Fitotossicità da alluminio - In futuro sarà possibile creare varietà di piante resistenti

Una recente ricerca, indagando il fenomeno della fitotossicità da alluminio, ha aperto una nuova strada per la creazione di varietà di piante più tolleranti a questo elemento. La fitotossicità da alluminio è un problema che riguarda molti terreni in tutto il mondo e più in particolare in quei luoghi in cui l'elevata acidità del suolo rende solubili i metalli.

Questo fenomeno è particolarmente rilevante poiché l'alluminio è tra gli elementi più diffusi nella crosta terrestre, in forma di vari composti come le argille, gli ossidi e gli idrossidi di alluminio, mentre mai è stata riscontrata la sua presenza allo stato puro. Nei terreni acidi quindi alte concentrazioni di alluminio fermano lo sviluppo delle radici nelle piante, limitando in modo marcato la produttività agricola e bloccando anche l'assorbimento del calcio un elemento importante per lo sviluppo della pianta.

La giustificazione comunemente considerata valida circa il meccanismo d'azione dell'alluminio nelle piante è che esso si leghi a dei punti obbiettivo posti nel sistema radicale, bloccando la divisione cellulare, danneggiando il DNA e quindi interrompendo la crescita della pianta.
Recentemente lavorando sulla pianta modello Arabidopsis, un gruppo di biochimici agrari dell'Università di Riverside ha definito che non è la fitotossicità dell'alluminio ad essere direttamente responsabile dell'inibizione della crescita delle piante, ma un fattore posto nella cellula vegetale, che essi hanno identificato e denominato AtATR, che funziona come un sistema di sorveglianza interno al DNA e che allerta le piante riguardo un possibile danno da eccesso di alluminio; per questo motivo esso è in grado di indurre l'interruzione della crescita.

Gli esperimenti condotti dai ricercatori hanno mostrato che l'AtATR può essere manipolato in modo da accentuare la quantità di alluminio tollerata dalla pianta, con il risultato di ottenere piante le cui radici possono crescere normalmente in suoli che contengano livelli fitotossici di alluminio.

Lo studio è stato pubblicato nel numero del 14 ottobre di 'Current Biology'.

'Le piante monitorano attivamente il danno provocato dall'alluminio per mezzo dell'AtATR' riferisce Paul Larsen, professore associato di biochimica ed autore principale dello studio, 'ma interrompendo questo meccanismo di valutazione interno a piante che crescono in suoli con elevato contenuto di alluminio, noi siamo in grado di stimolare una ulteriore crescita della pianta, perché in questa condizione essa non è più in grado di percepire il danno causato dall'alluminio. In altre parole, aggirando questo sistema di controllo le piante non sono più in grado di percepire l'effetto della presenza dell'alluminio; esse continuano a crescere anche in un ambiente contenente livelli di alluminio tossici per la pianta, che risultano invece altamente inibitori per una normale pianta di Arabidopsis.'

La ricerca compiuta offre quindi una nuova strategia per la costituzione di piante coltivabili che possano crescere in ambienti contenenti livelli fitotossici di alluminio, incrementando così la produzione agricola in aree che altrimenti non potrebbero permettere una redditizia agricoltura.

'Il lavoro del Dr. Larsen è un significativo passo avanti nella nostra comprensione di come la tossicità da alluminio inibisca lo sviluppo delle radici', riferisce Leon Kochian, un professore di biologia vegetale all'Università di Cornell, che è stato coinvolto nella ricerca. 'Ciò che egli ha mostrato, usando un'elegante combinazione di genetica, biologia molecolare e fisiologia è che l'alluminio causa danni al DNA negli apici radicali in accrescimento. Le cellule di questa regione hanno un meccanismo per monitorare questo danno e bloccare la divisione cellulare e quindi l'accrescimento radicale.'

Larsen ha spiegato che un apice radicale ha un 'centro quiescente' che ospita le cellule dello stelo – cellule maestre, mantenute attraverso la vita delle radici, che si trasformano in modelli cellulari ed in tessuti. La tossicità da alluminio determina la perdita di queste cellule dello stelo, conseguentemente la divisione cellulare si blocca e con essa la crescita della pianta.
Molti di noi potrebbero pensare che, come in altre circostanze, i terreni affetti dal fenomeno dell'acidità possano essere corretti trattando il suolo con elevate concentrazioni di calce.

La calce è somministrata al terreno in varie forme a differente solubilità ma, come il Prof. Leon Kochian fa notare in un altro documento reperibile in internet, questa operazione non è realmente accessibile agli agricoltori che operano in zone economicamente depresse ed inoltre, data la peculiarità che i fenomeni di fitotossicità dovuti ad alte concentrazioni di alluminio, sono indotti dal centro quiescente posto nell'apice radicale. Infatti, anche qualora il terreno fosse corretto con calce, la pianta, sviluppando le radici durante l'estate in cerca di acqua, raggiungerebbe con gli apici radicali, strati più profondi del suolo acido non interessati dalla calcitazione, qui gli apici, sensibili alla concentrazione elevata di alluminio, indurrebbero nuovamente i fenomeni di fitotossicità.

Sperimentalmente è stato anche dimostrato che la fitotossicità da alluminio non si verifica se si sottopongono le radici delle piante ad alte concentrazioni di questo elemento ad eccezione dei loro apici.
Pertanto l'unica soluzione reale del problema è di creare piante tolleranti ad alte concentrazioni di alluminio, o di impedire come è stato prospettato in questo studio che la pianta abbia la percezione dell'alta concentrazione di alluminio nel suolo, bloccando il funzionamento dell'AtATR.

'L'Interruzione del funzionamento dell'AtATR mantiene il centro quiescente' riferisce Larsen. 'Nel nostro studio noi abbiamo interrotto l'AtATR in tutta la pianta, ma se possiamo interrompere questo fattore solo nell'apice radicale, la pianta non percepisce il danno da alluminio alla radice. La radice continua a crescere e noi recuperiamo produttività'.

Gli esperimenti dei ricercatori hanno riguardato l'introduzione di mutazioni casuali all'interno del genoma di Arabidopsis e l'esame di quelle radici che riuscivano a svilupparsi in presenza di alti livelli di alluminio.
Prossimamente l'equipe di laboratorio di Larsen lavorerà nell'identificazione di altri fattori nella pianta che identificano danni al DNA. Il suo gruppo di lavoro progetta di indurre la mutazione AtATR in piante coltivate come pomodoro e mais, per incrementare la loro tolleranza all'alluminio.

Questo studio è stato finanziato, durante i cinque anni della sua durata, con borse di studio della Fondazione Nazionale delle Scienze e del Ministero dell'Agricoltura statunitense.
L'Ufficio di Commercializzazione della Tecnologia dell'Università della California – Riverside ha protetto con brevetto la scoperta di Larsen e sta cercando partners commerciali interessati a sviluppare questa tecnologia.

Fonte/i: University of California, Riverside (USA), 2 ottobre 2008

Autore dell'articolo: , 12 ottobre 2008

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