Nelle radici dei fagioli una risorsa nascosta per l’agricoltura

Uno studio americano ha individuato microscopiche strutture delle radici capaci di assorbire nutrienti e trattenere acqua già nei primi giorni di vita della pianta, favorendone così la sopravvivenza anche nei suoli più aridi

di Matteo Cavallito

La scoperta di un nuovo tipo di cellula nascosta nelle radici dei fagioli comuni potrebbe aprire la strada a colture agricole più resistenti alla siccità e meno dipendenti dai fertilizzanti. Lo sostengono i ricercatori dell’Università dell’Arizona in uno studio pubblicato sulla rivista Science Advances. Le strutture individuate, sono le cosiddette hooked hairs, o “peli radicali uncinati”, microscopiche appendici che si formano nei primi giorni di vita della pianta e che svolgerebbero un ruolo cruciale nella sua sopravvivenza.

Queste strutture, nel dettaglio, permetterebbero alle piantine di assorbire nutrienti e trattenere acqua molto prima della completa formazione dell’apparato radicale, facendo così aumentare le loro probabilità di svilupparsi anche in terreni poveri o aridi.

Molte piante non sopravvivono alle fasi iniziali della crescita

“I meccanismi di resilienza delle piantine prima della comparsa dei peli radicali restano in gran parte poco documentati in letteratura”, spiega lo studio. “Nonostante i progressi nella caratterizzazione fenotipica e cellulare dei sistemi radicali, la diversità delle microstrutture epidermiche sotterranee resta ancora poco esplorata”. La ricerca nasce quindi per colmare questa lacuna ma non solo. A stimolarla, infatti, è anche la necessità di intervenire su un problema sempre più evidente: la vulnerabilità delle piante nelle fasi iniziali della crescita.

Nei primi giorni dopo la germinazione, infatti, esse devono affrontare scarsità d’acqua, alte temperature, carenze nutritive e attacchi di parassiti, senza poter contare su un sistema radicale sviluppato. In queste condizioni una parte significativa delle giovani piante non sopravvive, con perdite economiche rilevanti per gli agricoltori, sottolinea una nota dell’Università dell’Arizona. Ed è proprio osservando questa fase critica che i ricercatori hanno individuato per la prima volta queste formazioni cellulari.

La struttura anticipa i peli radicali comuni

A differenza dei normali peli radicali, che compaiono dopo circa una settimana, queste strutture emergono già entro tre giorni dalla germinazione. La loro forma appuntita e ricurva aumenta la superficie di contatto con il terreno e sembra favorire l’assorbimento precoce di elementi essenziali come fosforo e azoto.

“Le osservazioni morfologiche suggeriscono con forza che gli hooked hairs emergano dopo la germinazione per aiutare le piantine a far fronte a limitazioni di nutrienti e acqua prima dell’attivazione di altri meccanismi di assorbimento”, spiega la ricerca.

Essi inoltre producono suberina, una sostanza cerosa che aiuta la pianta a limitare la perdita d’acqua e a resistere alle temperature elevate del suolo. I ricercatori, inoltre. ipotizzano che la forma a uncino possa avere anche una funzione difensiva contro organismi del suolo, come i nematodi, che possono danneggiare le colture provocando ingenti perdite agricole.

Lo studio sulle radici

Per arrivare a questa scoperta il gruppo dei ricercatori, che include anche studiosi delle università della Georgia e del Missouri, ha dovuto superare uno dei principali limiti della ricerca sulle radici: l’impossibilità di osservare con precisione ciò che accade sottoterra. Il suolo, infatti, interferisce con molte tecniche di imaging tradizionali rendendo difficile individuare strutture cellulari così piccole. I ricercatori hanno quindi combinato sistemi di crescita controllata in laboratorio con microscopia avanzata e un software sviluppato appositamente per analizzare dettagli microscopici.

“Integrando fenotipizzazione basata sulle immagini e trascrittomica a singola cellula, abbiamo caratterizzato sistematicamente le microstrutture epidermiche sulla base della loro geometria, morfologia e dei loro profili molecolari”, spiegano.

Attraverso questo sistema, gli scienziati sono riusciti a rilevare differenze minime nella forma e nello sviluppo delle nuove cellule. Il lavoro è stato poi integrato con tecniche di sequenziamento a singola cellula, che hanno permesso di identificare la specifica firma molecolare di queste strutture. Che, spiegano, non rappresentano semplicemente una variante dei normali peli radicali, ma un vero e proprio nuovo tipo cellulare, caratterizzato da “specifiche funzioni biologiche che hanno smentito la nostra iniziale ipotesi secondo cui gli hooked hairs fossero uno stato cellulare dei tricomi derivante da risposte di acclimatazione”.

Colture più resistenti con meno fertilizzanti

Le implicazioni della scoperta potrebbero essere significative. Comprendere come queste strutture aiutino le piante a sopravvivere nelle prime fasi di crescita consentirebbe di selezionare o sviluppare varietà più resistenti alla siccità e capaci di utilizzare meglio i nutrienti presenti nel terreno. Questo significherebbe limitare il ricorso ai fertilizzanti chimici, riducendo i costi per gli agricoltori e l’impatto ambientale.

Il prossimo passo consiste nel capire se strutture simili siano presenti anche in altre specie vegetali, perché alcune colture, come la soia, per contro, ne siano apparentemente prive e se queste caratteristiche, infine, possano essere trasferite o riprodotte in altre piante coltivate. “La nostra ricerca incoraggerà ulteriori studi sui tipi cellulari e sulle strutture presenti nelle piante non modello, con l’obiettivo di sviluppare colture più resilienti e perfezionare le tecniche integrate di fenotipizzazione e sequenziamento a singola cellula”, concludono gli autori.