Milano, due molecole aumentano la resistenza delle piante alla siccità

Due molecole sintetiche potrebbero aiutare le piante a conservare acqua durante i periodi di siccità senza rallentare la germinazione dei semi o lo sviluppo delle radici. La scoperta arriva da uno studio internazionale pubblicato su Nature Communications, coordinato dalla Tohoku University e condotto con la collaborazione del Dipartimento di Bioscienze dell’Università Statale di Milano. I composti, denominati NS5806 e UA49, agiscono sulla regolazione degli stomi attraverso un meccanismo diverso da quello normalmente attivato dalle piante in condizioni di stress idrico.

Come le piante limitano la perdita d’acqua

Gli stomi sono aperture microscopiche presenti sulla superficie delle foglie e regolano gli scambi gassosi con l’ambiente. Attraverso queste strutture le piante assorbono anidride carbonica, ma disperdono anche acqua mediante la traspirazione.

Quando la disponibilità idrica diminuisce, le piante producono acido abscissico, conosciuto con la sigla ABA. Questo ormone induce la chiusura degli stomi, limitando la perdita d’acqua e aumentando la capacità di resistere allo stress. La risposta, però, coinvolge diversi processi fisiologici e può provocare conseguenze sfavorevoli, tra cui un rallentamento della germinazione e della crescita delle radici.

Il gruppo di ricerca ha quindi cercato composti capaci di favorire la chiusura degli stomi senza attivare l’intero sistema di risposta associato all’ABA. Attraverso uno screening di sostanze chimiche è stata individuata NS5806, dalla quale è stata successivamente sviluppata la versione ottimizzata UA49.

Il ruolo del canale del potassio KAT1

Le due molecole bloccano KAT1, un canale del potassio coinvolto nell’apertura degli stomi e normalmente inibito dall’acido abscissico. L’azione dei composti riduce la traspirazione e permette alle piante di trattenere una quantità maggiore d’acqua.

Gli esperimenti sono stati eseguiti su Arabidopsis thaliana, una pianta utilizzata come modello nella ricerca biologica. Gli esemplari trattati con NS5806 e UA49 hanno mostrato una sopravvivenza significativamente maggiore in condizioni di siccità.

A differenza del trattamento con ABA, le nuove molecole non hanno ritardato la germinazione dei semi e non hanno ostacolato la crescita delle radici. Si tratta di due caratteristiche considerate rilevanti in vista di eventuali applicazioni agricole, poiché una maggiore tolleranza alla carenza d’acqua dovrebbe essere ottenuta senza compromettere lo sviluppo e la produttività delle colture.

La chiusura degli stomi passa attraverso il calcio

Lo studio ha portato anche all’individuazione di un meccanismo biologico finora poco esplorato. Analizzando la risposta delle cellule, i ricercatori hanno osservato che la chiusura degli stomi provocata dalle molecole non segue la tradizionale via di segnalazione dell’ABA.

Il processo è invece associato a un aumento prolungato della concentrazione di calcio all’interno delle cellule. Questa osservazione suggerisce che KAT1 possa svolgere una funzione più articolata rispetto al semplice trasporto degli ioni di potassio, partecipando alla trasmissione dei segnali cellulari che regolano la risposta della pianta agli stress ambientali.

NS5806 e UA49 potranno dunque essere utilizzate anche come strumenti di ricerca per approfondire le modalità con cui le cellule vegetali percepiscono la carenza d’acqua e coordinano le proprie reazioni fisiologiche.

Possibili sviluppi per biostimolanti e regolatori vegetali

Secondo Alex Costa, docente del Dipartimento di Bioscienze e coordinatore scientifico della piattaforma di bioimaging UNITECH NOLIMITS dell’Università Statale di Milano, le due molecole rappresentano candidati promettenti per una nuova generazione di biostimolanti e regolatori fisiologici.

L’obiettivo futuro è sviluppare strumenti capaci di ridurre l’impatto della siccità sulle colture e migliorare l’efficienza nell’utilizzo delle risorse idriche. Prima di un possibile impiego nei campi saranno necessarie ulteriori sperimentazioni su specie agricole, dosaggi, durata del trattamento e comportamento dei composti in differenti condizioni ambientali.

I risultati forniscono intanto nuove indicazioni per affrontare una delle principali difficoltà dell’agricoltura: aumentare la resistenza delle piante alla scarsità d’acqua evitando effetti negativi sulle fasi essenziali della crescita.