Prospettive di miglioramento genetico del riso dalla diversità varietale d'intensità della fotosintesi

Il riso (Oryza sativa) è una delle piante più coltivate sulla terra e a differenza di altri cereali, il suo seme costituisce un alimento diretto per le popolazioni di molte aree della terra; esso può essere infatti mangiato sia allo stato integrale che 'brillato'.

La ricerca sul riso è molto attiva particolarmente nel sud-est asiatico, dove è molto attivo l'Istituto internazionale di Ricerca sul Riso (IRRI), un istituto del network di ricerca del CGIAR, situato nelle Filippine. L'IRRI ha sviluppato varietà di riso di ogni tipo, tra cui il molto noto riso transgenico 'Golden-Rice', il cui processo di miglioramento genetico lo ha arricchito di vitamina A, rendendolo un alimento più completo. Esso sebbene sia transgenico viene utilizzato come alimento nelle Filippine e in Bangla-Desh.

La ricerca sul riso però procede anche sul lato dell'aumento produttivo e in tal senso un filone di ricerca molto interessante è quello basato sullo sfruttamento dell'ampia biodiversità varietale di questa specie, di cui pare esistano 120.000 varietà. In questo ambito una recente ricerca, condotta dall'IRRI e dall'Università dell'Illinois di Urbana-Champaign, analizzando il comportamento di (solo) 14 specie, ha voluto valutarne la diversa efficienza nell'utilizzare la luce, da parte della fotosintesi.

Lo studio derivato da questa attività di ricerca è stato pubblicato nella rivista scientifica 'The New Phytologist' ed è stato realizzato nell'ambito del progetto internazionale 'Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE)', finanziato dalla Fondazione Bill & Melinda Gates, dalla Fondazione statunitense per il Cibo e la Ricerca agricola (FFAR) e dal Dipartimento per lo Sviluppo internazionale del Governo britannico (DFID).

Come viene riferito dagli autori si tratta, relativamente al riso, di un filone di studio poco approfondito e che potrebbe essere utile per determinare significativi incrementi produttivi, particolarmente considerando che la ricerca di cui qui si riferisce ha valutato la reazione delle suddette 14 varietà nella particolare condizione di 'luce variabile', ovvero una condizione di luminosità più prossima alle condizioni reali, rispetto a studi precedenti, che utilizzavano invece come riferimento condizioni di luce costanti, ovvero più prossime alle condizioni di laboratorio, che alla realtà pratica.

“La fotosintesi è stata tradizionalmente valutata in 'condizioni costanti' dove le piante sono sottoposte a costanti, alti livelli di luce, ma le condizioni di campo mai sono costanti, specialmente considerando la luce che guida la fotosintesi,” ha riferito Stephen Long, direttore del progetto RIPE e direttore della cattedra di biologia vegetale e scienza delle colture presso l'Istituto Carl R. Woese per la biologia genomica dell'università dell'Illinois. “Abbiamo puntato a 14 varietà di riso che rappresentano molta della diversità della coltura e ci siamo domandati: potrebbe esserci, al fluttuare della luce, una variabilità della fotosintesi di cui potremmo avvantaggiarci?”

Procedendo in tal modo non si ottiene solo uno studio più preciso da un punto di vista sperimentale, ma come emerso da alcune rilevazioni, in tali più realistiche condizioni sperimentali, si evidenzia molto maggiormente una variabilità (pari al 117%) tra le differenti varietà di riso, nello sfruttare la luce ai fini della fotosintesi. Ciò in concreto significa che è possibile, in tali condizioni, valorizzare il genotipo di alcune varietà molto miglioratrici dell'efficienza fotosintetica del riso.

Come riferisce Long: “Se guardate dentro la copertura fogliare (canopy) di una qualunque coltivazione, vedrete che la luce sta fluttuando di uno o due ordini di grandezze. L'accesso di una pianta alla luce non subisce solo l'impatto delle nuvole, che in modo intermittente oscurano il sole, ma molto più comunemente dalle sue stesse foglie, o quelle di una pianta vicina, mentre l'angolazione del sole cambia durante il giorno. I calcoli mostrano che l'efficienza fotosintetica imposta da queste foglie, che lentamente si adattano a ciascuna fluttuazione della luce, può costare alle coltivazioni tra il 20 e il 40% della loro produttività totale.”

I ricercatori hanno confrontato durante la loro prova i risultati di prove effettuate in condizioni sia di luce costante, che di luce fluttuante ed è stato questo esperimento a sottolineare la necessità di effettuare ricerche in condizioni di luce fluttuante, infatti essi hanno scoperto che i risultati delle due prove non erano correlabili, ovvero che varietà che producevano di più in condizioni di luce fluttuante producevano meno in condizioni di luce costante. A ciò conseguiva che ciascuno dei due esperimenti doveva essere condotto separatamente, poiché ciascuna delle due condizioni di luce rappresentava un carattere, secondo il quale poteva essere condotta un'attività indipendente di selezione della coltura risicola. Ciò confermava quanto emergeva in un analogo studio effettuato nel 2019 su coltivazioni di Cassava.

