Così come avviene nell'uomo nel quale, in presenza di basso livello di ossigeno, si ha deviazione del normale ciclo ossidativo in direzione della produzione di acido lattico e di poco ATP (adenosin-trifosfato), anche nelle piante la carenza di ossigeno richiede che l'energia chimica sia disponibilizzata attraverso una lieve modifica del metabolismo, che causa l'ossidazione delle riserve glucidiche, con produzione di ATP.

Il meccanismo di segnalazione dell'eccesso di acqua sarebbe controllato da alcune proteine (denominate fattori di trascrizione) che in presenza di acqua sono stabili e si attivano, mentre al contrario, in sua assenza divengono instabili e si degradano.

Il Prof.Michael Holdsworth, docente di Scienza delle Colture presso l'Università di Nottingham ha diretto questo progetto di ricerca insieme con Julia Bailey-Serres, professoressa di genetica presso il Dipartimento di Botanica e Scienza delle Piante dell'Università della California, Riverside. Il Prof.Michael Holdsworth ci spiega che è la inusuale struttura di queste proteine a destinarle alla distruzione in presenza di normali livelli di ossigeno; quando invece il livello di ossigeno diminuisce esse divengono stabili. La loro stabilità determina cambi nell'espressione genica e nel metabolismo, che accentuano la sopravvivenza della pianta in presenza di scarse quantità di ossigeno, provocate dall'inondazione. Quando le piante ritornano al normale livello di ossigeno le proteine sono nuovamente degradate, fornendo in definitiva un meccanismo di controllo a feedback.

La Profes.ssa Bailey – Serres, membro dell'Institute for Integrative Genome Biology dell'Università della California, Riverside, esperta internazionale sulla risposta delle piante all'inondazione, lavora dal 2003 sui meccanismi cellulari che regolano la tolleranza alla sommersione nel riso. Il suo gruppo di ricerca si è concentrato su SUB1A, un gene responsabile della tolleranza del riso alla completa sommersione e rinvenuto solo in alcune varietà poco produttive dell'India e dello Sri Lanka. Essi hanno caratterizzato il ruolo del gene SUB1A, poi introdotto anche in moderne varietà di riso per permettere alle piante di sopravvivere per due settimane o più alla completa sommersione, provocata dalle piogge monsoniche.

Nell'attuale lavoro, i ricercatori hanno utilizzato la pianta test Arabidopsis per studiare il sopra-visto meccanismo di regolazione a feedback per mezzo di proteine attive come fattori di trascrizione, ma nel riso il gene SUB1A è resistente al meccanismo a feedback. Riferisce la Prof.ssa Bailey-Serres: 'Noi pensiamo che l'abilità del gene SUB1A di evitare la distruzione (che si verifica normalmente) attraverso il meccanismo del turnover della proteina, in presenza di normali livelli di ossigeno, possa permettergli di fornire il suo beneficio a piante di riso sommerse. Il gene SUB1A è attivato dal gas etilene che si accumula dentro le cellule durante la sommersione. Poiché la proteina non richiede (in questo caso) una scarsità di ossigeno per essere stabile, può iniziare a lavorare precocemente per aiutare la pianta'.

Questo studio si presenta come una ricerca di base ed il gruppo di ricerca si attende che nel prossimo decennio gli scienziati potranno essere in grado di manipolare il meccanismo del turnover delle proteine in un più ampio gruppo di piante per poterle proteggere dalla sommersione conseguente all'inondazione di campi coltivati.

A questa ricerca hanno anche preso parte Seung Cho Lee (co-first author), dottorando e Takeshi Fukao, uno specialista associato, in botanica e scienza delle piante, presso l'Università della California, Riverside; Daniel Gibbs, anch'egli primo autore, Nurukhikma Md Isa, Silvia Gramuglia, George W. Bassel, and Cristina Sousa Correia dell'University of Nottingham; Francoise Corbineau all'Université Pierre & Marie Curie, Francia; e Frederica L. Theodoulou al Centro di Ricerca di Rothamsted in Gran Bretagna.

Il gruppo di ricerca di Bailey e Serres è stato sovvenzionato da borse di studio dell'Istituto nazionale per il Cibo e l'Agricoltura (NIFA) del Ministero dell'Agricoltura statunitense e dalla Fondazione Nazionale della Scienza. Il gruppo di Holdsworth è stato anche sovvenzionato per questo progetto di ricerca dal Consiglio di Ricerca britannico per le Scienze biotecnologiche e biologiche (BBSRC).