Le piante sono molto allungate, si piegano per consentire l'accesso della luce solare a ciascuna delle loro foglie. Nonostante osservino questo fenomeno da secoli, gli scienziati non lo comprendono appieno. Ora gli scienziati del Salk Institute hanno scoperto che due fattori vegetali - la proteina PIF7 e l'ormone della crescita auxina - sono fattori scatenanti che accelerano la crescita quando le piante sono all'ombra ed esposte contemporaneamente a temperature elevate. sito ufficiale dell'istituto.
I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications il 29 agosto 2022, aiuteranno gli scienziati a prevedere come le piante risponderanno ai cambiamenti climatici e aumenteranno i raccolti nonostante il riscaldamento globale abbia danneggiato le colture.
"In questo momento, stiamo coltivando raccolti a una certa densità, ma i nostri risultati indicano che dovremo abbassare tale densità per ottimizzare la crescita delle piante in base ai cambiamenti climatici", afferma l'autrice senior, la professoressa Joanne Chory, direttrice del Plant Molecular del Salk Institute e Cell Biology Laboratory e Howard, ricercatore presso lo Hughes Medical Institute. "Capire le basi molecolari di come le piante rispondono alla luce e alla temperatura ci consentirà di mettere a punto la densità di impianto per produrre i raccolti migliori".
Durante la germinazione, le piantine allungano rapidamente i loro steli per sfondare il terreno e catturare la luce solare il più rapidamente possibile. Normalmente, lo stelo rallenta la sua crescita dopo l'esposizione alla luce solare. Ma lo stelo può allungarsi di nuovo rapidamente se la pianta compete con le piante circostanti per la luce solare o aumenta la distanza tra il terreno caldo e le foglie della pianta in risposta all'aumento delle temperature. Sebbene entrambe le condizioni ambientali - ombra e temperature elevate - stimolino la crescita degli steli, riducono anche i raccolti.
In questo studio, gli scienziati hanno confrontato le piante che crescono all'ombra e le temperature calde allo stesso tempo, condizioni che imitano l'elevata densità di impianto e il cambiamento climatico. Gli scienziati hanno utilizzato la pianta modello Arabidopsis thaliana, così come il pomodoro e un parente stretto del tabacco, perché erano interessati a vedere se tutte e tre le specie vegetali fossero ugualmente colpite da queste condizioni ambientali.
In tutte e tre le specie, il team di ricercatori ha scoperto che le piante crescevano estremamente alte quando cercavano contemporaneamente di evitare l'ombra creata dalle piante vicine e venivano esposte a temperature più elevate. A livello molecolare, i ricercatori hanno scoperto che il fattore di trascrizione PIF7, una proteina che aiuta ad attivare e disattivare i geni, ha contribuito a stimolare la crescita. Hanno anche scoperto che i livelli di auxina, un ormone della crescita, aumentavano quando le colture trovavano piante vicine, che promuovevano la crescita in risposta a temperature simultanee più elevate. Questo percorso sinergico PIF7-auxina ha permesso alle piante di rispondere al loro ambiente e adattarsi alla ricerca delle migliori condizioni di crescita.
Un fattore di trascrizione correlato, PIF4, stimolava anche l'allungamento dello stelo alle alte temperature. Tuttavia, con una combinazione di ombra e temperature elevate, questo fattore non ha più giocato un ruolo importante.
"Siamo rimasti sorpresi di scoprire che PIF4 non gioca un ruolo importante perché studi precedenti hanno dimostrato l'importanza di questo fattore in situazioni di crescita correlate", afferma il primo autore dello studio Yogev Burko, ricercatore presso il Salk Institute e professore associato presso il Organizzazione per la ricerca agricola presso l'Israel Volcanoes Institute. “Il fatto che PIF7 sia il motore di crescita dominante per questa pianta è stata una vera sorpresa. Con questa nuova conoscenza, speriamo di mettere a punto la risposta alla crescita di varie colture per aiutarle ad adattarsi ai cambiamenti climatici".
I ricercatori ritengono che ci sia un altro fattore ancora da scoprire che amplifica l'effetto di PIF7 e auxina. Sperano di esplorare questo fattore sconosciuto in studi futuri. Il laboratorio di Berko studierà anche come ottimizzare questo percorso nelle colture.
"Le temperature globali stanno aumentando, quindi abbiamo bisogno di colture alimentari che possano crescere in queste nuove condizioni", afferma Chori, co-leader della Salk Plant Use Initiative e Howard H. e Maryam R. Newman Chair of Plant Biology. "Abbiamo identificato i fattori chiave che regolano la crescita delle piante alle alte temperature, che ci aiuteranno a coltivare colture più produttive per nutrire le generazioni future".