Ecco come le piante si proteggono dalle ondate di calore

Luglio 2021 è stato il mese più caldo mai documentato.
Negli Stati Uniti, la temperatura media è stata superiore alla media di luglio di 2,6 gradi Fahrenheit, e molti paesi dell'Europa meridionale hanno visto temperature superiori ai 45 gradi Celsius, compresa una temperatura massima di 48,8 gradi Celsius registrata sulla costa orientale della Sicilia in Italia.

Gli ultimi decenni hanno visto un aumento dell'incidenza delle ondate di calore con picchi record in tutto il mondo, e questo è visto come un risultato del cambiamento climatico. Le ondate di calore si sono verificate più frequentemente, sono state più calde e sono durate più a lungo con gravi conseguenze non solo per gli esseri umani e gli animali, ma anche per le piante. "Lo stress da calore può influenzare negativamente le piante nei loro habitat naturali e destabilizzare gli ecosistemi, riducendo anche drasticamente i raccolti, minacciando così la nostra sicurezza alimentare", dice Brigitte Poppenberger, professore di biotecnologia delle colture orticole.

Le cellule attivano una via di difesa molecolare per la protezione dallo stress da calore.

Per sopravvivere a brevi periodi di stress termico, le piante attivano una via molecolare chiamata risposta allo shock termico. Questa risposta heat-shock protegge le cellule dai danni inflitti dallo stress proteotossico, che danneggia le proteine. Tale stress non è solo causato dal calore, ma può anche risultare dall'esposizione a certe tossine, ai raggi UV o alla salinità del suolo.

La risposta allo shock termico protegge le cellule in vari modi, uno dei quali è la produzione delle cosiddette proteine da shock termico, che servono come scudi molecolari che proteggono le proteine impedendone lo “sfaldamento”.

I brassinosteroidi possono aumentare la resistenza allo stress termico delle piante

Le piante rispondono allo stress da calore attivando i fattori di shock termico e anche altri attori molecolari. In particolare, sono coinvolti gli ormoni come messaggeri chimici. Tra gli ormoni che le piante producono ci sono i brassinosteroidi, che regolano principalmente la loro crescita e il loro sviluppo. Ma, oltre alle loro proprietà di promozione della crescita, i brassinosteroidi hanno altre capacità interessanti, una di queste è la loro capacità di aumentare la resistenza allo stress termico delle piante, e i ricercatori dell'Università tecnica di Monaco hanno recentemente scoperto cosa contribuisce a questa capacità protettiva.

Usando la pianta modello Arabidopsis thaliana, un gruppo di ricerca guidato dalla Prof. Brigitte Poppenberger è stato in grado di chiarire come uno specifico fattore di trascrizione - una speciale proteina responsabile dell'accensione o spegnimento di certe sezioni del DNA - è regolato dai brassinosteroidi. Questo fattore di trascrizione, chiamato BES1, può interagire con i fattori di shock termico, permettendo così alle informazioni genetiche di essere indirizzate verso una maggiore sintesi delle proteine di shock termico. Quando l'attività di BES1 è aumentata, le piante diventano più resistenti allo stress termico, e quando è diminuita, diventano più sensibili ad esso. Inoltre, il gruppo ha dimostrato che BES1 è attivato dallo stress termico e che questa attivazione è stimolata dai brassinosteroidi.

"Questi risultati non sono solo di interesse per i biologi che cercano di espandere la nostra comprensione della risposta allo shock termico, ma hanno anche un potenziale di applicazione pratica in agricoltura e orticoltura", dice il Prof. Poppenberger.

I biostimolanti contenenti brassinosteroidi sono disponibili e possono essere testati per la loro capacità di aumentare la resistenza allo stress da calore nelle piante. Tali sostanze sono prodotti naturali che sono approvati per l'agricoltura biologica e quindi potrebbero essere utilizzati senza problemi. In alternativa, BES1 può essere un bersaglio interessante per approcci di selezione genetica. Questo potrebbe essere usato per creare varietà più resistenti allo stress da calore e quindi fornire rese più stabili in caso di future ondate di calore.