Ione calcio e pH: la cartina di tornasole della sopravvivenza delle piante

Sottoposte a stimoli esterni, le piante rispondono velocemente variando sia la concentrazione dello ione calcio, noto secondo messaggero, che il pH, ossia la concentrazione protonica cellulare.

A dimostralo un nuovo studio delle Università Statale di Milano, di Munster (Germania) e John Innes Centre di Norwich (UK), che apre importanti scenari futuri nella comprensione della fisiologia delle piante e di come queste siano in grado di rispondere adeguatamente ed efficientemente agli stimoli ambientali, attraverso la regolazione della concentrazione dello ione calcio e del pH.

La ricerca – pubblicata su The Plant Cell, rivista della American Society of Plant Biologists – si inserisce nell'ambito degli studi sul cambiamento climatico e ambientale, contesto in cui le piante sono tra gli esseri viventi più a rischio sopravvivenza.

Il gruppo di ricerca – guidato da Alex Costa e composto da Maria Cristina Bonza e Maria Ida De Michelis del dipartimento di Bioscienze dell'Università Statale – ha utilizzato la pianta modello Arabidopsis thaliana, applicando moderne tecnologie di microscopia a fluorescenza e biosensori codificati geneticamente, strumenti che permettono di visualizzare in vivo le concentrazioni degli ioni calcio e protoni nel citoplasma cellulare e in compartimenti subcellulari, quali mitocondri e plastidi.

In particolare, lo studio è riuscito a dimostrare che le cellule vegetali, sottoposte a stimoli esterni, vivono contemporaneamente un aumento transitorio della concentrazione dello ione calcio e una diminuzione del pH cellulare: uno dei meccanismi con cui il calcio può agire come secondo messaggero è, quindi, anche attraverso la regolazione del pH cellulare.

"L'accoppiamento tra calcio e protoni misurato nel citoplasma della cellula risulta invece modificato in organelli quali i mitocondri e plastidi – aggiunge Alex Costa. Laddove il pH degli organelli è dominato da quello citosolico, le dinamiche del calcio risultano diverse da organello a organello. Questo risultato, infine, suggerisce una complessa regolazione da parte dei due secondi messaggeri a livello subcellulare, ampliando la gamma di informazioni trasdotta dalle due molecole segnale".