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Plant metallothioneins as potential players in food security

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Biofortificazione delle colture con zinco per una maggiore nutrizione e sicurezza alimentare

Con i cambiamenti climatici che minacciano sempre più la sicurezza alimentare globale e la ricerca di diete vegetali che non compromettano la nutrizione, la caccia a nuove fonti di cibo è in corso. PMTFOS potrebbe avere la risposta celata nei semi di un cereale, il sorgo.

Alimenti e Risorse naturali

La sicurezza alimentare riguarda l’accesso affidabile al cibo in generale e anche alle vitamine e ai minerali necessari. L’OMS stima che 2 miliardi di persone soffrono di “fame nascosta”, spesso conseguenza di una dieta prevalentemente vegetale che può essere priva di alcuni micronutrienti, in particolare vitamina A, ferro e zinco. I cambiamenti climatici dovrebbero aggravare questa situazione, con l’aumento della siccità che minaccia la produzione zootecnica e agricola. Allo stesso tempo, se il mondo sviluppato vuole raggiungere uno stile di vita più sostenibile, dovrà seguire una dieta maggiormente a base di vegetali, ma i benefici per la salute associati devono essere bilanciati dal rischio di carenze di micronutrienti essenziali. Il progetto PMTFOS ha studiato una classe di proteine chiamate metallotioneine che trasportano e immagazzinano metalli nelle colture cerealicole. Le metallotionine vegetali di tipo 4 si trovano nei semi di tutte le piante da fiore e nelle foglie delle piante della resurrezione. Sono cariche di zinco, necessario per il funzionamento di almeno il 10 % di tutte le proteine umane e coinvolto in tutti i principali processi fisiologici. Anche questo aiuta a riportare in vita i semi e le foglie dopo la completa secchezza. Nella fattispecie, le metallotioneine possono aumentare il valore nutrizionale dei cereali e aiutarli a resistere alla siccità.

Analisi biofisica delle proteine e sperimentazione vegetale

Le metallotioneine sono proteine uniche, dotate del più alto contenuto di ioni metallici come lo zinco. Il progetto PMTFOS ha caratterizzato le capacità leganti i metalli e il ruolo fisiologico delle metallotionine del sorgo, sia a livello di singole proteine che di piante intere. Ha favorito una nuova collaborazione con il genetista vegetale José Gutierrez-Marcos, professore associato presso la Scuola di Scienze della Vita di Warwick. Si tratta della prima applicazione di CRISPR/Cas9 per la modifica dei geni di metallotionina nell’arabetta comune, per esplorarne la funzione nelle piante. Il team di ricerca, guidato da Claudia Blindauer, professoressa associata, ha prodotto metallotioneine pure del sorgo mediante espressione ricombinante in batteri in presenza di zinco, rame o cadmio, alimentando proteine cariche di metallo. Da un’analisi effettuata con tecniche spettroscopiche e spettrometriche, è emerso che ogni metallotioneina di sorgo ha preferenze diverse per quanto riguarda il legame con i metalli, giungendo alla conclusione che solo la metallotioneina di tipo 4, specifica dei semi, favorisce lo zinco rispetto ad altri metalli, compreso il cadmio tossico. «Questo implica che le metallotionine di tipo 4 hanno il potenziale per biofortificare le colture con lo zinco», ha dichiarato Agnieszka Mierek-Adamska, borsista Marie Skłodowska-Curie. «Ma abbiamo scoperto che l’elevata somiglianza tra le metallotioneine di tipo 4 di specie vegetali diverse non garantisce le stesse proprietà leganti i metalli. I lavori futuri devono considerarne il carico di metallo nella pianta».

Alimenti sicuri, nutrienti, di elevata qualità e a prezzi accessibili

PMTFOS è incentrato sul sorgo come cereale con un’insolita resistenza alla siccità e al calore. Attualmente una coltura di riferimento per 500 milioni di persone in Africa, America e nel subcontinente indiano, potrebbe diffondersi maggiormente nelle diete europee come adattamento ai cambiamenti climatici. Può anche essere una potente fonte di nutraceutici per combattere l’obesità e le malattie cardiovascolari, a condizione che ciò non sia compromesso dalla scarsa biodisponibilità dello zinco. Il team sta ampliando il campo di lavoro per stabilire se le metallotioneine vegetali sono coinvolte solo in risposte a particolari sollecitazioni o se sono proteine generiche di risposta allo stress, con un grande potenziale per nuove colture resistenti allo stress. «L’analisi del background molecolare della resistenza alla siccità del sorgo sarà cruciale per altre colture vitali come il grano, l’orzo, il mais o il riso. Il suo genoma relativamente piccolo (3,4 volte più piccolo del mais strettamente connesso) lo rende un eccellente modello di pianta», aggiunge Mierek-Adamska.

Parole chiave

PMTFOS, sicurezza alimentare, zinco, coltura, sorgo, piante, nutrizione, cambiamenti climatici, metallotioneine, resistente al calore, siccità

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