Ecco perchè i legumi limitano la capacità di approvvigionarsi di sostanze nutritive

I legumi come fagioli, piselli e lenticchie sono unici tra le colture per la loro capacità di interagire con i batteri del suolo per convertire o fissare l'azoto atmosferico, rendendolo una forma utilizzabile dalle piante. Tuttavia, questo processo biologico ad alta intensità energetica viene ridotto quando l'azoto è già abbondante nel suolo attraverso processi naturali o attraverso l'applicazione di fertilizzanti sintetici.

L’ultima scoperta del regolatore genetico che spegne la fissazione dell’azoto quando i livelli di nitrato di suolo sono elevati consente agli scienziati di rimuovere il gene nei legumi modello, assicurando che continuassero a fissare l’azoto indipendentemente dall’ambiente del suolo.

Aumentare la capacità biologica dei legumi di fissare l'azoto potrebbe aiutare ad aumentare la crescita e la resa delle colture, riducendo al contempo la necessità di fertilizzanti sintetici, che contribuiscono all'impronta ambientale dell'agricoltura.

"Dal punto di vista agricolo, la continua fissazione dell'azoto potrebbe essere un tratto benefico che aumenta la disponibilità di azoto, sia per il legume che per le colture future che si basano sull'azoto lasciato nel terreno dopo che vengono coltivati i legumi", ha detto l'autore principale Dugald Reid, docente e leader del gruppo di ricerca della La Trobe University presso l'Istituto La Trobe per l'agricoltura sostenibile e l'alimentazione (LISAF) e il Dipartimento di Scienze degli animali e del suolo, e il ricercatore dell'ENSA.

Il team ha scoperto il regolatore noto come "Fixation Under Nitrate" (FUN) dopo aver esaminato 150.000 singole piante di legumi in cui i geni erano stati eliminati per identificare come le piante controllano il passaggio dalla fissazione dell'azoto all'assorbimento di azoto del suolo.

FUN, che è un tipo di gene noto come fattore di trascrizione e controlla i livelli di altri geni, è risultato essere presente nei legumi indipendentemente dal fatto che fosse attivo o inattivo e indipendentemente dai livelli di azoto.

“Come parte dello studio, abbiamo progettato uno schermo genetico per migliaia di piante in serra per identificare i geni che collegano i trigger ambientali con segnali biologici”, ha detto il dottor Jieshun Lin, coautore dell’articolo e ricercatore ENSA.

“Accando i livelli di nitrati a disposizione del legume modello, siamo stati in grado di identificare quelli con una compromissione della regolazione del fissaggio dell’azoto e scoprire il mutante del FUN”.

Il team ha quindi utilizzato una combinazione di biochimica, studi di espressione genica e microscopia per scoprire che il FUN si forma in lunghi filamenti di proteine quando è inattivo.

Ciò ha portato alla scoperta secondaria che i livelli di zinco svolgono un ruolo nell'innescare FUN per diventare attivi e chiudere la fissazione dell'azoto.

“Abbiamo scoperto che il cambiamento dell’azoto del suolo altera i livelli di zinco nella pianta. Lo zinco non era stato precedentemente collegato alla regolazione della fissazione dell’azoto, ma il nostro studio ha scoperto che un cambiamento nei livelli di zinco a sua volta attiva FUN, che poi controlla un gran numero di geni che hanno chiuso la fissazione dell’azoto”, ha detto il dottor Kasper Andersen, coautore e ricercatore ENSA.