Un controllo delle infestanti efficiente ed ecologicamente responsabile
Molte piante, comprese le colture, hanno una propria difesa chimica, che funge da arsenale per combattere insetti, agenti patogeni e specie vicine. Queste difese chimiche possono essere molto diverse fra loro, e a volte sono specifiche di una sola specie. «Non sappiamo come alcune specie vegetali siano in grado di tollerare l’attacco chimico da parte delle piante infestanti, perciò volevamo scoprire i bersagli molecolari delle fitotossine di origine vegetale e identificare le componenti genetiche essenziali per la tolleranza a queste sostanze», spiega Claude Becker, coordinatore del progetto FEAR-SAP, ospitato dalla Ludwig-Maximilians-University a Monaco di Baviera. Becker e la sua équipe hanno preso in esame i benzoxazinoidi, una sostanza chimica di difesa prodotta da molte erbe, comprese importanti colture come mais, grano e segale. «Il nostro approccio non ha precedenti in questo campo. Le interazioni tra piante sono state studiate da una prospettiva biochimica ed ecologica, ma non applicando i metodi della genomica e della genetica, né studiando il microbioma della pianta ricevente l’interazione», spiega.
Sfruttare le fitotossine per proteggere le piante coltivate
Nel corso del progetto FEAR-SAP, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, lo studio si è concentrato su due questioni principali. Per prima cosa, l’équipe si è chiesta quale sia la modalità d’azione molecolare dei benzoxazinoidi, ovvero come riescano a inibire la crescita delle piante; successivamente, si è domandata in che modo le piante che producono queste sostanze chimiche riescano a eludere la loro stessa tossina. Per trovare una risposta, è stata studiata una pianta esposta ai benzoxazinoidi ma non in grado di produrli. «Abbiamo usato Arabidopsis thaliana come modello genetico di pianta, per la quale sono disponibili molte risorse genetiche. Abbiamo coltivato centinaia di accessioni naturali in diversi tipi di suolo e su un terreno integrato con benzoxazinoidi. Poi abbiamo valutato le differenze nella risposta», aggiunge Becker. FEAR-SAP ha studiato anche gli effetti dei benzoxazinoidi sui batteri associati alle radici: secondo una delle ipotesi, infatti, i benzoxazinoidi potrebbero inibire la crescita delle piante influenzando il microbioma radicale. «In entrambi i casi, abbiamo applicato approcci di genetica quantitativa per identificare i geni alla base della risposta delle piante o dei microrganismi.»
Una gamma completa di analisi di genetica molecolare, genomica e metagenomica
Questa interazione è estremamente sofisticata. Come osserva Becker, gli ambienti di ricerca a complessità ridotta limitano la nostra capacità di comprendere appieno le interazioni. «Avremo bisogno di ulteriori progressi nella tecnologia e nelle risorse di dati per cogliere il quadro completo», osserva. «Gli approcci su larga scala che includono dati fenotipici, genomici, trascrittomici e genetici, come quello applicato dal progetto FEAR-SAP, ci permettono di districare in parte questa complessità.» FEAR-SAP ha stabilito che il genotipo della pianta gioca un ruolo fondamentale nel modo in cui questa risponde ai composti rilasciati da uno dei suoi vicini. Il composto può anche essere ampiamente modificato nel breve tragitto dal donatore al ricevente. Ora l’équipe sta iniziando a tradurre i risultati al di fuori del sistema genetico modello. «Abbiamo anche generato un grano privo di benzoxazinoidi, che attualmente stiamo propagando per la sperimentazione in campo aperto», spiega. Becker si dice orgoglioso che il progetto sia riuscito ad applicare gli approcci della genomica, in senso più ampio, a questo campo di ricerca, aprendolo così a nuove discipline. «Ci auguriamo che la questione dell’interazione biochimica tra piante, o allelopatia, che è stata affrontata per più di un secolo in una nicchia relativamente piccola della biologia, diventi interessante per i ricercatori di discipline precedentemente non correlate», conclude Becker.
Parole chiave
FEAR-SAP, controllo delle piante infestanti, piante coltivate, benzoxazinoidi, genetica molecolare, genomica, analisi metagenomica, frumento, mais e segale privi di benzoxazinoidi
