PISA – Nel cuore pulsante della ricerca scientifica italiana, un team di eccellenza ha svelato uno dei più intimi segreti del mondo vegetale: come le piante, a livello cellulare, percepiscono e reagiscono alla scarsità di ossigeno, una condizione nota come ipossia. Questo studio pionieristico, pubblicato sulla prestigiosa rivista npj Science of Plants, è il frutto di una sinergia tra alcune delle più importanti istituzioni accademiche pisane: la Scuola Superiore Sant’Anna, che ha coordinato il progetto, la Scuola Normale Superiore e l’Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) di Pisa. La scoperta non solo arricchisce la nostra comprensione della biologia fondamentale delle piante, ma promette di avere implicazioni rivoluzionarie per l’agricoltura del futuro, in un pianeta sempre più segnato dagli effetti dei cambiamenti climatici.
Un’indagine senza precedenti: l’analisi a livello di singola cellula
Le piante, come tutti gli organismi aerobici, dipendono dall’ossigeno per la loro sopravvivenza. Tuttavia, spesso si trovano in condizioni in cui questo elemento vitale scarseggia. Pensiamo alle radici sommerse durante un allagamento, o ai tessuti interni di un fusto denso dove la diffusione dei gas è limitata. Fino ad oggi, la risposta delle piante a questo stress era stata studiata prevalentemente a livello di tessuto, offrendo una visione d’insieme ma incompleta. La vera svolta di questa ricerca, coordinata dai ricercatori Paolo Maria Triozzi e Pierdomenico Perata dell’Istituto di Scienze delle Piante della Scuola Sant’Anna, risiede nell’aver adottato un approccio radicalmente nuovo: analizzare il comportamento dei geni all’interno di singole cellule.
Questo salto di scala, dal tessuto alla cellula, ha permesso di ottenere una risoluzione senza precedenti. “Grazie a questo studio, possiamo osservare come le piante reagiscono alle variazioni di ossigeno a livello di singola cellula”, spiega Paolo Maria Triozzi. “Questo apre la strada all’identificazione di geni chiave che guidano la crescita in base alla disponibilità dell’ossigeno”. In pratica, i ricercatori sono riusciti a “interrogare” le singole cellule per scoprire quali di esse agiscono come sensori primari della carenza di ossigeno e come, di conseguenza, attivano o disattivano specifici geni per orchestrare una risposta adattativa che influenza l’intera pianta.
La collaborazione che porta all’eccellenza
Il successo di questo complesso studio è stato reso possibile da una stretta e multidisciplinare collaborazione. Fondamentale è stato il contributo di Elena Loreti, ricercatrice dell’Istituto di Biologia e Biotecnologia Agraria del CNR di Pisa ed esperta riconosciuta nei meccanismi di risposta delle piante all’ipossia. Altrettanto cruciale è stato l’apporto del gruppo di ricerca guidato dal professor Francesco Cardarelli del Laboratorio NEST della Scuola Normale Superiore. Il suo team ha messo a disposizione tecniche avanzate di microscopia confocale, strumenti sofisticati che hanno permesso di visualizzare e caratterizzare con estrema precisione l’espressione genica nel meristema radicale, la regione della radice dove avviene la crescita.
Implicazioni per un’agricoltura resiliente al clima
I risultati di questa ricerca non sono confinati ai laboratori, ma hanno una portata potenzialmente trasformativa per il settore agricolo. In un’era definita da cambiamenti climatici sempre più estremi, con eventi come alluvioni, siccità e compattamento del suolo che diventano più frequenti e intensi, la capacità delle colture di resistere a condizioni ambientali avverse è di fondamentale importanza per la sicurezza alimentare globale.
Comprendere in dettaglio quali geni governano la tolleranza all’ipossia è il primo passo per poter sviluppare, attraverso tecniche di miglioramento genetico e breeding di precisione, nuove varietà di piante coltivate (come grano, mais, riso) che siano intrinsecamente più resistenti. Si potrebbero, ad esempio, selezionare piante in grado di sopravvivere più a lungo con le radici sommerse o di prosperare in terreni poco aerati, garantendo così raccolti stabili anche in scenari climatici difficili.
Questa ricerca si inserisce in un filone scientifico di grande attualità che mira a rafforzare la resilienza delle piante non solo alla carenza di ossigeno, ma a un’ampia gamma di stress abiotici e biotici, per costruire un’agricoltura più sostenibile e produttiva. La decodifica di questi meccanismi genetici rappresenta una vera e propria “arma” che la scienza mette a disposizione dell’agricoltura per affrontare le sfide del XXI secolo.