Lo ione calcio (Ca2+), la cui quantità è stato dimostrato cresce nelle piante in presenza di infezioni, si lega alla proteina 'calmodulina' e predispone le piante a produrre acido salicico (SA), una sostanza che attiva i meccanismi di difesa della pianta e che è anche componente attiva dell'aspirina, un farmaco un tempo molto usato in medicina per la cura di molte affezioni.

Le normali piante sane hanno un basso livello di acido salicilico nelle loro cellule. Tale livello cresce, anch'esso come il Ca2+, quando la pianta è minacciata da un'infezione, o da uno stress ambientale.

La Washington State University ha diffuso ad inizio di gennaio 2009 i risultati di uno studio condotto dal gruppo di lavoro del Prof. B.W. Poovaiah, il quale ci presenta questa ricerca chiarendo il contesto del tutto particolare in cui si è evoluto il sistema di difesa delle piante: 'Quando ci aspettiamo un danno noi cerchiamo di prendere delle precauzioni. Le piante non possono correre via, hanno bisogno di attivare il loro sistema interno per proteggersi; in questa attività esse devono produrre differenti molecole di segnalazione, una delle quali è l'acido salicilico'.

Varie sostanze oltre all'acido salicilico sono associate a risposte immunitarie nelle piante, tra esse si segnalano in particolare l'acido jasmonico e l'etilene.

L'acido salicilico è sintetizzato (->)in natura in una serie di piante: tabacco, cetriolo, salice, abete, liquirizia, vite, alcune delle quali sono riportate nella pagina a cui conduce questo collegamento ed il suo nome deriva appunto dalla pianta del salice da cui veniva anche estratto.

La relazione tra acido salicilico (SA) e sistema immunitario è già stata oggetto di vari precedenti studi: White nel 1979 notò che trattando piante di tabacco infettate con virus del mosaico del tabacco (TMV) e poi trattate con acido salicilico esse riducevano l'intensità dei sintomi.

Successivamente è stato notato che a seguito dell'inoculo di TMV in piante di tabacco, esse stesse producevano acido salicilico e divenivano più resistenti alle infezioni.

La sintesi di acido salicilico attiva il sistema di resistenza 'SAR' (='resistenza sistemica acquisita' - SAR), ma il SAR è solo uno dei cinque diversi tipi di sistemi di difesa immunitaria, indotti nelle piante da uno stimolo esterno, gli altri sono: LAR, SGS, ISR, SWR (fonte WSU, il SAR - Corso di patologia vegetale) e tra questi ad esempio l'ISR sarebbe attivato dall'acido jasmonico e dall'etilene.

Alcuni esperimenti recenti che si sono avvalsi della creazione di piante ingegnerizzate (transgeniche) hanno permesso di capire meglio questi meccanismi. In una ricerca realizzata nel 1997 è stato inserito in esemplari della pianta test Arabidopsis thaliana, un gene batterico, che provoca la produzione di una forma dell'enzima 'SA-idrossilasi', che in questo caso è regolata in modo che la pianta produca molto acido salicilico(SA) e che per questo motivo sia più resistente alle malattie (Sticher et al., 1997).

Un'altra ricerca condotta nel 2000 presso l'università di Leyda (Germania) si è avvalsa della creazione di una pianta transgenica, in grado di produrre quantità di acido salicilico fino a 500-1000 volte maggiori del normale, ottenuta introducendo nel suo corredo genetico un gene che accentuava, il funzionamento di altri due enzimi coinvolti nella sintesi di acido salicilico: la isocorismato-sintasi (ICS) e la isocorismato piruvato-liasi (IPL).

L'acido salicilico a sua volta agirebbe regolando il funzionamento di varie proteine acide, molte delle quali del gruppo delle (->)idrolasi, attive nell'idrolizzare tessuti fungini e quindi ostacolanti lo sviluppo di malattie. Le idrolasi finora note sono 17 ed esprimono 17 famiglie di composti differenti).

