Piante: il momento giusto per sbocciare, e per crescere

La prestigiosa rivista Nature Plants pubblica uno studio del gruppo guidato da Fabio Fornara, docente di Botanica al dipartimento di Bioscienze dell'Università Statale di Milano, che svela il meccanismo che coordina fioritura e allungamento del fusto nei cereali e, grazie alle innovative tecniche di gene editing, apre la strada al miglioramento di caratteri importanti dal punto di vista agronomico.

La fioritura di molte specie di piante avviene durante la stagione primaverile, regalandoci un'esplosione di colori e profumi. Ma come fanno le piante a sapere il momento esatto per fiorire e produrre i semi? Sappiamo che le piante misurano parametri ambientali, come la temperatura e la lunghezza del giorno, per monitorare il passaggio del tempo stagionale e prepararsi a un cambiamento delle condizioni esterne. L'assoluta sincronia nella fioritura di piante appartenenti alla stessa specie sottolinea peraltro come la misurazione di questi parametri sia molto precisa.

In molte specie, fra cui i cereali, la formazione dei fiori è associata alla crescita rapida del fusto, che garantisce ai fiori appena formati di essere portati in alto, al di sopra delle foglie, in modo che il loro polline possa essere più facilmente distribuito. Pertanto, la fioritura e riproduzione della pianta sono scomponibili in due aspetti: la formazione vera e propria dei fiori e l'allungamento dello stelo che li sostiene. I due processi devono essere coordinati, ma fino a ora non era chiaro quali segnali consentissero di sincronizzarli.

Lo studio appena pubblicato su Nature Plants ha finalmente dimostrato quali segnali ambientali e molecolari regolino i due processi nel riso, una specie modello per lo studio dei cereali.

La pianta percepisce l'arrivo di una stagione favorevole alla fioritura misurando variazioni nella lunghezza del giorno. Quando questa lunghezza è opportuna, le foglie producono segnali florigenici (che stimolano la fioritura). I florigeni sono piccole proteine in grado di muoversi nella pianta, attraverso i suoi tessuti conduttori, raggiungendo l'apice del germoglio, sede delle cellule staminali della pianta, dove vengono formati i fiori. Lo studio di Nature Plants ora dimostra che gli stessi segnali florigenici servono anche per preparare il fusto della pianta ad allungarsi. Il meccanismo richiede l'aumento della sensibilità del fusto a ormoni chiamati gibberelline, responsabili della crescita delle piante. Quando segnali florigenici arrivano all'apice del germoglio, rendono il fusto particolarmente sensibile alla presenza di questi ormoni e ne causano il rapido allungamento. L'uso di nuove tecnologie genetiche, come il gene editing, ha permesso ai ricercatori di creare mutazioni mirate nei geni che regolano questo processo, separando il processo di allungamento del fusto dalla fioritura, e permettendo di ottenere piante che iniziano a crescere molto rapidamente in altezza, già molto prima che siano pronte per fiorire.

Lo studio ha varie e importanti implicazioni, anche considerato che il riso è una importante specie di interesse agrario e nutre almeno metà degli abitanti del pianeta, in paesi in via di sviluppo ma anche in Europa, dove l'Italia è il primo produttore. "I risultati ottenuti – ha commentato Fabio Fornara – ci consentono di approfondire i meccanismi che regolano il passaggio della pianta di riso alla fase riproduttiva, premessa necessaria per la produzione di semi e frutti. Inoltre, comprendere come la regolazione della fioritura e della taglia siano coordinate e avere la possibilità di modificare il sistema a piacimento grazie alla genetica molecolare, apre la strada al miglioramento di caratteri importanti dal punto di vista agronomico".

A questa ricerca hanno partecipato, oltre al personale del dipartimento di Bioscienze, anche le ricercatrici Vittoria Brambilla, del dipartimento di Scienze agrarie e ambientali - Produzione, Territorio, Agroenergia, ed Esther Carrera e Isabel Lopez Diaz, dell'Università Politecnica di Valencia.