Uno studio ha spiegato come la temperatura ambientale influenza la formazione di peli radicali

Uno studio, sulla pianta test Arabidopsis thaliana, ha identificato il meccanismo fisiologico, che sottende l'accrescimento dei peli radicali delle piante, in presenza di temperature lievemente basse (10 °C)

I peli radicali sono i principali responsabili dell'assorbimento di acqua e sostanze nutritive dal suolo. Essi sono posti sulla superficie esterna della porzione del tessuto primario della radice di più recente distensione, sopra il meristema apicale della radice e la zona di accrescimento.
Appena sopra la zona esterna della radice, interessata dalla presenza di peli radicali, vi è invece l''esoderma', che ne è privo e non assorbe. Procedendo verso il centro della radice vi è in corrispondenza, dapprima il parenchima corticale (tessuto di riserva), dotato di spazi intercellulari (apoplasto), attraverso i quali si muovono i fluidi nutritivi assorbiti e poi l'endoderma (costituito dalla banda del Caspary), zona filtrante dotata di cellule trasversalmente e radialmente suberificate, che costringono i fluidi nutritivi ad attraversarle (ovvero a entrare nel sinplasto). La Banda del Caspary seleziona quindi gli elementi nutritivi assorbiti e la risultante linfa grezza è veicolata verso il tessuto vascolare della pianta, che la trasporta verso l'alto.

Lo sviluppo dei peli radicali dipende da fattori interni alla pianta e (prevalentemente) da fattori ambientali (carenza di elementi nutritivi, basse temperature, ecc.). Già precedenti studi si erano occupati di stabilire i motivi dell'accrescimento dei peli radicali in corrispondenza della carenza di specifici elementi nutritivi, arrivando a dimostrare, come avviene anche in questo caso, che una proteina è coinvolta nell'attività di assorbimento.
Ad esempio, uno studio qui riportato nel 2009 spiegava l'assorbimento di calcio da parte dei peli radicali, segnalando il coinvolgimento della proteina RHD2, posta sulla punta dei peli radicali, la quale determina la produzione di radicali liberi, in presenza di calcio. Nel fare quest'attività i peli si allungano e anche aggirano gli ostacoli. Inoltre la fitta rete, che essi costituiscono mantiene la pianta ancorata al suolo, impedendole di muoversi, nonostante alcuni peli radicali si spostino.

Comprendere bene i meccanismi che sono alla base della crescita dei peli radicali ha rilevanza sia ai fini delle scelte colturali, che per la ricerca scientifica, con l'obiettivo di arrivare a sviluppare nuove varietà di piante che, producendo una maggiore quantità di peli radicali, possano assorbire più elementi nutritivi e svilupparsi maggiormente.

Lo stress per le basse temperature è, insieme a quello termico, una delle condizioni più sfavorevoli per la crescita delle piante e influenza la distribuzione geografica delle coltivazioni.
In occasione di quest'ultimo studio, i ricercatori della Fondazione Leloir avevano notato che, in presenza di temperature relativamente basse (10 °C), caratteristiche delle stagioni primaverile e autunnale e compatibili con la presenza di attività vegetativa, le piante presentavano un maggiore accrescimento dei peli radicali.

Lo studio condotto presso la Fondazione Leloir è arrivato quindi a comprendere il meccanismo molecolare, attraverso il quale i peli radicali delle piante si allungano in condizioni di bassa temperatura ed è risultato che ciò dipende dalla carenza di nitrato: la bassa temperatura rallenta il flusso degli elementi nutritivi nel terreno e spinge, per conseguenza, i peli radicali ad allungarsi verso di essi.