(->)L'idrolisi è una reazione di decomposizione che avviene in presenza di acqua ed a volte necessita di energia, ma tale necessità energetica è ridotta per azione di enzimi idrolitici.

Come notato precedentemente l'attacco di un agente dannoso esterno farebbe aumentare, oltre al contenuto di acido salicilico, anche quello del calcio. Non è però noto quale sia il legame tra calcio ed acido salicilico e quindi lo studio condotto dal Prof. Poovaiah, ha voluto prospettare in concreto un'ipotesi per poter comprendere il legame tra il complesso calcio-calmodulina e l'attivazione del sistema di difesa della pianta, che produce l'acido salicilico. Come lo stesso Prof. Poovaiah ci spiega: 'Stiamo cominciando a capire il meccanismo molecolare che connette la segnalazione calcio/calmodulina all'immunità delle piante”. La Calmodulina (CALcium MODULated proteIN =è modulata nel suo funzionamento dal calcio) è una proteina presente nel citoplasma di tutte le cellule più evolute, che rileva i livelli di calcio e rilascia segnali ai vari enzimi sensibili al calcio.

Il punto di partenza di questa ricerca è stata la constatazione che un aumento del livello di acido salicilico provoca anche che la pianta rallenti la sua crescita, forse per preservare la sua forza per la battaglia contro il patogeno. Questo fatto implica la necessaria esistenza di un meccanismo regolatore interno alla pianta che bilanci in che misura le risorse a disposizione debbano essere utilizzate per la crescita della pianta, o la sua difesa da attacchi esterni: Una pianta che produce elevati livelli di acido salicilico, notano alla WSU, sarà sana da infezioni, ma crescerà più lentamente, mentre una che ne produrrà poco, o affatto crescerà in modo strepitoso, ma sarà molto suscettibile ad infezioni.

Un primo passo nella comprensione di questo meccanismo pare potersi identificare in uno studio, reso noto tramite l'articolo 'L'attivatore della trascrizione, legato alla Calmodulina, (CAMTA)3 media le risposte di difesa biotica in Arabidopsis', pubblicato lo scorso febbraio (2008), quando un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Scienze delle Piante, della Facoltà di Scienze della Vita dell'Università di Tel-Aviv (Galon Y et al.) hanno evidenziato che due mutanti omozigoti del gene CAMTA3 (anche noto come SR1) (camta3-1, camta3-2) mostravano di avere alcuni geni attenuati ed altri accentuati. I CAMTA sono un gruppo di geni regolatori presenti in molti organismi eucarioti che si legano al DNA e influiscono sulla trascrizione di proteine, o che si legano ad altri fattori anch'essi regolanti la trascrizione di proteine. In questo caso l'AtSR1 (o CAMTA3) si legherebbe al complesso Ca2+/Calmodulina nella pianta test (->)Arabidopsis thaliana.

Trattando, in questa ricera, i due mutanti con il battero fitopatogeno Pseudomonas syringae e con il fungo fito-patogeno Botrytis cinerea (muffa grigia, agente di marciumi dei frutti) era stata constatata una minore suscettibilità ad infezioni, pertanto i ricercatori di Tel Aviv segnalavano in conclusione del loro lavoro che, a loro parere, l'AtSR1 (o CAMTA3) regola un gruppo di geni coinvolti nella risposta difensiva delle piante.

Lavorando sempre con Arabidopsis thaliana, il gruppo di ricerca del Professor B.W. Poovaiah, avrebbe confermato quindi che il ruolo chiave dell'attività di bilanciamento difesa da aggressori esterni-crescita della pianta sarebbe proprio nell'interazione calcio/calmodulina – AtSR1. L'AtSR1 determinerebbe la soppressione della produzione di acido salicilico, reprimendo l'espressione del gene promotore EDS1 (un regolatore del livello di acido salicilico).

