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L’arsenale difensivo delle radici delle piante

Visualizzazione della suberina (indotta verso la punta della radice a sinistra) in Arabidopsis thaliana, con un gradiente colorato in intensità. Credito: UNIGE

Le piante si adattano alle loro esigenze nutrizionali modificando la permeabilità delle loro radici attraverso la produzione o la degradazione di uno strato simile al sughero chiamato suberina. Studiando la regolazione di questo strato protettivo in Arabidopsis thaliana, un team internazionale, guidato da scienziati dell’Università di Ginevra (UNIGE), in Svizzera, ha scoperto quattro fattori molecolari responsabili dell’attivazione genetica della suberina. L’individuazione di questi fattori ha consentito la produzione di piante con radici continuamente ricoperte, o al contrario completamente prive, di suberina. Questi fattori sono di grande interesse per la selezione delle piante più resistenti agli stress ambientali. Questo lavoro è pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences ( PNAS ).

L’assorbimento radicale di nutrienti e acqua dal suolo deve essere selettivo, specialmente quando l’ambiente è tossico per la pianta. La suberina, presente nelle radici delle piante , è una sostanza composta da lipidi che funge da barriera protettiva contro i vari stress ambientali. Infatti, un precedente studio di Marie Barberon, docente presso il Dipartimento di Botanica e Biologia Vegetale della Facoltà di Scienze dell’UNIGE, ha dimostrato che la suberina, il principale componente del sughero, può ricoprire le pareti cellulari, o al contrario essere degradata modificare la permeabilità delle radici ai nutrienti presenti nell’ambiente. Lo strato suberico protegge così la pianta dalla perdita d’acqua e dalla presenza di elementi tossici come sale o cadmio ma può anche ottimizzare l’acquisizione dei nutrienti necessari alla crescita.

Quattro fattori chiave nella pianta modello Arabidopsis

Per capire come viene regolata la presenza di suberina, un team internazionale, guidato da Marie Barberon, si è interessato ad alcuni regolatori presenti nell’endoderma, lo strato cellulare che circonda i vasi che trasportano la linfa e che forma la suberina. Questo studio è stato condotto nell’organismo modello ampiamente utilizzato nella biologia vegetale, Arabidopsis thaliana. “Siamo stati in grado di utilizzare una delle caratteristiche di questa pianta, ovvero la trasparenza delle sue radici, per osservare direttamente al microscopio la presenza o l’assenza di suberina dopo la colorazione e abbiamo potuto identificare i fattori essenziali per la sua produzione”, spiega Vinay Shukla, ricercatore nel Dipartimento di Botanica e Biologia Vegetale e primo autore di questo studio. Ciò ha permesso ai biologi di identificare le quattro principali proteine ​​responsabili della formazione della suberina nell’endoderma. “Abbiamo così ottenuto piante le cui radici sono sempre ricoperte di suberina. Usando la tecnica CRISPR/Cas9, abbiamo anche generato un quadruplo mutante per queste proteine ​​che è compromesso nella produzione di suberina”, continua Vinay Shukla.  

Verso piante super resistenti

Queste piante di Arabidopsis modificate sono state poi coltivate in ambienti con diversi livelli di sodio, nutriente contenuto nel sale e necessario per la crescita delle piante, ma che può diventare tossico se presente nel terreno ad alte concentrazioni. “Abbiamo osservato che le piante le cui radici sono continuamente ricoperte di suberina assorbono meno sodio di quelle senza. D’altra parte, queste ultime sono meno resistenti alle concentrazioni tossiche”, commenta Marie Barberon.

Questa scoperta dei fattori chiave che regolano la formazione della suberina nelle radici fornisce preziosi strumenti genetici per studiare più precisamente il suo ruolo nel mantenimento dell’equilibrio dei nutrienti nelle piante, ma anche per la resistenza allo stress salino, alla siccità o alle inondazioni. Questi risultati possono anche potenzialmente avere un impatto considerevole agronomica, utilizzando suberina ei fattori identificati in questo studio come radice tratti di selezionare le piante più resistenti a condizioni ambientali avverse.

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