La quinoa e molte altre piante estremamente resistenti sono ricoperte da strane “vesciche” simili a palloncini che per 127 anni si credeva fossero responsabili della protezione dalla siccità e dal sale. I risultati di una ricerca dell’Università di Copenaghen rivelano che non è così. Queste cosiddette cellule della vescica svolgono una funzione completamente diversa, sebbene importante. La scoperta rende probabile che ora sarà possibile riprodurre piante di quinoa ancora più resistenti, il che potrebbe portare a una coltivazione molto più ampia di questa coltura sostenibile in tutto il mondo.
Guardandolo al microscopio, assomiglia ad un palloncino pieno d’acqua. O un’opera d’arte in vetro. Ma è solo una cosiddetta cellula vescicale. Se ti chiedessi a cosa serva non saresti il primo. Per 127 anni, anche le menti più brillanti nel campo della biologia vegetale hanno creduto che le vesciche piene di liquido che ricoprivano le foglie, i fiori raggruppati e gli steli di una serie di piante resistenti fossero qualcosa di completamente diverso da quello che risultano essere ora.
La scoperta è avvenuta grazie a una nuova ricerca dell’Università di Copenaghen che ha contraddetto completamente le aspettative dei ricercatori. La nuova intuizione può probabilmente essere utilizzata per espandere la coltivazione di una coltura particolarmente nutriente e resistente al clima.
“La quinoa è stata pubblicizzata come una coltura a prova di futuro perché è ricca di proteine e altamente tollerante alla siccità e al sale, e quindi ai cambiamenti climatici. Gli scienziati credevano che il segreto della tolleranza della quinoa fosse nelle numerose cellule della vescica epidermica sulla superficie del pianeta.” pianta. Finora si pensava che servissero come una sorta di discarica di sale e per immagazzinare l’acqua. Ma non è così e ne abbiamo prove evidenti”, afferma il professor Michael Palmgren del Dipartimento di scienze vegetali e ambientali.
Baluardo contro i parassiti
Tre anni fa, un gruppo di ricerca guidato dal dottorando Max Moog e dal suo supervisore Michael Palmgren ha iniziato a studiare le cellule epidermiche della vescica delle piante di quinoa in modi mai utilizzati prima. La speranza era quella di comprendere i meccanismi della pianta per renderla resistente al sale e alla siccità.
A tal fine, i ricercatori hanno coltivato piante mutanti senza cellule della vescica per confrontare le loro reazioni al sale e alla siccità con quelle delle piante di quinoa selvatica ricoperte di cellule della vescica.
Con loro sorpresa, i ricercatori hanno scoperto che le cellule della vescica non hanno alcun effetto positivo sulla capacità della pianta di tollerare il sale e la siccità. Al contrario, sembrano indebolire la tolleranza. Invece, le cellule della vescica fungono da barriera contro parassiti e malattie.
“Sia che versassimo acqua salata sulle piante mutanti senza cellule della vescica, sia che le esponessimo alla siccità, si comportavano brillantemente e contro le aspettative. Quindi, qualcosa non andava. D’altra parte, potevamo vedere che erano pesantemente infestate da piccoli insetti… “A differenza delle piante ricoperte di cellule vescicali. È stato allora che ho capito che le cellule vescicali devono avere una funzione completamente diversa”, afferma Max Moog, ora postdoc presso il Dipartimento di Scienze vegetali e ambientali e primo autore dello studio, pubblicato su il giornale Biologia attuale.
Quando i ricercatori hanno analizzato ciò che è nascosto all’interno delle cellule della vescica, non hanno trovato il sale come previsto, nonostante avessero aggiunto ulteriore sale alla pianta. Invece, hanno trovato composti che respingono gli intrusi.
“Abbiamo scoperto che le cellule della vescica agiscono come una barriera sia fisica che chimica contro i parassiti affamati. Quando minuscoli insetti e acari si aggirano faticosamente su una pianta ricoperta di cellule della vescica, semplicemente non sono in grado di raggiungere i succosi germogli verdi a cui sono maggiormente interessati. e non appena cercano di rosicchiare le cellule della vescica, scoprono che il contenuto è tossico per loro,” dice Michael Palmgren.
Tra le altre cose, le cellule epidermiche della vescica della quinoa contengono acido ossalico, un composto presente anche nel rabarbaro, che agisce come un veleno mortale sui parassiti.
Gli esperimenti hanno inoltre dimostrato che le cellule della vescica proteggono la quinoa anche da una delle malattie batteriche più comuni nelle piante, Pseudomonas syringae. Ciò probabilmente accade perché le cellule della vescica ricoprono parzialmente gli stomi sulle foglie della pianta, punto di ingresso di molti invasori batterici.