Come sottolinea Liana Acevedo Siaca, primo autore di questo studio: “Questa mancanza di correlazione, che sembra confermarsi tra specie differenti, ci invita a capovolgere la maniera in cui pensiamo lo studio della fotosintesi. Procedendo in avanti abbiamo bisogno di incorporare più misurazioni dinamiche nella maniera di capire la fotosintesi, specialmente in un contesto agricolo perché realisticamente quelle piante mai sono in uno stadio costante.

Il gruppo di ricercatori ha anche valutato come le piante fanno fronte alle fluttuazioni nell'intensità della luce, analizzando le possibili differenze tra i 5 principali gruppi di varietà di riso, che a volte sono considerati sottospecie. Dallo studio non è emersa alcuna rilevabile differenza tra tali gruppi, sebbene i ricercatori ritengono che delle variazioni potrebbero emergere in future attività di ricerca.

Durante questo studio è stata accentrata l'attenzione su tre parametri collegati all'attività fotosintetica: la velocità di attivazione o inizio della fotosintesi, la velocità di assimilazione di anidride carbonica a formare zuccheri e quanto efficientemente le piante di riso testate utilizzino l'acqua.

Quando i ricercatori hanno modificato l'intensità luminosa da quella bassa a quella alta hanno riscontrato che una delle varietà di riso ha incrementato molto l'attività fotosintetica, con una variazione rispetto alla varietà con minore intensità fotosintetica che raggiungeva il 117%. In condizioni di luce fluttuante un'altra varietà, appartenente al gruppo 'Indica', assimilava più del doppio della varietà risultata peggiore per tale carattere e anch'essa appartenente al gruppo 'Indica', che, complessivamente, i ricercatori han trovato è il più efficiente nell'utilizzo dell'acqua.

Come ha riferito Long: ”Sorprendentemente dopo aver fatto un'analisi molto più dettagliata di queste accessioni insieme a un (gruppo di) controllo delle Filippine, molto ben studiato e chiamato IR64, abbiamo scoperto che la biochimica è la più grande limitazione all'efficienza mentre le foglie eseguono la transizione dall'ombra alla luce. La biochimica è una limitazione complessivamente differente rispetto che quella studiata in un parallelo studio sulla cassava, che illustrava il bisogno di una più precisa sintonizzazione della fotosintesi, separatamente in differenti specie coltivate- a prescindere dal fatto che generalmente il processo fotosintetico ben conservato e costante nella maggior parte delle colture alimentari”.

Secondo quanto riferisce Acevedo Siaca il prossimo passo consiste nell'identificare come migliorare (o ingegnerizzare) il riso con risposte di più veloce induzione (dell'attività fotosintetica).

Come ha detto Acevedo-Siaca: “Alla fine della giornata l'obbiettivo sarebbe di avere delle piante che possano rispondere più rapidamente alle fluttuazioni della luce per metterle in grado di essere più produttive”. Ella ha ricevuto nel 2016 la borsa di studio 'Borlaugh' sulla Sicurezza alimentare Globale, che ha utilizzato per portare avanti molta della sua ricerca svolta presso l'Istituto internazionale di Ricerche sul Riso (IRRI). La dott.ssa Acevedo – Siaca spiega il suo obbiettivo: “Sono interessata alle maniere con le quali noi possiamo migliorare questo processo mentre conserviamo la maggior parte del germoplasma che abbiamo lì fuori. C'è davvero tanta biodiversità con la quale potremmo lavorare. Penso che sarebbe una vergogna se non esaminassimo più approfonditamente tutte le opzioni disponibili”.

Nota della fonte: Stephen Long, direttore del Progetto RIPE, aveva anche pubblicato un lavoro di riferimento sulla rivista Science, nel quale egli mostrava che le coltivazioni non sono pienamente adattate ad aver a che fare con condizioni (di campo) di luce dinamica e aiutare le coltivazioni in tale adattamento potrebbe aumentare la loro produttività del 20%. Il progetto RIPE da lui condotto è stato realizzato in collaborazione con l'Australian National University, l'Accademia cinese delle Scienze, l'Organizzazione per la Ricerca scientifica e industriale del Commonwealth, la Lancaster University, la Louisiana State University, l'Università di Berkeley (California), l'Università di Cambridge (UK), l'Università dell'Essex (UK) e il Servizio di Ricerca agricola del Ministero dell'Agricoltura degli Stati Uniti d'America.

Fonte/i: Carl R. Woese Institute for Genomic Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign, 9 marzo 2020

Autore dell'articolo: , 20 marzo 2020

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