiche e molecolari, il team ha scoperto che l'ABA inibisce l'attività del canale SLAH3, che aumenta la produzione di idrogeno solforato e promuove l'apertura stomatica. D’altra parte, in assenza di ABA o in condizioni che riducono i livelli di idrogeno solforato, gli stomi si chiudono.

"Il nostro studio stabilisce che l'idrogeno solforato è una molecola chiave che media l'intricata coordinazione dei movimenti stomatici con altri segnali e condizioni ambientali, fornendo un meccanismo molecolare che le piante utilizzano per integrare gli stimoli esterni con la loro fisiologia interna", ha concluso Frommer.

I risultati potrebbero avere implicazioni per la selezione vegetale e le strategie di ingegneria volte a migliorare le prestazioni delle colture in varie condizioni ambientali, tra cui siccità e elevata salinità.