Il riso geneticamente modificato
Come le piante convertono, attraverso la fotosintesi clorofilliana, i nutrienti e la luce del sole, avvengono delle reazioni chimiche per far avvenire quel processo. In base alla temperatura, esse possono verificarsi in maniera più o meno invadente.
Scritto da Marco Castiglia
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Proprio questo processo, ovvero la conversione di nutrienti base, allo scopo di convertirli - attraverso le reazioni chimiche che coinvolgono l'energia solare - crea dei post-prodotti di scarto (oltre l'ossigeno a noi tanto caro), le quali in condizioni di temperature superiori al normale, tendono a portare alla morte la pianta stessa.
Facciamo un salto a Padova dove circa un anno fa, un gruppo di ricercatori ha identificato una nuova proteina che ha un ruolo fondamentale nella risposta delle piante agli stimoli esterni:
La proteina, che appartiene alla famiglia MCU (uniporto di calcio del mitocondrio) e chiamata cMCU. Questa proteina di membrana funge da canale ionico che media il flusso di ioni calcio nel cloroplasto in vivo. Utilizzando tecniche di biochimica e biofisica, i gruppi delle prof.sse Lorella Navazio e Ildikò Szabò (Dipartimento di Biologia dell'Università di Padova) hanno caratterizzato le proprietà strutturali e la localizzazione intracellulare di questa proteina nella "pianta modello" Arabidopsis thaliana (pianta autunnale comunemente detta "arabetta"). Utilizzando dei saggi in vitro ed un modello batterico hanno dimostrato la capacità di cMCU di veicolare il trasporto dello ione calcio. Lo studio A chloroplast-localized mitochondrial calcium uniporter transduces osmotic stress in Arabidopsis è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Plants. Quando le piante percepiscono una carenza d'acqua nel terreno mettono in atto dei meccanismi di difesa. Tra questi la chiusura degli stomi (piccole aperture sulla superficie delle foglie, che permettono gli scambi gassosi con l'aria) per ridurre la perdita d'acqua per traspirazione. Utilizzando tecniche di biologia molecolare e cellulare è stato possibile dimostrare che, in assenza della proteina cMCU, le piante hanno un difetto nella regolazione della chiusura degli stomi. Questa alterazione è visibile solo quando i cloroplasti sono funzionali e quindi il meccanismo, studiato in dettaglio in collaborazione con la prof.ssa Elide Formentin (Dip. Biologia), è dipendente dai cloroplasti. Una conseguenza della mancata espressione del gene che codifica la proteina cMCU è un'alterata apertura degli stomi che permette una riduzione della perdita d'acqua durante la siccità e che aiuta le piante a sopravvivere a prolungati periodi di carenza idrica.
Da un anno a questa parte uno studio più approfondito sulla pianta di riso, da Maria Ermakova dell'Università Nazionale Australiana, ha quindi portato dei frutti su tre diverse tipologie di piante: la più comune pianta-modello, la mostarda, tabacco e riso; dove l'alterazione genetica ha migliorato la capacità di compiere la fotosintesi clorofilliana. Quando le piante sono esposte alla luce, un complesso di proteine chiamato fotosistema II (PSII) eccita gli elettroni che aiutano a alimentare la fotosintesi. Ma il calore o la luce intensa possono causare danni in una subunità chiave, nota come D1, interrompendo il lavoro di PSII fino a quando la pianta non ne effettua e inserisce una nuova nel complesso. Le piante che producono D1 extra dovrebbero aiutare a velocizzare quelle riparazioni. I cloroplasti, gli organelli che ospitano la fotosintesi, hanno il loro DNA, incluso un gene per D1, e la maggior parte dei biologi ipotizzava che la proteina dovesse essere prodotta lì. Ma il genoma del cloroplasto è molto più difficile da modificare rispetto ai geni nel nucleo di una cellula vegetale.
Un team guidato dal biologo molecolare vegetale Fang-Qing Guo dell'Accademia cinese delle scienze ha ipotizzato che la D1 venga prodotta da un gene nucleare potrebbe funzionare altrettanto bene - ed essere realizzato in modo più efficiente, poiché la sua sintesi nel citoplasma anziché nel cloroplasto sarebbe protetta dai sottoprodotti corrosivi delle reazioni fotosintetiche. Guo e colleghi hanno testato l'idea nella senape Arabidopsis thaliana. Hanno preso il suo gene cloroplasto per D1, l'hanno accoppiato a un tratto di DNA che si accende durante lo stress da calore e lo hanno spostato nel nucleo.
Il team ha scoperto che le piantine di Arabidopsis modificate potevano sopravvivere al calore estremo in laboratorio - 8,5 ore a 41 ° C - che ha ucciso la maggior parte delle piante di controllo. Lo stesso gene Arabidopsis proteggeva anche tabacco e riso. In tutte e tre le specie, la fotosintesi e la crescita sono diminuite meno che nelle piante di controllo sopravvissute. E nel 2017, quando "Shanghai ha superato i 36 °C per 18 giorni, il riso transgenico piantato in terreni di prova ha prodotto dall'8% al 10% di grano in più rispetto alle piante di controllo" il team riferisce questa settimana su Nature Plants.
Fonti e approfondimenti: