Recupero dallo stress da siccità imposto al grano. Pianta trattata con OP a destra. Credito:UCR
La scoperta del team guidato dalla UC Riverside mantiene le piante carnose e offre speranza per i raccolti nonostante la siccità.
Un team guidato dall'Università della California Riverside ha creato una sostanza chimica per aiutare le piante a trattenere l'acqua, che potrebbe arginare la marea di enormi perdite annuali di raccolti dovute alla siccità e aiutare gli agricoltori a coltivare cibo nonostante i cambiamenti climatici.
"La siccità è la causa numero 1, strettamente legata alle inondazioni, dei fallimenti annuali dei raccolti in tutto il mondo", ha affermato Sean Cutler, professore di biologia delle cellule vegetali presso la UC Riverside, che ha guidato la ricerca. "Questa sostanza chimica è un nuovo ed entusiasmante strumento che potrebbe aiutare gli agricoltori a gestire meglio le prestazioni delle colture quando i livelli dell'acqua sono bassi".
I dettagli del lavoro del team sulla nuova e più efficace sostanza chimica anti-perdita d'acqua sono descritti in un articolo pubblicato oggi (25 ottobre 2019) su Science. Questa sostanza chimica, Opabactin, è anche conosciuta come "OP", che nel gergo dei giocatori significa "sopraffatto", riferendosi al miglior personaggio o arma in un gioco.
"Il nome è anche un ringraziamento al mio bambino di 10 anni a casa", ha detto Cutler.
Una versione precedente di OP sviluppata dal team di Cutler nel 2013, chiamata Quinabactin, è stata la prima del suo genere. Imita l'acido abscissico, o ABA, l'ormone naturale prodotto dalle piante in risposta allo stress da siccità. L'ABA rallenta la crescita di una pianta, quindi non consuma più acqua di quella disponibile e non appassisce.
"Gli scienziati sanno da molto tempo che spruzzare piante con ABA può migliorare la loro tolleranza alla siccità", ha detto Cutler. "Tuttavia, è troppo instabile e costoso per essere utile alla maggior parte degli agricoltori".
La chinabactina sembrava essere un valido sostituto dell'ormone naturale ABA e le aziende l'hanno usata come base per molte ricerche aggiuntive, depositando più di una dozzina di brevetti basati su di essa. Tuttavia, la chinabactina non ha funzionato bene per alcune piante importanti, come il grano, la coltura di base più coltivata al mondo.
Ridotta perdita d'acqua visibile nel pomodoro dopo il trattamento con OP. La termografia mostra un aumento della temperatura delle foglie (a destra), che equivale a una minore perdita d'acqua. Credito:UCR
Quando l'ABA si lega a una molecola del recettore ormonale in una cellula vegetale, forma due legami stretti, come le mani che si aggrappano alle maniglie. La quinabactina si aggrappa solo a una di queste maniglie.
Il team di Cutler ha cercato milioni di diverse molecole che imitano gli ormoni che si sarebbero aggrappati a entrambe le maniglie. Questa ricerca, combinata con un po' di ingegneria chimica, ha portato a OP.
OP afferra entrambe le maniglie ed è 10 volte più forte dell'ABA, il che lo rende un "super ormone". E funziona velocemente. In poche ore, il team di Cutler ha riscontrato un miglioramento misurabile nella quantità di piante acquatiche rilasciate.
Poiché OP funziona così rapidamente, potrebbe offrire ai coltivatori una maggiore flessibilità su come affrontare la siccità.
"Una cosa che possiamo fare che le piante non possono fare è prevedere il prossimo futuro con ragionevole precisione", ha detto Cutler. "Tra due settimane, se pensiamo che ci sia una ragionevole possibilità di siccità, abbiamo abbastanza tempo per prendere decisioni, come l'applicazione di OP, che possono migliorare i raccolti."
Il finanziamento iniziale per questo progetto è stato fornito da Syngenta, un'azienda agrochimica, e dalla National Science Foundation.
I membri del team di ricerca includevano altri dell'UCR, del Medical College of Wisconsin, della Utah State University e della PRESTO Japan Science and Technology Agency, nonché delle università di Shizuoka, Tottori e Utsunomiya in Giappone.
Il team di Cutler sta ora cercando di "nerf" la loro scoperta.
"Questo è il discorso dei giocatori quando la potenza di un'arma viene ridotta", ha detto Cutler.
Mentre OP rallenta la crescita, il team ora vuole trovare una molecola che la acceleri. Una tale molecola potrebbe essere utile in ambienti controllati e serre indoor dove le precipitazioni non sono un fattore così importante.
"Ci sono momenti in cui vuoi accelerare la crescita e momenti in cui vuoi rallentarla", ha detto Cutler. "La nostra ricerca riguarda la gestione di entrambe queste esigenze."
Riferimento:"Controllo dinamico dell'uso dell'acqua delle piante utilizzando agonisti del recettore ABA progettati" di Aditya S. Vaidya1, Jonathan D. M. Helander, Francis C. Peterson, Dezi Elzinga, Wim Dejonghe, Amita Kaundal, Sang-Youl Park, Zenan Xing, Ryousuke Mega, Jun Takeuchi, Bardia Khanderahoo, Steven Bishay, Brian F. Volkman, Yasushi Todoroki, Masanori Okamoto e Sean R. Cutler, 25 ottobre 2019, Scienza .
DOI:10.1126/science.aaw8848
