L'obbiettivo di Burkhard Schulz, assistente di orticoltura ed architettura del paesaggio alla Purdue University era originariamente solo di valutare la relazione tra brassinosteroidi, un gruppo di ormoni vegetali (fitormoni), e la crescita in altezza della pianta di mais.

Il mais si avvantaggia dal punto di vista produttivo di una riduzione della taglia e della formazione di fusti più robusti, ma il meccanismo che controlla questi tratti non è completamente noto, di qui la necessità di portare avanti ricerche che, per se stesse, partono da semplici obbiettivi di comprensione delle sequenze di reazioni biochimiche, degli enzimi che le catalizzano e dei geni che controllano la sintesi di tali enzimi.

In particolare è la ricerca per la messa a punto di piante meglio indirizzate alla produzione di biocarburanti che spinge molti di questi studi, come più nel dettaglio ci spiega il Prof.Shultz: 'E' essenziale cambiare l'architettura delle piante per ridurre al minimo la superficie di terreno di cui abbiamo bisogno per produrre cibo e biocarburanti. Se si riesce a trovare un mutante naturale, o un meccanismo che ci dia ciò di cui abbiamo bisogno, saremo avvantaggiati rispetto all'uso di tecniche transgeniche che potrebbero provocare difficoltà in fase di approvazione (per una nuova varietà)'.

In prima istanza Shulz ha scoperto che il mais che non produce brassinosteroidi diviene nano, come del resto egli presumeva; ma oltre a ciò egli ha anche scoperto che la pianta priva dei brassinosteroidi, che normalmente sono presenti in natura, non può sviluppare organi maschili e ciò porta alla creazione di cariossidi anche laddove normalmente è presente il pennacchio apicale (= pannocchia; infiorescenza maschile). Questa scoperta è portatrice di un potenziale risparmio per l'industria degli ibridi di mais potendo permettere, in fase di creazione dell'ibrido, l'emasculazione delle piante senza ricorrere ad interventi manuali o genetici normalmente necessari (es. sfruttamento di geni portatori di maschio-sterilità) per prevenire ogni possibile incidenza dell'autoimpollinazione, dovuta alla contemporanea presenza sulle piante di mais di due diverse infiorescenze, portatrici rispettivamente di fiori maschili e femminili.

Partendo da queste considerazioni Shulz afferma che 'Questa sarebbe la perfetta mutazione per la produzione di semente ibrida. Non c'è alcuna possibilità che queste piante possano produrre polline poiché esse non hanno fiori maschili'.

E veniamo quindi all'interessante percorso sperimentale che ha portato a questa scoperta: Dovendo accertare il ruolo dei brassinosteroidi nel ridurre l'altezza della pianta Shulz necessitava di verificare che la luce e l'aggiunta di acido gibberellico (ormone che induce la crescita e l'allungamento cellulare nelle piante), non avrebbero eliminato il nanismo. Per questo motivo egli selezionò un buon numero di mutanti di mais provvisti di un molto breve mesocotile (il primo internodo dello stelo della giovane pianta). Egli presumeva che, così come i mutanti privi di brassinosteroidi, anche quelli selezionati per l'aver un breve mesocotile lo avrebbero allungato, se posti a crescere al buio vicino a una fonte di luce. Egli egli inoltre trattò tutti i mutanti con acido gibberellico, per verificare che il nanismo non fosse dovuto alla carenza di questo fitormone.

Le piante di mais tra quelle selezionate che risultarono non crescere anche se trattate con acido gibberellico o poste al buio, furono confrontate dal punto di vista fenotipico (aspetto esteriore) con piante nanizzate in seguito all'eliminazione della capacità di sintetizzare brassinosteroidi, condizione inducibile artificialmente per trattamento con idonea sostanza chimica. Analizzandoli a confronto entrambi i gruppi di piante presentavano fusti brevi e foglie arrotolate intorno ad essi ed inoltre femminilizzazione delle infiorescenze maschili.

Utilizzando informazioni già a disposizione della comunità scientifica in seguito alla mappatura del genoma della pianta modello Arabidopsis thaliana, con riferimento a geni che controllano la sintesi di brassinosteroidi, il Prof.Shulz è arrivato poi a localizzare gli stessi geni nel genoma delle piante di mais.

Nelle piante nane di mais, già scelte secondo i parametri sopra evidenziati, tali geni risultarono mutati in modo da indurre il blocco della sintesi degli steroidi. Da un'analisi chimica degli intermedi della sequenza di reazioni nelle piante di mais nano, gli steroidi risultarono in quantità molto ridotta. Clonando tali geni fu poi possibile capire che in queste piante mutanti mancava un'enzima della sequenza di reazioni che origina i brassinosteroidi. Un enzima collegato con quello qui mancante è riportato essere essenziale nella sintesi del testosterone umano e mutazioni in tale enzima indurrebbero femminilizzazione nell'uomo.

Il Prof. Shulz si è detto sorpreso da questa scoperta inizialmente non ricercata e ci spiega che non è tuttora noto se questo fenomeno è limitato alla pianta di mais, o se invece possa riguardare anche altre graminacee. 'Se ciò si verifica anche in altre piante sarebbe utile per la creazione di alberi dotati di soli fiori maschili, o femminili (=dioici->dioicismo).

Il mutante nano che in questa ricerca è risultato portatore del gene che inibisce la sintesi dei brassinosteroidi (indentificato come 'nana plant1') era stato identificato lo scorso anno dal Prof.Gurmukh Johal, docente di botanica e patologia vegetale, che ha anche collaborato a questa ricerca ed è convinto che essa sarà importante per incrementare le rese di mais: 'Il mais produce troppo polline e spende veramente molta energia in questa direzione. Ciò implica che utilizzando questo gene, o sequenze di reazione che esso controlla, possiamo manipolare le piante per migliorare la loro qualità'. Per questo motivo egli ritiene importante spostare ora l'attenzione su altre graminacee (es. il sorgo) per capire se gli stessi geni e sequenze di reazione controllano la determinazione del sesso e l'altezza anche in questa pianta.

Il progetto qui oggetto di attenzione è frutto di una collaborazione con George Chuck del centro per l'espressione dei geni delle piante dell'Università della California, Berkeley ed, a livello internazionale, con Shozo Fujioka dell'Istituto giapponese 'RIKEN' di Scienze avanzate, Sunghwa Choe dell'Università nazionale della Corea del Sud, di Seul e con Devi Prasad Potluri della Chicago State University. Esso è stato sovvenzionato dalla Fondazione nazionale della Scienza e dal Ministero dell'Agricoltura degli Stati Uniti d'America (USDA).