Il caldo indebolisce il sistema immunitario delle piante, risultati di uno studio

Gli scienziati hanno cercato a lungo di capire perché le piante diventano più vulnerabili alle malattie quando le temperature aumentano.

Mentre sono in corso ricerche pertinenti, un gruppo di ricercatori di università di tutto il mondo ha cercato modi per ripristinare la capacità delle piante di difendersi dagli agenti patogeni quando fa caldo.

"Le piante contraggono molte più infezioni a temperature calde perché il loro livello di immunità basale è basso", ha affermato Sheng-Yang He, biologo vegetale della Duke University che ha guidato il team di ricerca. "Quindi volevamo sapere, come fanno le piante a sentire il calore? E possiamo davvero risolverlo per rendere le piante resistenti al calore?

La studio, pubblicato su Nature, incentrato sull'Arabidopsis thaliana, un'erbaccia senza pretese ampiamente conosciuta come il crescione dell'orecchio di topo, considerata la 'topo da laboratorio delle piante' da biologi vegetali. L'Arabidopsis thaliana prospera sui bordi delle strade, sui sentieri aperti e sui lotti liberi ed è utilizzata in esperimenti in tutto il mondo grazie al suo breve ciclo di vita e al suo genoma breve e facile da modificare.

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 alcuni gradi.

"Condizioni meteorologiche estreme Associato a cambiamento climatico influenzano molti aspetti della vita vegetale e animale, inclusa la risposta alle malattie infettive", hanno scritto i ricercatori. "La produzione di acido salicilico, un ormone di difesa delle piante centrale, è particolarmente vulnerabile alla soppressione da parte di 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 trattenere la produzione dell'ormone dell'acido salicilico nelle piante quando le temperature aumentano, neutralizzando il loro meccanismo di difesa. La soluzione ha bypassato geneticamente il gene per ripristinare le difese della pianta a temperature più calde.

"Questo è stato uno sforzo pluriennale e multiistituzionale", ha detto Christian Danve Castroverde, biologo della Wilfrid Laurier University in Canada e coautore dello studio Olive Oil Times.

"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 un batterio chiamato Pseudomonas syringae", ha aggiunto. "Dopo molti altri anni, alla fine siamo riusciti a identificare le basi molecolari di come l'immunità dell'Arabidopsis viene soppressa da condizioni di temperatura calda".

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

"Compresi il recettore dell'acido salicilico e i geni biosintetici, l'espressione ottimizzata di CBP60g è stata sufficiente per ripristinare ampiamente la produzione di acido salicilico, l'immunità basale e l'immunità innescata dall'effettore alla temperatura di crescita elevata senza significativi compromessi di crescita ", hanno scritto i ricercatori.

Il team ha iniziato a testare la modificazione genetica su colture alimentari come la colza. Hanno anche in programma di sperimentare più colture, tra cui grano e patate. Tuttavia, Castroverde ha affermato che è necessaria una quantità significativa di ricerca sul campo prima di applicare la correzione su larga scala.

"Molte piante hanno geni simili a CBP60g e molte di esse hanno la capacità di produrre acido salicilico", ha affermato. "Sembra che le piante abbiano già un'arma nel loro arsenale. La nostra sfida ora è solo 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 gruppo di ricerca per ripristinare il sistema immunitario delle piante presuppone che i consumatori siano pronti ad accettare una maggiore manipolazione genetica del loro cibo.

"As il cambiamento climatico accelera, saremo sotto pressione per imparare le cose in laboratorio e spostarle sul campo più velocemente", ha affermato Marc Nishimura, esperto di immunità alle piante presso la Colorado State University, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Non riesco a vedere come lo faremo senza una maggiore accettazione delle piante geneticamente modificate".

Un altro studio pubblicato dai ricercatori dell'Università cinese di Hong Kong a giugno, ha avvertito che i raccolti potrebbero diminuire del 20% a livello globale entro il 2050 a causa dell'inquinamento da ozono e degli effetti del cambiamento climatico

Nonostante il loro successo nel ripristinare la difesa dell'Arabidopsis thaliana contro il calore, i ricercatori hanno sottolineato il fatto che il divario nella comprensione di come un clima caldo influenzi l'efficacia del sistema immunitario delle piante è "una preoccupazione chiave per la futura produttività agricola, la conservazione dell'ecosistema 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 stati in grado di rendere l'intero sistema immunitario della pianta più robusto a temperature calde", ha affermato He, il biologo vegetale di Duke. "Se questo vale anche per le piante coltivate, è davvero un grosso problema perché allora abbiamo un'arma molto potente".

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