Dalle piante un interruttore molecolare contro la fame

Un’importante ricerca italiana svela come le piante si difendono dai surplus di energia raccolta. Il risultato? Una nuova arma per  combattere le carestie nel mondo. Tutti i dettagli

Le piante alleate dell’uomo nella lotta alla fame e alle difficoltà energetiche che, da qui al 2050, colpiranno sempre più il pianeta con esiti drammatici per le popolazioni. Grazie a una ricerca condotta da condotta da Roberto Bassi, Luca Dall’Osto, Stefano Cazzaniga e Mauro Bressan del laboratorio di Fotosintesi e Bioenergie del dipartimento di Biotecnologie dell’Università di Verona, in collaborazione con l'Università della California (UC Berkeley) e l’Università svedese di Lund, pionieri nell’uso di sorgenti laser per la misura di eventi ultrarapidi.

Pubblicato sulla rivista scientifica Nature plants lo studio, durato tre anni, ha infatti svelato l’importante meccanismo con cui le piante raccolgono ed utilizzano l’energia. Un sistema che può essere applicato all’aumento della resa dei raccolti per la produzione di cibo e biocombustibili.

Attraverso l’osservazione di ciò che avviene durante le primissime fasi della fotosintesi clorofilliana (sì, propria quella che c’insegnavano a scuola da bambini!), il team di ricerca scaligero è riuscito a svelare come le piante si proteggono dalle molecole tossiche, prodotte quando l’energia della luce assorbita dai tessuti verdi non può essere completamente utilizzata dal metabolismo cellulare.

<<Con la fotosintesi, le piante usano l'energia solare per assorbire l’anidride carbonica dall'atmosfera e convertirla in biomassa, che noi utilizziamo per nutrirci, o come carburante, o come materia prima rinnovabile per molte industrie>>, spiega Roberto Bassi. <<In pieno sole, tutte le piante assorbono più luce di quanto il loro metabolismo possa utilizzare per la crescita. L’energia in eccesso rende le molecole della clorofilla altamente reattive verso l’ossigeno, attivando reazioni distruttive che  inattivano irreversibilmente la fotosintesi stessa, e riducono la produttività vegetale>>.

<<Quando questo avviene>>, continua Bassi, <<le piante innescano, attraverso un interruttore molecolare, delle reazioni ultrarapide che avvengono in picosecondi, ossia millesimi di miliardesimi di secondo, e che competono con quelle distruttive e le prevengono. In pratica consentono alla foglia di disperdere l'energia in eccesso in forma di calore, in un processo chiamato con una sigla: NPQ. Il sistema è simile ad un circuito elettrico di sicurezza, in cui il sovraccarico di energia viene scaricato a terra evitando danni al sistema>>.

L’importanza della scoperta consiste nell’aver identificato sia i geni responsabili del meccanismo di difesa, sia le relazioni catalizzate. <<Ora che conosciamo il punto in cui origina il meccanismo, ed in cosa consiste, possiamo pensare di modificarlo, adattandolo alle nostre esigenze>>, rileva Luca Dall’Osto. <<Agendo sulla sensibilità di questo ‘interruttore molecolare’, si potrà regolare l’efficienza della trasformazione della luce solare da parte degli organismi fotosintetici. L’obiettivo è quello di modulare tali reazioni intervenendo con tecniche di ingegneria genetica, per trasformare in biomassa almeno una parte dell’energia luminosa altrimenti dispersa in misura rilevante, fino all’80%. Questo potrà essere applicato negli ambienti di agricoltura intensiva dove tale percentuale potrà scendere al 20% consentendo così di aumentare la resa della pianta in termini di produzione>>.

L’obiettivo a lungo termine, ambizioso, è quello di contribuire a soddisfare la domanda globale di cibo, che le Nazioni Unite stimano debba aumentare dell’80% entro il 2050 per far fronte alle esigenze della popolazione crescente, un obiettivo molto superiore alle prospettive offerte del miglioramento genetico tradizionale.

 <<Una pianta molto semplice è stata utilizzata come organismo modello in questo studio, perché più facile da maneggiare, ma siamo convinti che le stesse modifiche possano funzionare anche in altre specie>>, conclude Bassi. <<I processi molecolari che abbiamo individuato sono universali, cioè presenti in tutte le piante, quindi ci aspettiamo che ottimizzando lo stesso meccanismo in specie di interesse agrario si riesca ad aumentare la resa anche di queste. Il nostro e altri studi sulla fotosintesi suggeriscono che il processo non sia pienamente ottimizzato per la massima resa, che un margine significativo di miglioramento esista, e che sia questa la strada da percorrere>>.