Le piante ricordano le temperature del giorno precedente - quelle elevate aumentano l'allungamento dello stelo

Alcuni scienziati dell'istituto di ricerca argentino 'Leloir Institute Foundation (FIL)' e loro collaboratori hanno scoperto che l'adattamento della crescita della pianta alle temperature diurne dipenderebbe da un meccanismo in base al quale le piante memorizzano per un breve periodo di tempo quanto avvenuto nella giornata precedente per poi comportarsi di conseguenza (secondo un certo schema) durante la nottata successiva.

Come noto le piante utilizzano la fotosintesi per crescere, la quale è composta da una fase luminosa durante la quale avviene la produzione di energia chimica (ATP) che poi è utilizzata, prevalentemente di notte, nella produzione (biosintesi) di carboidrati e altri composti che costituiscono la struttura della pianta, durante quella che è nota come 'fase oscura' della fotosintesi.

La ricerca, che è stata condotta sulla pianta test Arabidopsis thaliana, spiega l'influenza delle variazioni termiche diurne sulla crescita dello stelo nelle piante. Come è stato verificato in questo studio, le piante conservano una memoria breve di quanto intensa è stata la temperatura diurna e in funzione di essa sarà più o meno accentuato l'accrescimento dello stelo. Tale memoria è molecolare, ovvero chimica, cioè si realizza in seguito alla formazione e accumulo di determinate quantità di sostanze intermedie di reazione.

'Il nostro lavoro fornisce conoscenze che potrebbero essere utilizzate come strumento per il miglioramento genetico delle piante di interesse agronomico, in un contesto di cambiamento climatico globale', ha affermato Jorge Casal, capo del laboratorio di Fisiologia molecolare delle piante presso FIL e ricercatore CONICET presso il Linked Physiological and Ecological Research Institute to Agriculture (IFEVA).

Casal e i suoi colleghi hanno osservato che le piante soggette a temperature diurne elevate non stressanti (28ºC) allungano di più i loro steli durante la notte, rispetto a quelle sottoposte a basse temperature diurne (10ºC). 'Abbiamo scoperto che questo modello di crescita è principalmente governato dalla dinamica di due proteine, o fattori di trascrizione: PIF4 (noto per promuovere la crescita delle piante) e HY5 (noto per inibire la crescita delle piante)', ha spiegato Germán Murcia, ricercatore CONICET presso FIL e primo autore dell'articolo pubblicata su 'The Plant Cell'.

I ricercatori hanno anche verificato che l'espressione del gene PIF4 segue uno schema asimmetrico tra l'aumento (da 10 a 28 ºC) e l'abbassamento (da 28 a 10 ºC) della temperatura noto come 'isteresi'.
Un ciclo d'isteresi si verifica quando il valore di una grandezza dipende da quello da quello assunto da un'altra non solo nel medesimo istante, ma anche negli istanti precedenti; ciò determina, nel nostro caso, che la risposta della pianta alla temperatura non dipende solo da quanto varia la temperatura, ma anche dal fatto che stia salendo o scendendo; a ciò consegue quindi un comportamento asimmetrico, a seconda che il valore del gene PIF sia in salita o in discesa.

Come indicato più dettagliatamente dal ricercatore Jorge Casal :'Questo fenomeno stabilisce che il rapporto tra la variabile di cambiamento (temperatura) e la sua risposta (livelli PIF4) non dipende solo dall'intensità del cambiamento, ma anche dal fatto che esso salga o scenda. In questo senso, i livelli del gene PIF4 (phytochrome-interacting factor) aumentano rapidamente quando le piante passano da 10 a 28ºC e diminuiscono lentamente quando le piante passano da 28ºC a 10ºC'.
Il fattore PIF determina l'allungamento dell'ipocotile in presenza di luce blue.

Contemporaneamente, gli autori dello studio hanno anche scoperto che l'attività del gene ELF3 è fondamentale affinché le piante siano in grado di ricordare le temperature diurne.

'La comprensione dei meccanismi molecolari che regolano la risposta colturale delle piante soggette al mutare delle condizioni di temperatura, simulando in laboratorio quanto avviene in natura tra il giorno e la notte e tra la stagione invernale e quella estiva, pone le basi per lo sviluppo di colture più adatte alle condizioni generato dal cambiamento climatico', ha concluso Murcia.

Al lavoro hanno partecipato anche Romina Sellaro, di IFEVA; e Cristina Nieto e Salomé Prat, del Centro nazionale di biotecnologia, di Madrid, Spagna.