Una piccola mutazione radicale potrebbe far sì che le colture si fertilizzino da sole

Questa è la conclusione a cui sono giunti Kasper Røjkjær Andersen e Simona Radutoiu, professori di biologia molecolare all’Università di Aarhus.

La loro nuova ricerca evidenzia un importante indizio biologico che potrebbe aiutare a ridurre la forte dipendenza dell’agricoltura dai fertilizzanti artificiali.

Le piante necessitano di azoto per crescere e la maggior parte delle specie coltivate può ottenerlo solo attraverso i fertilizzanti. Un piccolo gruppo di piante, tra cui piselli, trifoglio e fagioli, possono crescere senza aggiunta di azoto. Lo fanno formando una partnership con batteri specifici che trasformano l’azoto presente nell’aria in una forma che la pianta può assorbire.

Svelare i segreti dietro la fissazione naturale dell’azoto

Gli scienziati di tutto il mondo stanno lavorando per comprendere le basi genetiche e molecolari di questa capacità naturale di fissare l’azoto. La speranza è che questa caratteristica possa eventualmente essere introdotta nelle principali colture come grano, orzo e mais.

Se realizzate, queste colture potrebbero fornire il proprio azoto. Questo cambiamento ridurrebbe la necessità di fertilizzanti sintetici, che attualmente rappresentano circa il 2% del consumo energetico globale e producono significative emissioni di CO2.

I ricercatori dell’Università di Aarhus hanno ora identificato piccoli cambiamenti nei recettori delle piante che le inducono a disattivare temporaneamente le loro difese immunitarie e ad entrare in una relazione cooperativa con i batteri che fissano l’azoto.

Come le piante decidono tra difesa e cooperazione

Le piante fanno affidamento sui recettori della superficie cellulare per percepire i segnali chimici provenienti dai microrganismi nel terreno.

Alcuni batteri rilasciano composti che avvertono la pianta che sono “nemici”, provocando un’azione difensiva. Altri segnalano che sono “amici” in grado di fornire nutrienti.

Legumi come piselli, fagioli e trifoglio consentono ai batteri specializzati di entrare nelle loro radici. All’interno di questi tessuti radicali, i batteri convertono l’azoto dall’atmosfera e lo condividono con la pianta. Questa partnership, nota come simbiosi, è la ragione per cui i legumi possono crescere senza fertilizzanti artificiali.

I ricercatori dell’Università di Aarhus hanno scoperto che questa capacità è fortemente influenzata solo da due amminoacidi, che agiscono come piccoli “mattoni” all’interno di una proteina della radice.

“Si tratta di una scoperta notevole e importante”, afferma Simona Radutoiu.

La proteina della radice funziona come un “recettore” che legge i segnali dei batteri. Determina se la pianta deve attivare il suo sistema immunitario (allarme) o accettare i batteri (simbiosi).

Il team ha identificato una piccola regione nella proteina recettore che hanno chiamato Determinante della simbiosi 1. Questa regione funziona come un interruttore che controlla quale messaggio interno riceve la pianta.

Modificando solo due amminoacidi all’interno di questo interruttore, i ricercatori hanno cambiato un recettore che normalmente attiva l’immunità in modo che iniziasse invece la simbiosi con i batteri che fissano l’azoto.

“Abbiamo dimostrato che due piccoli cambiamenti possono far sì che le piante modifichino il loro comportamento su un punto cruciale: dal rifiutare i batteri alla cooperazione con loro”, spiega Radutoiu.

Espansione del potenziale delle principali colture alimentari

Negli esperimenti di laboratorio, i ricercatori sono riusciti a progettare con successo questo cambiamento nella pianta Loto giapponese. Hanno poi testato il concetto nell’orzo e hanno scoperto che il meccanismo funzionava anche lì.

“È davvero notevole che ora siamo in grado di prendere un recettore dall’orzo, apportarvi piccole modifiche e quindi la fissazione dell’azoto funziona di nuovo”, afferma Kasper Røjkjær Andersen.

Il potenziale a lungo termine è significativo. Se queste modifiche potessero essere applicate ad altri cereali, alla fine potrebbe essere possibile allevare grano, mais o riso capaci di fissare da soli l’azoto, in modo simile ai legumi.

“Ma dobbiamo prima trovare le altre chiavi essenziali”, osserva Radutoiu.

“Solo pochissime colture oggi possono realizzare la simbiosi. Se riusciamo a estendere questo approccio a colture ampiamente utilizzate, può davvero fare una grande differenza sulla quantità di azoto da utilizzare.”