Viti resistenti al calore e all’ozono
Nell’ambito della borsa di studio individuale Marie Skłodowska-Curie, il progetto OVOC di Horizon 2020, finanziato dall’UE, ha approfondito un meccanismo generale per la protezione delle piante dagli stress abiotici. Tale meccanismo viene esercitato da composti noti come isoprenoidi volatili (VIP), il più semplice dei quali è l’isoprene (C5H8). I VIP sono una importante classe di metaboliti secondari prodotti dalle piante che si ritiene abbiano un ruolo antiossidante, anche se il meccanismo sottostante non è ancora noto. Alcune colture, ad esempio quella della vite, non emettono C5H8 ma emettono altri isoprenoidi quali i monoterpeni. Nonostante 60 anni di ricerca, il ruolo dei VIP non è stato ancora completamente compreso, sebbene la presenza di C5H8 sia legata a una maggiore tolleranza agli stress ossidativi, quali lo stress termico. «Non è tuttavia chiaro se il massiccio investimento di carbonio che le piante dedicano all’emissione di isoprene sia in linea con questo ruolo. Inoltre, il meccanismo con cui l’isoprene, e forse anche altri isoprenoidi, agisce come antiossidante all’interno delle piante non è ancora noto», afferma il dott. Francesco Loreto, coordinatore del progetto. I ricercatori hanno dapprima valutato un meccanismo antiossidante per il C5H8 nelle piante. In particolare, hanno esaminato se il C5H8 viene ossidato all’interno delle piante, agendo pertanto come “scavenger” di ossidanti. Volevano inoltre dimostrare che i VIP hanno un ruolo antiossidante nella vite, la coltura frutticola economicamente più importante in Europa. Hanno inoltre esaminato se meccanismi simili a quello testato per il C5H8 avvengono per altri isoprenoidi nella vite. Approfondimenti importanti Il team di ricerca ha utilizzato uno spettrometro di massa a tempo di volo di reazione di trasferimento di protone (PTR-TOF-MS) ad alta sensibilità per misurare i VIP, i loro presunti prodotti di ossidazione e i possibili prodotti di trasformazione volatili dal metabolismo delle piante. Questo lavoro è stato eseguito in tempo reale con una sensibilità molto elevata, separando composti marcati isotopicamente in esperimenti di tracciamento del carbonio. I risultati hanno mostrato che alcuni VIP sotto forma di monoterpeni hanno un ruolo antiossidante nella vite. È stato anche proposto e dimostrato un nuovo meccanismo di trasformazione per i prodotti di ossidazione delle piante. Infine, l’emissione di presunti prodotti di ossidazione C5H8 e dei loro prodotti di trasformazione su stress abiotico è stata collegata all’ossidazione C5H8 all’interno delle foglie. Per la comunità delle scienze atmosferiche, anche il meccanismo di trasformazione del metil-vinil-chetone in metil-etil-chetone è significativo, in quanto l’origine del metil-etil-chetone biogenico, un composto importante nella chimica dell’atmosfera, era precedentemente sconosciuta. Un risultato chiave secondo il dott. Loreto è che «alcuni monoterpeni volatili proteggono la vite dagli shock termici, che più probabilmente avvengono in uno scenario caratterizzato da eventi estremi correlati ai cambiamenti climatici». Vantaggi più ampi La comunità delle scienze atmosferiche trarrà vantaggio dalla scoperta di un nuovo meccanismo di trasformazione dei prodotti di ossidazione di C5H8 da parte delle piante. «L’isoprene e i prodotti ossidanti dell’isoprene da parte delle piante sono molecole chiave nel determinare le proprietà ossidative dell’atmosfera, incluse la formazione di ozono e di particelle», sottolinea il dott. Loreto. Le scoperte di OVOC supporteranno la comunità della fitologia promuovendo le conoscenze in questo campo e aprendo nuovi percorsi di ricerca e di indagini. Inoltre, il progetto sta ora sviluppando una tecnica di screening per determinare la maggiore resistenza in alcune varietà di vite. Tale tecnica aiuterà una vasta gamma di parti interessate implicate nelle scienze agricole e selezionatori, che beneficeranno di OVOC nel lungo termine.
Parole chiave
OVOC, isoprene (C5H8), vite, stress, isoprenoidi volatili (VIP), monoterpene, metil-etil-chetone, scienza atmosferica, stress ossidativo, spettrometro di massa a tempo di volo di reazione di trasferimento di protone (PTR-TOF-MS)
