Scoperte molecole che aiutano le piante a risparmiare acqua senza rallentarne la crescita

Resistere alla siccità senza rallentare la crescita e ridurre la produttività: è una delle sfide più urgenti per l’agricoltura. Un nuovo studio internazionale apre una possibile strada grazie a due molecole sintetiche che aiutano le piante a risparmiare acqua attivando un meccanismo finora inesplorato, che, a sua volta, potrebbe portare ulteriore luce sulle dinamiche di adattamento allo stress ambientale.

La ricerca, pubblicata su Nature Communications, è stata realizzata da un ampio consorzio internazionale coordinato dalla Tohoku University, con la collaborazione del dipartimento di Bioscienze dell’Università Statale di Milano. 

 Quando le piante si trovano in condizioni di stress idrico, attivano naturalmente una risposta di difesa basata sull’acido abscissico (ABA), un ormone che induce la chiusura degli stomi – le microscopiche aperture presenti sulle foglie – riducendo così la perdita d’acqua. Tuttavia, questo meccanismo comporta anche effetti indesiderati, come una generale attivazione di meccanismi di risposta allo stress, con e conseguente rallentamento della crescita. Per superare questo limite, i ricercatori hanno cercato di identificare molecole in grado di indurre la chiusura degli stomi senza produrre effetti collaterali. 
Attraverso uno screening di composti chimici, hanno identificato la molecola NS5806 e successivamente ne hanno sviluppato una versione ottimizzata, denominata UA49. Entrambe agiscono bloccando KAT1, un canale del potassio fondamentale per l’apertura degli stomi, e inibito dall’ABA. In questo modo le piante riducono la traspirazione e conservano più acqua. Gli esperimenti condotti sulla pianta Arabidopsis thaliana hanno mostrato che i trattamenti con le nuove molecole sintetiche aumentano significativamente la sopravvivenza in condizioni di siccità. A differenza dell’ABA, però, non ritardano la germinazione dei semi né ostacolano la crescita delle radici, due aspetti fondamentali per una futura applicazione agricola. 

Oltre al potenziale applicativo, il lavoro ha portato a una scoperta biologica inattesa. Analizzando il funzionamento delle nuove molecole, i ricercatori hanno osservato che la chiusura degli stomi non avviene attraverso la classica via di segnalazione dell’ABA, ma tramite un meccanismo diverso che coinvolge un aumento sostenuto del calcio all’interno delle cellule. Lo studio suggerisce inoltre che il canale KAT1 non svolga soltanto una funzione di trasporto degli ioni, ma partecipi attivamente alla trasmissione dei segnali cellulari che regolano la risposta agli stress ambientali.

 “Le due nuove molecole rappresentano candidati molto promettenti per lo sviluppo di una nuova generazione di biostimolanti e regolatori fisiologici, pensati per ridurre l’impatto della siccità sulle colture e migliorare l’efficienza nell’uso delle risorse idriche. Allo stesso tempo, queste molecole sono strumenti di ricerca preziosi, perché ci permettono di comprendere meglio i meccanismi molecolari con cui le piante percepiscono e affrontano gli stress ambientali.” spiega Alex Costa, docente del dipartimento di Bioscienze e coordinatore scientifico della piattaforma di bioimaging UNITECH NOLIMITS dell’Università Statale di Milano.