“La nostra ipotesi è che queste cellule della vescica proteggano anche da altre malattie delle piante come la peronospora, una malattia fungina che limita gravemente la resa della quinoa”, afferma Max Moog.
La chiave per una “superquinoa” estremamente tollerante
Esistono migliaia di varietà della coltura sudamericana e la densità delle cellule vescicali sulla superficie della pianta varia da varietà a varietà. Ma molti elementi suggeriscono che la densità determini l’efficacia della protezione delle cellule della vescica.
“Le varietà di quinoa con una maggiore densità di cellule vescicali sono molto probabilmente più resistenti contro parassiti e malattie. D’altra parte, possono essere leggermente meno tolleranti al sale e alla siccità. E viceversa. Queste variazioni non cambiano il fatto che la quinoa è generalmente molto resistente al sale e alla siccità. Ma la spiegazione deve essere trovata altrove che nelle cellule della vescica,” dice Max Moog e continua:
“Grazie agli sforzi per espandere la coltivazione della quinoa in tutto il mondo, le nuove conoscenze possono essere utilizzate per adattare il raccolto alle varie condizioni regionali. Ad esempio, l’Europa meridionale ha condizioni molto secche, mentre i parassiti sono un problema più grande della siccità nell’Europa settentrionale. Qui nell’Europa settentrionale, avrebbe senso concentrarsi sulle varietà di quinoa densamente ricoperte di cellule vescicali”.
Secondo Michael Palmgren, i nuovi risultati forniscono una ricetta concreta su come allevare la “super-quinoa” in modo relativamente semplice:
“Finora, queste cellule vescicali sono state ignorate nella coltivazione della quinoa. Se si desidera un raccolto che sia estremamente resistente a parassiti e malattie, ma che sia comunque tollerante al sale e alla siccità, si può optare per coltivare varietà che siano densamente ricoperte di cellule della vescica. Quindi, ora potremmo avere uno strumento che ci permette semplicemente di incrociarci per ottenere una “super-quinoa” più tollerante,” dice Michael Palmgren.
I risultati della ricerca aggiungono una nuova dimensione alla nostra conoscenza sulla quinoa. Finora si sapeva molto poco su come la pianta si difende dagli attacchi di organismi ostili.
“Ora sappiamo che la quinoa non tollera solo fattori di stress non biologici come la siccità e il sale, ma anche influenze biologiche come parassiti e batteri patogeni. E allo stesso tempo, abbiamo scoperto il segreto di questi prodotti dall’aspetto strano cellule della vescica. Questa ricerca è un esempio di come non sempre ciò che è accertato si rivela vero”, conclude il professore.
CHE COS’È UNA CELLULA DELLA VESCICA?
- Le cellule della vescica epidermica sono strutture ciliate piene di liquido sulle foglie, sugli steli e sulle superfici di una varietà di piante. Alcune piante, inclusa la quinoa, ne sono spesso completamente ricoperte.
- Le cellule della vescica sono in realtà una forma di tricomi. I tricomi sono strutture simili a peli presenti nella maggior parte delle piante. Di norma, i tricomi hanno un aspetto completamente diverso e assomigliano più ai peli sulle foglie dell’ortica.
- Nel 1896, il fisiologo vegetale austriaco Gottlieb Haberlandt propose che le cellule della vescica fungessero da serbatoi d’acqua.
- Il numero di cellule vescicali su una pianta è predeterminato. Una foglia molto giovane ha lo stesso numero di cellule vescicali di una foglia vecchia, ma la densità sulla foglia giovane è maggiore a causa delle sue dimensioni più piccole. Pertanto, le foglie giovani, che sono più attraenti per i parassiti, sono meglio protette.
- Le cellule della vescica si trovano nei membri della famiglia dell’amaranto (ad esempio, quinoa e piede d’oca bianca) e della famiglia delle Aizoaceae (compresa la pianta del ghiaccio), che insieme comprendono circa 3840 specie in tutto il mondo.
SULLO STUDIO
- Esistono migliaia di varietà di quinoa e i ricercatori attualmente ne studiano poco più di 100.
- I ricercatori hanno setacciato un campo di oltre un milione di piante di quinoa sull’isola danese di Lolland per trovare una variante senza cellule della vescica epidermica da utilizzare come pianta mutante nei loro esperimenti. Le reazioni nella pianta mutante sono state confrontate con quelle delle varietà di quinoa selvatica.
- I ricercatori dietro lo studio sono Max Moog, Xiuyan Yang, Amalie K. Bendtsen, Christoph Crocoll e Michael Palmgren dell’Università di Copenaghen; Lin Dong e Merijn R. Kant dell’Università di Amsterdam, Paesi Bassi; Tomohiro Imamura e Masashi Mori dell’Università della Prefettura di Ishikawa, Giappone e John C. Cushman dell’Università del Nevada, USA.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