Il principale autore di questa ricerca è stato il biologo Javier Martínez Pacheco, del laboratorio Estévez della Fondazione Leloir (Argentina), che ha effettuato la sua ricerca, in collaborazione con il Laboratorio 'Bases of Cellular Adaptation', guidato dal Professor Feng Yu, presso la Facoltà di Scienze Biologiche dell'Università di Hunan (Cina) e con la partecipazione anche di studiosi di altre nazioni.
La ricerca condotta dagli studiosi della Fondazione Leloir ha, poi, dato luogo alla pubblicazione di un articolo, di cui Javier Martínez Pacheco è stato il principale autore, sul giornale scientifico 'New Phytologist'.

José Manuel Estévez, PhD in Biology, capo del Laboratorio di basi molecolari per lo sviluppo delle piante, della Fondazione Leloir Institute (FIL; Argentina) ha spiegato: 'Avevamo identificato che le piante sottoposte a 10°C presentavano una crescita accentuata della lunghezza dei peli radicali, simile a quella prodotta da condizioni con bassi livelli di fosfati e nitrati, che le spingono a cercare concentrazioni di questi nutrienti, per consentire lo sviluppo delle piante. Quindi, ipotizziamo che la bassa temperatura influenzi la disponibilità e la mobilità dei nutrienti e dell'acqua verso la radice, che favorisce la crescita dei peli'.

Per lo studio compiuto i ricercatori della Fondazione Leloir hanno utilizzato la pianta test Arabidopsis thaliana, la quale è spesso usata per esperimenti volti a dimostrare concetti scientifici di valenza generale, poiché si ritiene presenti caratteristiche anatomo-fisiologiche comuni a quasi tutte le piante.
Essi hanno quindi sottoposto diversi esemplari geneticamente modificati di Arabidopsis thaliana a vari trattamenti termici e bassi livelli di nutrienti.

Utilizzando apposite apparecchiature, l'equipe del dott. José Manuel Estévez è quindi riuscita ad identificare le componenti chimiche attive in questo meccanismo fisiologico, che consente la crescita dei peli radicali: esse sono la proteina GTPasi e il suo recettore FERONIA (FER) che, tramite il sensore di elementi nutritivi TOR Complex1 (TORC), percepisce il basso contenuto di nitrato nella soluzione nutritiva del suolo. Dall'interazione di FER con TORC si origina una serie di reazioni, che attivano la crescita di peli radicali.
Anche la proteina GPTasi 'RHO' delle 'piante 2' (Arabidopsis thaliana) >> 'ROP2' è coinvolta in questa processo. ROP2 collega, infatti, nella loro azione il recettore FER e il sensore TORC.
Come ha chiarito il dottor Estévez: 'Queste proteine hanno varie funzioni precedentemente descritte, ma la nostra ricerca fornisce nuove informazioni sulla loro interrelazione nel contesto della crescita e dello sviluppo dei peli radicali in condizioni di freddo e di esaurimento dei nutrienti'.

Lo sviluppo di peli radicali può quindi essere indotto artificialmente, a temperatura di 10°, in carenza di azoto nel substrato di coltivazione.
Come ha spiegato il dottor Estévez: 'Una delle caratteristiche peculiari dei peli radicali è che possono crescere diverse centinaia di volte la loro dimensione originale. Il fatto che una pianta coltivata nella stagione autunnale o invernale abbia peli più lunghi può aiutare un maggiore assorbimento di nutrienti e acqua dal terreno, favorendone lo sviluppo fin dalle prime fasi; e, avendo un migliore ancoraggio, la radice può raggiungere una profondità maggiore, permettendo l'estrazione di nutrienti dagli strati più profondi del suolo'.

Il dottor Estévez ha infine spiegato l'importanza di aver scoperto un ulteriore meccanismo influenzante la crescita dei peli radicali delle piante, attraverso gli aspetti applicativi che ne potranno conseguire: 'Ciò pone le basi per lo sviluppo di piante super-adattabili, con peli più lunghi, che consentano un maggiore assorbimento dei nutrienti in condizioni sfavorevoli, favorendo così lo sviluppo e la crescita della radice e della pianta in generale.'