Uno studio rivela che il caldo indebolisce il sistema immunitario delle piante

Tra gli scienziati di tutto il mondo regna l'incertezza sul motivo per cui le difese delle piante contro gli agenti patogeni si indeboliscano con l'aumento delle temperature. Tuttavia, la soluzione potrebbe risiedere nella genetica.

Da tempo gli scienziati cercano di capire perché le piante diventino più vulnerabili alle malattie quando le temperature aumentano.

Mentre sono in corso ricerche in materia, un gruppo di ricercatori provenienti da università di tutto il mondo ha cercato dei modi per ripristinare la capacità delle piante di difendersi dagli agenti patogeni durante la stagione calda.

Con l'accelerarsi dei cambiamenti climatici, saremo sotto pressione per apprendere nuove conoscenze in laboratorio e trasferirle sul campo più rapidamente. Non vedo come potremo farlo senza una maggiore accettazione delle piante geneticamente modificate.– Marc Nishimura, ricercatore di immunità vegetale, Colorado State University

“Le piante contraggono molte più infezioni a temperature elevate perché il loro livello di immunità basale è ridotto”, ha affermato Sheng-Yang He, biologo vegetale della Duke University che ha guidato il team di ricerca. “Quindi volevamo sapere: come percepiscono il calore le piante? E possiamo davvero intervenire per renderle resistenti al calore?”

Lo studio, pubblicato su Nature, si è concentrato sull’Arabidopsis thaliana, un’umile erbaccia comunemente nota come crescione delle orecchie di topo, considerata dai biologi vegetali la “cavia da laboratorio delle piante”. L’Arabidopsis thaliana prospera sui bordi delle strade, nei sentieri aperti e nei terreni incolti ed è utilizzata in esperimenti in tutto il mondo grazie al suo ciclo vitale breve e al genoma corto e facile da modificare.

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Gli scienziati hanno affermato che il principale ormone di difesa dell’Arabidopsis thaliana è l’acido salicilico, utilizzato da molte piante, comprese le principali colture, per resistere alle malattie. Tuttavia, la produzione di acido salicilico può essere interrotta quando le temperature aumentano di pochi gradi.

"Le condizioni meteorologiche estreme associate al cambiamento climatico influenzano molti aspetti della vita vegetale e animale, compresa la risposta alle malattie infettive", hanno scritto i ricercatori. "La produzione di acido salicilico, un ormone di difesa centrale delle piante, è particolarmente vulnerabile alla soppressione causata da brevi periodi di caldo al di sopra del normale intervallo di temperatura di crescita delle piante, attraverso un meccanismo sconosciuto".

Dopo anni di lavoro in laboratorio, i ricercatori hanno isolato il gene CBP60g, che può inibire la produzione dell’ormone acido salicilico nelle piante quando le temperature aumentano, neutralizzandone il meccanismo di difesa. La soluzione ha aggirato geneticamente il gene per ripristinare la difesa della pianta a temperature più elevate.

"Si è trattato di uno sforzo pluriennale e multi-istituzionale", ha dichiarato a Olive Oil Times Christian Danve Castroverde, biologo presso la Wilfrid Laurier University in Canada e coautore dello studio.

“Nel 2013, [abbiamo] scoperto che brevi periodi di alta temperatura hanno un impatto drammatico sulle difese ormonali delle piante di Arabidopsis contro l’infezione da parte di un batterio chiamato Pseudomonas syringae”, ha aggiunto. “Dopo diversi anni, siamo finalmente riusciti a identificare la base molecolare di come l’immunità dell’Arabidopsis venga soppressa da condizioni di temperatura calda.”

I ricercatori hanno aggirato il gene in laboratorio aggiungendo un ‘promotore’. La breve sequenza di DNA costringe il gene a trascriversi (copiare la sequenza di DNA in una molecola di RNA), ripristinando la capacità dell’Arabidopsis thaliana di produrre l’ormone acido salicilico.

"Includendo il recettore dell'acido salicilico e i geni biosintetici, l'espressione ottimizzata di CBP60g è stata sufficiente a ripristinare ampiamente la produzione di acido salicilico, l'immunità basale e l'immunità innescata dagli effettori alla temperatura di crescita elevata senza compromessi significativi in termini di crescita", hanno scritto i ricercatori.

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Il team ha iniziato a testare la modificazione genetica su colture alimentari come la colza. Prevede inoltre di sperimentare con altre colture, tra cui il grano e le patate. Tuttavia, Castroverde ha affermato che è necessaria una quantità significativa di ricerca sul campo prima di applicare la soluzione su larga scala.

"Molte piante possiedono geni simili al CBP60g e molte di esse hanno la capacità di produrre acido salicilico", ha detto. "Sembra che le piante abbiano già un'arma nel loro arsenale. La nostra sfida ora è semplicemente quella di sfruttare questo potere. In termini di applicazioni agricole, credo che dovremo aspettare fino a quando non avremo risultati positivi nelle prove sul campo".

Tuttavia, la soluzione specifica proposta dal team di ricerca per ripristinare il sistema immunitario delle piante presuppone che i consumatori siano pronti ad accettare una maggiore manipolazione genetica del loro cibo.

«Con l’accelerarsi dei cambiamenti climatici, saremo sotto pressione per apprendere cose in laboratorio e trasferirle sul campo più rapidamente», ha affermato Marc Nishimura, esperto di immunità vegetale presso la Colorado State University, che non ha partecipato alla ricerca. «Non vedo come potremo farlo senza una maggiore accettazione delle piante geneticamente modificate».

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Nonostante il successo ottenuto nel ripristinare la difesa dell’Arabidopsis thaliana contro il calore, i ricercatori hanno sottolineato che la lacuna nella comprensione di come il riscaldamento climatico influenzi l’efficacia del sistema immunitario delle piante è “una preoccupazione fondamentale per la futura produttività agricola, la conservazione degli ecosistemi e l’emergere di nuove pandemie di malattie delle piante”.

Tuttavia, hanno aggiunto che i loro risultati indicano che le colture diventeranno più resistenti in futuro.

"Siamo riusciti a rendere l'intero sistema immunitario della pianta più robusto alle temperature calde", ha detto He, il biologo vegetale della Duke. "Se questo vale anche per le piante coltivate, è davvero una cosa importante perché allora avremo un'arma molto potente".