Uno stress, od un'infezione causando un forte incremento di calcio nella cellula vegetale e quindi del complesso calcio/calmodulina, agisce come un segnale specifico che controlla l'attività dell'AtSR1 e la formazione di acido salicilico.

Viene altresì segnalato che l'importanza dell'AtSR1 si è chiarita specialmente in esperimenti in cui piante di Arabidopsis sono state manipolate in modo che avessero degli alleli (delle particolari espressioni geniche) del gene AtSR1 non attivi e quindi non in grado di bloccare la produzione di acido salicilico.

Le piante che hanno livelli extra di AtSR1 quasi non producono acido salicilico; esse crescono maggiormente e più velocemente che una pianta normale, ma facilmente soccombono alle infezioni. Invece le piante che non sono fornite del gene AtSR1 sviluppano alti livelli di acido salicilico e dispiegano pienamente le loro risposte immunitarie. Esse sono quasi insensibili alle infezioni, ma hanno una dimensione più piccola.

Più comunemente le piante che crescono in un ambiente con un ridotto livello di patogeni hanno un ridotto livello di acido salicilico; in queste condizioni la pianta lascia le sue difese basse e dispone più risorse per la crescita, ma se viene contagiata la produzione di acido salicilico si incrementa, la pianta riduce la crescita ed investe più risorse nella difesa.

L'utilità pratica di queste ricerche è evidente e si fonda sull'applicazione di sostanze in grado di potenziare il sistema di difesa delle piante, in modo da ridurre l'utilizzo di prodotti chimici.

E' altrettanto importante anche comprendere bene i meccanismi e gli eventuali effetti negativi delle applicazioni di sostanze di questo tipo, così come studiare la possibilità di creare piante aventi un sistema di difesa già di per sé più adeguato a difendersi dagli attacchi esterni.

Fonte: Washington State University, 5 gennaio 2009.

Washington State University: Il sistema immunitario generale delle piante (SAR) (Lezioni, a diapositive, di patologia vegetale della WSU; raggiungibili anche per mezzo del motore di ricerca interno al sito della WSU - file '.pdf').

Pagina personale del professor Poovaiah, centrata sull'attività di ricerca legata alle attività di segnalazione svolte dal Ca2+ nelle piante, relativamente a crescita e sviluppo delle piante ed applicazioni biotecnologiche. In questo piccolo sito sono presentati alcuni aspetti legati allo studio di proteine modulate dall'attività svolta dalla Calmodulina.

Altro sito del Professor Poovaiah, o più probabilmente del suo gruppo di lavoro, con maggiori dettagli sull'attività di ricerca svolta.

Articolo L’'aspirina' che fa bene alle piante, pubblicato il 30 giugno 2000 sull'edizione online di 'Le Scienze' e trattante di uno dei test effettuati con piante transgeniche per ottenere una maggiore produzione di acido salicilico nelle piante.

Salicylic Acid - a plant hormone, Di S. Hayat, A. Ahmad (Google books), consultabile ed acquistabile online.

Estratto dell'articoloIl complesso Ca2+/calmodulin regola l'immunità vegetale mediata dall'acido salicilico, articolo pubblicato su 'Nature' il 4 gennaio 2009 (ma ricevuto il 9 agosto 2008); autori: Liqun Du1, Gul S. Ali, Kayla A. Simons, Jingguo Hou, Tianbao Yang1, A. S. N. Reddy & B. W. Poovaiah.

Estratto dell'articolo 'L'attivatore della trascrizione colegato alla calmodulina (CAMTA)3 media le risposte di difesa biotica in Arabidopsis', pubblicato il 22 febbraio 2008; autori: Galon Y, Nave R, Boyce JM, Nachmias D, Knight MR, Fromm H. Articolo pubblicato sul sistema Informativo statunitense del 'Centro Nazionale per l'Informazione sulle Biotecnologie'.