Come agisce la siccità sulle radici delle piante
Durante il loro sviluppo, le piante devono costantemente regolare il livello di acqua che contengono in risposta alle mutevoli condizioni ambientali. Le radici svolgono un ruolo vitale in questo processo, esplorando l’ambiente del suolo e raccogliendo acqua. La siccità può avere un impatto notevole sulla funzione radicale alterando la permeabilità cellulare all’acqua (idraulica) e influenzando la crescita e l’architettura del sistema radicale. Le proteine canale dell’acqua, note come acquaporine, regolano l’idraulica delle radici in risposta a diversi stimoli, tra i quali lo stress da siccità. Ormoni vegetali (noti anche come fitormoni), quali auxina e acido abscissico (ABA), sono importanti per la crescita e lo sviluppo delle radici poiché regolano le acquaporine durante la formazione di radici laterali (LRF). Il progetto DROUGHTROOT di Orizzonte 2020, finanziato dall’UE, ha integrato queste risposte adattative delle piante alla siccità esplorando i collegamenti funzionali tra architettura delle radici, acquaporine e idraulica, e fitormoni. L’obiettivo era quello di raggiungere una comprensione completa di come le radici delle piante ottimizzino l’assorbimento di acqua in condizioni di siccità. Uso del modello vegetale I ricercatori hanno utilizzato la pianta modello Arabidopsis thaliana per studiare le risposte delle piante allo stress idrico, dal livello elementare della LRF fino all’intero livello della radice, per identificare le complesse interazioni e i percorsi di segnalazione. «Lo studio delle radici di Arabidopsis comporta una combinazione unica di biologia dello sviluppo, genomica, biofisica e modellizzazione matematica, finalizzata a trasferire tali conoscenze alle colture», afferma Christophe Maurel, coordinatore del progetto. Gli scienziati hanno applicato una serie variabile di condizioni di stress idrico, da lieve a grave, per indagare la relazione tra l’architettura del sistema radicale e la sua attività di trasporto dell’acqua. I risultati hanno rivelato una doppia risposta delle radici alla carenza idrica. «La prima comportata un effetto stimolante su sviluppo di radici laterali, architettura delle radici e idraulica, osservabile in condizioni di stress idrico lieve. Per contro, livelli più elevati di stress idrico hanno prodotto effetti inibitori generali», afferma Maurel. L’ABA ha mostrato un effetto positivo e repressivo sia sulla crescita delle radici che sull’idraulica, a seconda della sua concentrazione. Pertanto, è stato dimostrato che l’ABA coordina strettamente le risposte delle radici alla carenza idrica, per ottimizzare l’assorbimento di acqua. «In particolare, abbiamo osservato che le radici manifestano sensibilità distinte alla carenza idrica in base alla loro età e al rango», spiega Maurel. Dati applicati al modello DROUGHTROOT ha fornito ai fisiologi delle piante e ai modellatori matematici quantità notevoli di dati, che saranno applicati a un modello strutturale funzionale di assorbimento dell’acqua dalle radici precedentemente sviluppato. «Il modello aiuterà a prevedere il comportamento delle piante colpite o nella loro architettura radicale o nei parametri idraulici e a evidenziare elementi o parametri chiave per i test biologici», osserva Maurel. Nel lungo termine, queste conoscenze creeranno opportunità per i fitotecnici fornendo strumenti e prove di concetto per prendere di mira i percorsi di segnalazione dipendenti dall’ABA che coordinano le risposte radicali alla carenza idrica. Una migliore comprensione delle strategie di acquisizione dell’acqua da parte delle piante aiuterà inoltre a ottimizzare le procedure di irrigazione. In generale, questi progressi contribuiranno alla sicurezza alimentare e a pratiche agricole sostenibili in caso di ridotta disponibilità idrica a causa di cambiamenti climatici.
Parole chiave
DROUGHTROOT, acqua, pianta, siccità, radici, acido abscissico (ABA), acquaporina, formazione di radici laterali (LRF), auxina
