Forma e altezza delle piante, caratteristiche legate alla genetica?
L’altezza delle piante influenza in modo determinante la resa delle colture. Ad esempio, dato che le colture a elevata altezza sono più vulnerabili al vento e alla pioggia, sono soggette a un maggior rischio di caduta, riducendo di conseguenza la resa agricola complessiva. Per mitigare questo rischio, un team di scienziati ha creato colture più basse modificando un gruppo di geni chiamati DELLA. Sebbene queste mutazioni abbiano incrementato il rendimento delle colture, hanno anche comportato alcuni effetti collaterali indesiderati, come l’aumento della sensibilità alle condizioni asciutte nel corso della fase di germinazione dei semi. «È necessaria una comprensione più dettagliata dei geni che controllano la crescita in altezza di una pianta», afferma Rafael Garcia Tavares, borsista Marie Skłodowska-Curie presso il John Innes Centre, un centro di eccellenza internazionale in materia di fitologia, genetica e microbiologia. «Conoscenze di tal genere ci consentirebbero di realizzare nuovi metodi più precisi di migliorare la forma delle piante coltivate», aggiunge Robert Sablowski, che dirige il dipartimento di biologia cellulare e dello sviluppo del John Innes Centre. Attraverso lo svolgimento del progetto SOS-CROPS, finanziato dall’UE, Tavares e Sablowski stanno lavorando per sviluppare queste conoscenze. Il progetto ha concentrato l’attenzione sul gene ATH1, che controlla l’allungamento dello stelo nel modello vegetale Arabidopsis thaliana, una piccola pianta da fiore nota anche con il nome di arabetta comune. «Eravamo già a conoscenza del fatto che modificando il momento e il luogo in cui viene espresso questo gene avremmo potuto inibire la crescita dello stelo», spiega Tavares. «Il progetto ha cercato di comprendere il modo in cui funziona ATH1, nonché di approfondire la possibilità di utilizzare i cambiamenti nella regione regolatrice del gene per modificare l’altezza della pianta.»
Regolare la crescita delle piante in modo localizzato
I ricercatori avevano inizialmente in programma di ridurre l’altezza della pianta modificando la regione regolatrice di ATH1. A livello teorico, questa alterazione avrebbe comportato l’aumento della sua espressione durante lo sviluppo dello stelo, risultando in una pianta più bassa colpita da una minore quantità di effetti collaterali. Tuttavia, come accade spesso nella ricerca scientifica, le cose non sono andate secondo i piani. «L’idea non ha funzionato», osserva Tavares. «Ciò ha suggerito che la regolazione di ATH1 è più complessa di quanto avessimo ipotizzato inizialmente.» Non tutto è andato comunque perduto. Al contrario, il team è tornato in laboratorio per studiare le modalità di funzionamento di ATH1. Secondo Sablowski, questo lavoro di laboratorio ha consentito di produrre nuovi indizi preziosi sul modo in cui ATH1 modifica la forma di una pianta mediante variazioni localizzate nella sua risposta a segnali ambientali. «Gli organi di una pianta si allungano in risposta a segnali luminosi e ormonali e ATH1 agisce a livello locale per inibire questa risposta», afferma. «Inoltre, abbiamo riscontrato che i geni ATH1 e DELLA convergono per inibire la crescita dello stelo», aggiunge Tavares. «L’azione combinata di entrambi i geni è ciò che determina la forma caratteristica a rosetta dell’Arabidopsis, con le sue foglie molto vicine al terreno, invece della forma allungata che contraddistingue numerose piante imparentate del genere Brassica.» Sulla base di questo risultato, Tavares e Sablowski stanno ora approfondendo il modo in cui la variazione di ATH1 potrebbe aver contribuito alla varietà di forme vegetali registrate nel genere Brassica, a cui appartengono il cavolo, il cavolfiore e la colza.
Plasmare una carriera scientifica
Questo progetto ha fatto progredire non solo la nostra comprensione del modo in cui i geni influenzano la crescita della pianta, ma anche la carriera di Tavares. «Il programma di azioni Marie Skłodowska-Curie ha contribuito fortemente alle mie prospettive future, consentendomi di acquisire importanti competenze ed esperienze professionali che mi saranno estremamente utili per trovare un ruolo di ricercatore indipendente», sottolinea. Tavares sostiene che intende continuare la propria ricerca nello sviluppo vegetale e nell’architettura della parte epigea delle piante. «Il mio obiettivo finale è quello di far progredire la scienza e la tecnologia delle piante verso un concetto di agricoltura più sostenibile», conclude.
Parole chiave
SOS-CROPS, pianta, resa delle colture, colture, geni, DELLA, fitologia, genetica, gene ATH1