Recente scoperta aiuterà ad aumentare l'assorbimento di ferro nelle piante

Il ferro è un elemento importante nella nutrizione delle piante ma è richiesto a dosi abbastanza ridotte (microelemento); contemporaneamente esso è spesso assorbito con difficoltà dal terreno, essendo solubile solo nei terreni acidi o in quelli poveri di ossigeno (questi ultimi sono però meno idonei alla crescita della maggior parte delle piante).

Il ridotto assorbimento di ferro può provocare danni alle piante e rallentamenti del loro sviluppo. Questo problema è particolarmente diffuso nelle piante che si sono evolute in terreni acidi (acidofile), le quali incontrano maggiore difficoltà ad assorbire ferro nei terreni neutri e alcalini.

L'obbiettivo della ricerca scientifica è quindi di incrementare la capacità delle piante di assorbire ferro, per aumentare la produzione e il suo valore nutritivo. Il ferro entra infatti nella composizione della clorofilla, attiva alcune reazioni enzimatiche importanti per la crescita e infine contribuisce utilmente all'alimentazione umana, tramite quei vegetali che lo apportano alla dieta, quando essa è carente di carne.

Una ricerca condotta presso il collegio Dartmouth (Hannover, Germania) ha permesso di fare ulteriormente luce sul processo di assorbimento del ferro nelle piante, un complesso puzzle, nel quale i ricercatori di questo istituzione sono impegnati da anni, come altre equipe di ricerca di tutto il mondo. Come segnalano i ricercatori che han preso parte a questo studio, il processo di assorbimento del ferro coinvolge moltissimi geni e per tale motivo, nella loro ultima ricerca essi hanno concentrato l'attenzione su un gene regolatore dell'assorbimento, denominato (in inglese) Upstream Regulator of IRT1 (o URI), che influisce sullo stato di espressione (attivazione) dei geni che controllano l'assorbimento di ferro.

Il gene URI è a sua volta regolato (attivato) da una proteina, genericamente indicata come 'proteina URI', che si lega a esso, in un sito della sua struttura molecolare, scoperto durante quest'ultima attività di ricerca. Il gene URI controlla a sua volta un network di oltre 1500 geni, alcuni dei quali non hanno alcun ruolo nell'assorbimento del ferro.

In quest'ultimo studio, che si è valso della pianta test Arabidopsis thaliana, i ricercatori di Dartmouth si sono interessati di comprendere la regolazione della funzione del gene URI e hanno così, per prima cosa, notato che la concentrazione della collegata proteina URI, non varia all'aumentare/diminuire dell'assorbimento di ferro; ciò rendeva ancor più complicato capire il ruolo del gene URI nel regolare gli altri geni coinvolti nell'assorbimento di ferro dal terreno. Ciò viene meglio spiegato dal dottor Sun A Kim, autore principale del lavoro, che riferisce: 'La nostra ricerca ha trovato che l'abbondanza della proteina URI non viene cambiata dalle condizioni (di disponibilità) del ferro. Affrontando quindi la scoperta che la proteina era sempre presente, siamo andati a cercare di capire se essa è modificata, in risposta alla disponibilità di ferro, al fine di alterarne l'attività.'

Il significato della forte regolazione dell'assorbimento del ferro nelle piante, attraverso l'attività di molti geni, come spiegato, dipende dal fatto che serve un forte controllo di tale assorbimento, per evitare che il ferro risulti disponibile ad alte dosi, alle quali risulterebbe fitotossico (tossico per la pianta), oltre che altamente reattivo. Diveniva quindi essenziale che i ricercatori cercassero di capire come la proteina URI controlli il livello di assorbimento del ferro e la sua disponibilità; una circostanza che le permette contemporaneamente di evitare di ritrovarsi in un ambiente in cui l'eccesso di ferro può danneggiare la sua attività biologica.

Successivamente è stato quindi appurato che, come avviene per altre proteine, la proteina regolatrice del gene URI subisce una reazione di fosforilazione (aggiunta di una molecola di fosfato), che è abitualmente utilizzata dalle cellule per regolare il funzionamento delle proteine e per trasmettere messaggi chimici. In corrispondenza della fosforilazione è stato verificato che la proteina, legandosi al gene URI in uno specifico sito della sua struttura, fa partire una serie di eventi che attivano l'assorbimento di ferro.

'Abbiamo scoperto un regolatore chiave di uno dei più importanti percorsi di reazione degli elementi nutritivi,' ha detto Mary Lou Guerinot, professoressa di scienze biologiche al Collegio Dartmouth e ricercatrice anziana del progetto. 'Se riuscissimo a immaginare come ottimizzare tale percorso di reazione, potremmo nutrire milioni di persone che soffrono di carenza di ferro – un enorme problema in tutto il mondo specialmente per donne e bambini.'

Il gene URI è quindi un 'fattore di trascrizione' e, quando attivato dalla detta proteina, avvia la decodifica di altri geni, che controllano la complessiva reazione di assorbimento del ferro. La proteina URI controlla anche il funzionamento di un'altra proteina, che blocca l'assorbimento di ferro quando esso è adeguatamente presente nella pianta.

Come riferisce Kim: 'Non solo abbiamo scoperto il gene URI, ma abbiamo anche trovato le regioni del DNA dove la proteina URI si collega (al gene) per permettere sia espresso il percorso di assorbimento del ferro. Il gene URI è un fattore di trascrizione ed è in corso la sua modifica per capire quando si collega e attiva gli altri geni'.

Verificata questa serie di circostanze i ricercatori stanno quindi ora cercando di modificare il funzionamento del gene URI, per mantenerne attiva la trascrizione e fare quindi in modo che l'attività di assorbimento del ferro possa proseguire anche in presenza di una sua adeguata quantità all'interno della cellula. In tal modo diverrebbe possibile aumentare la qualità alimentare di alcune colture, che sono alla base dell'alimentazione delle popolazioni più povere, ad esempio il frumento, il riso, la cassava (da cui si ricava la manioca).

Come riferisce in conclusione la dott.ssa Guerinot: 'I cibi di molte delle diete di base non sono una buona fonte di ferro come la carne rossa. Questa scoperta di ricerca potrebbe fornire ferro alla gente che finora non lo sta ottenendo.'

Lo studio qui divulgato è stato pubblicato negli atti dell'Accademia nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America e sovvenzionato attraverso una borsa di studio della Fondazione nazionale della Scienza (NSF) e dell'Istituto nazionale per la Salute (NIH).

Fonte/i: Dartmouth College (Hannover - Germania), 25 novembre 2019

Autore dell'articolo: , 30 novembre 2019

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