Svelare i misteri delle vie di segnalazione delle piante

RomeScoperta importante sui meccanismi di risposta delle piante

Scienziati dell'Università Julius-Maximilians di Würzburg (JMU) hanno fatto una nuova scoperta su come le piante reagiscono al loro ambiente. In passato, la ricerca si è concentrata principalmente sulle variazioni dei livelli di calcio all'interno delle cellule vegetali in risposta allo stress. Ora, hanno scoperto che anche i cambiamenti nella carica elettrica attraverso le membrane cellulari giocano un ruolo cruciale in queste risposte.

Per studiare questa relazione, gli scienziati hanno modificato le piante di tabacco per far loro produrre speciali canali ionici chiamati channelrhodopsins. Questi canali, presi da alghe e microrganismi, potevano essere attivati da specifici tipi di luce. Ciò ha permesso agli scienziati di gestire il flusso degli ioni di calcio in entrata e degli anioni in uscita, aiutandoli a comprendere meglio i processi di segnalazione.

Principali Scoperte della Ricerca:

• L'incremento di calcio e la depolarizzazione della membrana sono entrambi coinvolti nelle risposte di stress delle piante.
• L'efflusso di anioni, che causa la depolarizzazione della membrana, avvia la risposta alla siccità producendo l'ormone vegetale acido abscissico (ABA).
• L'ingresso di calcio, invece, attiva i meccanismi di difesa contro i predatori ed è accompagnato dalla produzione di specie reattive dell'ossigeno (ROS).

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Il successo di questa ricerca è stato determinato dal superamento di diverse sfide tecniche:

1. Permettere ai canale rodopsine di utilizzare la vitamina A derivata dal beta-carotene nelle piante.
2. Crescere le piante sotto luce LED rossa per evitare l'attivazione accidentale delle rodopsine.
3. Ottimizzare le canale rodopsine per la selettività nella permeabilità di calcio e anioni.

Nel 2021 sono stati compiuti importanti passi avanti nella produzione di canali attivati dalla luce con un alto contenuto di retinale nelle cellule vegetali. Gli esperimenti hanno dimostrato che le piante dotate del canale conduttore di calcio channelrhodopsin XXM 2.0 e del canale anionico attivato dalla luce GtACR1 rispondono bene alle condizioni di stress.

I risultati rivelano progressi significativi nella biologia vegetale. La comprensione di questi due percorsi di segnalazione ha un grande potenziale per l'agricoltura. Le piante potrebbero essere geneticamente modificate per resistere meglio a stress ambientali e biologici. Ciò renderebbe le colture più resilienti ai cambiamenti climatici e ridurrebbe la necessità di trattamenti chimici. Spiegando la segnalazione ionica delle piante, lo studio apre la strada a nuove ricerche per migliorare la resistenza e la produttività delle piante.

Scoperte come queste possono aiutarci a modificare altre specie vegetali per farle resistere meglio a diverse condizioni di stress, rendendole più adattabili a vari ambienti. Gli scienziati sono entusiasti di continuare a esplorare questo campo, nella speranza di trovare informazioni più dettagliate sulla biologia delle piante che possano portare a concreti progressi in agricoltura.