Un’oscura pianta acquatica ha contribuito a spiegare come le piante evitino di crollare sotto lo stress e le tensioni della crescita.
La scoperta dei ricercatori Dr Robert Kelly-Bellow e Karen Lee nel gruppo del professor Enrico Coen al John Innes Center, è iniziata con una curiosa osservazione in un mutante nano della pianta carnivora Utricularia gibba.
Gli steli di questa pianta galleggiante sono pieni di spazi aerei e questa cavità significa che la colonna vascolare all’interno dello stelo può piegarsi quando è sotto stress. Questo effetto non sarebbe evidente nella maggior parte delle piante, che hanno steli solidi.
I ricercatori hanno visto che in un mutante nano la colonna centrale era ondulata anziché diritta. Hanno ipotizzato che questa spina dorsale traballante fosse causata da un conflitto interno, una disparità tra ciò che stava accadendo all’interno del fusto della pianta e l’epidermide o la pelle. La modellazione computazionale del coautore, il dottor Richard Kennaway, ha mostrato che questa idea potrebbe spiegare ciò che è stato osservato.
“Ci siamo resi conto che in questi tipi di nano, solo l’epidermide, la pelle del fusto, vuole essere corta, il tessuto interno vuole essere ancora lungo da qui l’effetto buckling”, spiega il professor Enrico Coen del John Innes Centre, un autore dello studio che appare in Scienza.
“Questa è stata una sorpresa: in precedenza la gente pensava che le varietà nane, che sono molto importanti in agricoltura, sarebbero state nane perché tutto nello stelo è interessato a crescere di meno, ma in realtà è solo la buccia in questo caso, creando una sorta di camicia di forza.”
Ulteriori indagini hanno rivelato che il Utricularia gibba mutante nano mancava di un ormone della crescita chiamato brassinosteroid.
Hanno teorizzato che questo ormone normalmente permette alla pelle di allungarsi, dando una camicia di forza più tollerante e permettendo allo stelo della pianta di allungarsi.
Per testare questa idea, hanno usato un mutante nella pianta modello Arabidopsis che indebolisce la colla tra le cellule, per vedere se la riduzione del brassinosteroide causerebbe la formazione di grosse crepe nella pelle dello stelo a causa delle sollecitazioni.
“Questo è esattamente ciò che abbiamo visto”, spiega il professor Coen. “Normalmente uno stelo di Arabidopsis con colla indebolita si crepa leggermente perché l’ormone è lì per allentare la camicia di forza. Ma quando mancava l’ormone, la pelle era completamente strappata e la pianta era quasi senza pelle.”
La modellazione computazionale del coautore, il professor Richard Smith, ha mostrato che l’ormone brassinosteroide stava probabilmente allentando la camicia di forza allentando le fibre nelle pareti delle cellule epidermiche.
“Le cellule vegetali sono attaccate insieme e sono costrette a comportarsi in modo coordinato solo dalla loro pectina, la loro colla, che le lega. Ciò che mostriamo in questo studio è che si tratta di una forza incredibilmente potente; la colla è così forte che basta per cambiare la crescita in uno strato e le altre cellule seguiranno”, spiega il professor Coen.
“Studi precedenti hanno sottolineato che le piante inviano segnali molecolari per crescere in modo coordinato, e questa è ancora una parte della spiegazione. Ma ciò che il nostro studio mostra è che anche la collosità delle cellule vegetali è una componente vitale nel coordinare la crescita. è molto importante.”
Il coautore, il dott. Christopher Whitewoods del Sainsbury Laboratory dell’Università di Cambridge, sottolinea la potenziale importanza di questi risultati per la ricerca futura. “Il fatto che le interazioni meccaniche tra gli strati cellulari controllino la crescita negli steli di due specie selvaggiamente diverse solleva la questione se controllino altri aspetti dello sviluppo delle piante, come il complesso schema interno delle foglie. Siamo entusiasti di verificare se questo è il caso.”
I risultati fanno luce su varietà di colture minuscole, come il grano e il riso, che sono alla base della rivoluzione verde dell’agricoltura, spiegando come i geni controllano la loro crescita e come potremmo migliorare la loro efficienza in futuro.
Le loro scoperte si riferiscono anche ai processi di sviluppo negli animali, come la formazione di crepe nella pelle di coccodrillo e la modellatura dell’intestino, dove si pensa che anche le interazioni meccaniche tra gli strati abbiano un ruolo.
Molte ipotesi sembrano promettenti all’inizio, ma poi non durano per l’intero corso sperimentale. Non è così in questo caso, riflette il professor Coen.
“Il primo assaggio del tessuto traballante nella nostra pianta acquatica nana è stato emozionante perché non appena l’abbiamo visto, abbiamo avuto un’idea di cosa potesse succedere. Ma l’eccitazione più grande è venuta dal testare l’idea in un sistema completamente diverso.
“La natura è sfuggente. Il novantanove per cento delle belle idee fallisce quando viene sottoposto a un test critico. Ma a volte un’idea sopravvive e poi sai che la natura ti ha rivelato uno dei suoi segreti”, dice.
Brassinosteroid coordina le interazioni dello strato cellulare nelle piante attraverso la parete cellulare e la meccanica dei tessuti, appare in Scienza.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
