L’ingegno delle piante batte la compattazione

Un’indagine internazionale svela i meccanismi ingegneristici che consentono alle radici di penetrare nel suolo soggetto a compattazione. Decisivo un ormone delle piante. Dalle scoperte nuove opportunità nel campo della selezione vegetale

di Matteo Cavallito

Le piante utilizzano principi ingegneristici per penetrare nel terreno sottoposto a compattazione. A descriverli uno studio condotto dalle università di Copenhagen, Shanghai (Jiao Tong) e Nottingham che porta con sé importanti implicazioni per lo sviluppo delle colture in risposta a un problema globale. L’ampio utilizzo di macchinari agricoli sempre più pesanti, infatti, starebbe aggravando il problema rendendo più difficile per le specie vegetali estendere le proprie radici. Un problema, rilevano gli autori, aggravato ulteriormente dalla siccità legata al cambiamento climatico.

Così le piante risolvono il problema

“La dipendenza dell’agricoltura moderna dalla meccanizzazione sta causando il degrado e la compattazione del suolo che influiscono sulla crescita delle radici e sulle rese dei raccolti”, si legge nello studio pubblicato sulla rivista Nature. “Le radici delle piante si espandono radialmente quando incontrano condizioni di terreno compatto, diventando più corte e inspessendosi. Il loro rigonfiamento radiale è dovuto principalmente all’espansione degli strati cellulari della corteccia, che può causare fessurazioni nel terreno che facilitano la penetrazione”. Questa risposta è determinata dalla ritenzione di un ormone chiamato etilene che si accumula intorno alla radice proprio a seguito dell’indurimento del terreno che, ovviamente, riduce la diffusione dei gas nel suolo stesso.

“Nonostante questa intuizione meccanicistica“, prosegue l’indagine, ”non era ancora chiaro come l’etilene controllasse il rimodellamento della parete cellulare per consentire l’espansione delle radici”. Almeno fino a oggi.

I ricercatori, infatti, hanno scoperto nel dettaglio le dinamiche di un vero e proprio processo ingegneristico innescato dall’etilene. Quest’ultimo, infatti, dà il via a una reazione a catena che attiva un gene, chiamato OsARF1 e situato nella corteccia della radice, che, a sua volta, riduce la produzione di cellulosa. In questo modo le pareti cellulari diventano più sottili e flessibili consentendo alle cellule di gonfiarsi e alla radice di espandersi. E rendendo lo strato esterno della radice, al tempo stesso, più spesso e robusto. Tutto questo aiuta le radici a spingersi in profondità anche attraverso un terreno compatto.

Il meccanismo può essere amplificato

E non è tutto. Il meccanismo, spiegano infatti gli autori in una nota, può essere amplificato intervenendo direttamente sulla composizione proteica della pianta. “I nostri risultati dimostrano che aumentando i livelli di una proteina specifica, un fattore di trascrizione, la radice assume una maggiore capacità di penetrare nel terreno compatto”, ha affermato Jiao Zhang, ricercatore dell’Università Jiao Tong di Shanghai e principale autore dello studio.

Che ha aggiunto: “Grazie a queste nuove conoscenze, possiamo iniziare a riprogettare l’architettura delle radici per affrontare in modo più efficace la compattazione”.

Gli esperimenti sono stati condotti fin qui solo sul riso ma il meccanismo, sostengono gli autori, sarebbe applicabile in generale a tutte le specie vegetali. “I nostri risultati potrebbero aiutare a sviluppare colture più adatte a crescere in terreni compattati dai macchinari agricoli o dalla siccità legata al clima. Ciò sarà fondamentale per l’agricoltura sostenibile del futuro”, ha dichiarato Wanqi Liang, docente della Jiao Tong e co-autrice.

La compattazione riguarda un quinto dei terreni agricoli

Il lavoro apre anche nuove opportunità nel campo della selezione vegetale. Gli scienziati, infatti, hanno anche identificato molti altri fattori di trascrizione che regolano la produzione di cellulosa modificando così la struttura delle piante. Intervenendo su di essi, spiegano, sarebbe quindi possibile progettare piante con forme diverse adattando alcune colture ai terreni compatti. Implicazioni importanti, insomma, considerando la portata del problema.

Nel 2022, uno studio pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences che ha coinvolto l’Università di Uppsala (Svezia) e lo Swiss Federal Institute of Technology di Zurigo, ha evidenziato come in poco più di 60 anni, il peso delle mietitrebbie sia aumentato di quasi 10 volte, passando da 4 a circa 36 tonnellate.

L’incremento del tonnellaggio dei macchinari compatterebbe in modo permanente il suolo fino a circa 20 centimetri di profondità al di sotto della superficie dissodata limitando l’accesso all’acqua e alle sostanze nutritive da parte delle radici delle piante, danneggiando le colture e gli organismi del terreno e limitando l’assorbimento di acqua. Secondo la ricerca, il rischio compattazione interesserebbe un quinto della superficie coltivata globale. Il fenomeno riguarderebbe soprattutto le regioni ad alta vocazione meccanica come Europa, Nord America, Sud America e Australia.