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Colture resistenti alla tossicità
Gran parte delle terre coltivate del mondo contiene alluminio che ostacola i raccolti. Ma un nuovo studio ha trovato un modo per far crescere le piante nonostante gli effetti tossici del metallo. La scoperta, dei biologi vegetali dell'Università della California, Riverside, suggerisce che l'ingegneria genetica potrebbe aumentare i raccolti da campi che oggi non sono ideali per la coltivazione.
Lamina di alluminio: Quando l'alluminio nel terreno viene attivato da condizioni acide, danneggia il DNA delle piante. In risposta, le cellule della radice normali si fermano nel mezzo della divisione (riga in alto). Ma nelle piante con una mutazione che le rende cieche al danno al DNA, le cellule radicali continuano a dividersi, aggirando gli effetti di arresto della crescita dell'alluminio (riga in basso).
L'alluminio è comune nei terreni, è un componente importante dell'argilla, ma solo nei terreni acidi il metallo forma uno ione che può dissolversi nei liquidi ed è tossico per le piante. Tuttavia, i suoli acidi costituiscono fino alla metà dei terreni coltivati del mondo e la tossicità dell'alluminio è il principale fattore che frena la crescita delle colture in quasi il 20% dei terreni arabili del mondo, comprese vaste aree degli Stati Uniti a est del fiume Mississippi e dell'Europa nordoccidentale. .
Il problema è che abbiamo tutte queste piante coltivate - grano, mais e orzo e così via - che non si sono evolute o sviluppate su terreni tossici per l'alluminio, leader dello studio e professore di biochimica Paolo Larsen dice. Non hanno resistenza naturale o tolleranza all'alluminio. I coltivatori di piante stanno lavorando allo sviluppo di ceppi che possono far fronte meglio all'alluminio tossico, ma sono stati in grado di apportare solo miglioramenti incrementali, afferma Larsen.
In uno studio in Biologia attuale , Larsen e la sua collega Megan Rounds hanno scoperto una semplice mutazione in un singolo gene che fa prosperare le piante nonostante i livelli di alluminio che normalmente sarebbero tossici. Larsen e Rounds hanno scoperto il gene, chiamato AtATR, combinando mutanti di Arabidopsis , un membro della famiglia della senape comunemente usato negli studi di genetica vegetale. Il gene è correlato a una famiglia di proteine note per aiutare a individuare e rispondere ai danni al DNA in quasi tutti gli organismi multicellulari.
È noto che gli ioni di alluminio tossici danneggiano il DNA e il nuovo studio suggerisce che le piante rispondono bloccando la crescita delle cellule nelle punte delle loro radici quando accumulano troppi danni al DNA. Le piante potrebbero aver evoluto questa risposta per aiutarle, nel corso delle generazioni, a far fronte agli effetti tossici dell'alluminio, ipotizza Larsen. Ma a breve termine, significa che le piante sono meno sane e rachitiche e più vulnerabili a fattori di stress come la siccità.
Ma la mutazione appena identificata inattiva la proteina AtATR, quindi le cellule non rispondono al danno al DNA interrompendo la divisione cellulare, aggirando così quel checkpoint, dice Larsen. La pianta è effettivamente cieca a ciò che sta accadendo nella cellula. Quindi le piante mutanti possono mantenere alti livelli di crescita in presenza di livelli tossici di alluminio, anche se subiscono qualche danno al DNA.
Non è ancora chiaro quanti danni al DNA subiscano le piante, dice Larsen. Ma la strategia potrebbe funzionare per promuovere la crescita a breve termine anche sacrificando il DNA delle piante. Per evitare l'accumulo di danni al DNA nel corso di generazioni di coltivazione su terreni ricchi di alluminio, gli agricoltori potrebbero ottenere semi da piante mutanti coltivate su terreni privi di alluminio. Ciò rispecchierebbe il modo in cui gli agricoltori dei paesi industrializzati utilizzano semi ibridi provenienti dalle aziende agricole anziché conservare i propri semi per piantare ulteriori generazioni di colture.
Il lavoro fornisce la prima prova convincente di un meccanismo che spiega l'effetto tossico dell'[alluminio] sulla crescita delle radici, afferma il biologo vegetale Manny Delhaize del Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization Plant Industry Center, a Canberra, in Australia. Ci sono state numerose teorie su come l'alluminio arresti la crescita delle radici e questo lavoro fornisce prove convincenti riguardo al processo molecolare coinvolto. Delhaize afferma che un altro metodo per mantenere alti i tassi di crescita, limitando al contempo qualsiasi danno al DNA, potrebbe essere quello di ingegnerizzare le piante in modo che le punte delle loro radici esprimano molecole che inattiverebbero l'AtATR.
Tuttavia, un approccio così mirato potrebbe non essere necessario, sostiene Larsen. Anche dopo aver coltivato le piante mutanti su terreni contenenti alluminio per diverse generazioni, non ci sono evidenti effetti deleteri sulla crescita, sulla vitalità [o] sulla produzione di semi, dice.