Le piante di cereali si trasformano in sensori dell’inquinamento

I ricercatori americani hanno sviluppato un circuito genetico che si attiva in presenza di sostanze contaminanti nei terreni coltivati a cereali. Inducendo le graminacee a produrre un pigmento visibile

di Matteo Cavallito

La contaminazione dei campi è da sempre una minaccia primaria per il settore agricolo e, più in generale, per l’ambiente. La capacità di rilevare la presenza degli inquinanti, va da sé, è fondamentale per l’avvio di opportune strategie di bonifica. E a fornire un aiuto in questo senso, sostengono ora gli scienziati, potrebbe essere una particolare categoria di piante: le graminacee.

L’ipotesi è contenuta in uno studio realizzato da un gruppo di ricercatori del Donald Danforth Plant Science Center, dell’Università della Florida Gainesville, e dell’Università dell’Iowa. Gli autori, in particolare, hanno sviluppato strumenti innovativi che consentono alle principali colture cerealicole, come il mais ad esempio, di trasformarsi in veri e propri biosensori. In grado di rilevare anche quantità minime di sostanze chimiche nei suoli.

Una risposta ai segnali chimici

La ricerca, pubblicata sulla rivista Plant Biotechnology Journal, descrive l’ingegnerizzazione di erbe che producono un pigmento viola visibile, l’antocianina, in risposta a specifici segnali chimici. Se abbinate a sistemi avanzati di acquisizione di immagini e analisi, osservano gli scienziati, queste piante possono segnalare livelli anche estremamente bassi di esposizione a sostanze chimiche. Oltre a fenomeni di inquinamento o condizioni avverse che possono influire sulla salute delle colture e dell’uomo.

“La biologia sintetica vegetale è estremamente promettente per l’ingegnerizzazione delle piante finalizzata a soddisfare esigenze future; per dimostrare la validità del concetto i circuiti genetici vengono progettati, costruiti e testati nelle piante“, spiega l’indagine.

Nello studio, i ricercatori hanno adattato con successo “un sensore inducibile dal ligando (una molecola capace di legarsi a un’altra creando un complesso in grado di svolgere o indurre una funzione biologica, ndr) per attivare il percorso endogeno dell’antocianina nella specie monocotiledone C4 Setaria viridis”. Le specie erbacee monocotiledoni sono quelle che si caratterizzano per la presenza di una sola foglia embrionale nel seme. La categoria include in particolare i principali cereali del Pianeta come grano, orzo, riso e mais.

Le piante diventano sensori

Semplificando, gli autori hanno adattato con successo un circuito genetico che attiva il percorso delle antocianine della pianta  di graminacea. Un circuito genetico è un insieme di geni e sequenze che possono attivarsi in presenza di uno stimolo. Gli scienziati sono intervenuti individuando e modificando uno di questi circuiti, inserendolo nella pianta e collegandolo alla via naturale che crea queste sostanze coloranti.

In questo modo, quando rileva la presenza di un contaminante chimico, il circuito genetico si “accende” e produce un pigmento viola visibile. Finendo così per funzionare come un sensore.

“Abbiamo identificato due fattori di trascrizione che possono essere espressi come un singolo trascritto e sono sufficienti a indurre la produzione endogena di antocianine”, spiegano gli scienziati. “Abbinato ad algoritmi di rilevamento sensibili, questo sistema potrebbe consentire alle piante coltivate di segnalare lo stato di contaminazione dei campi o di rilevare sostanze chimiche indesiderate che hanno un impatto sull’agricoltura aprendo la strada a una diffusa applicazione di questa tecnica”.

Una scoperta rilevante per le colture di cereali

L’idea di sviluppare un sistema di rilevamento naturale basato sulle piante non è una novità. Ma a oggi queste tecniche sono state sviluppate solamente sulle specie dicotiledoni, le piante, cioè, che contengono due foglie embrionali come trifoglio, tarassaco, papavero, girasole, fagiolo e lattuga. L’applicazione di questo tipo di strumento anche alle specie cerealicole rappresenta quindi un’innovazione importante.

“Le colture di cereali sono fondamentali per la sicurezza alimentare globale”, ha affermato Dmitri Nusinow, ricercatore e co-autore dello studio. “Avere piante che fungono da sentinelle nei campi potrebbe far aumentare quest’ultima e migliorare la sostenibilità dell’agricoltura”.

Gli scienziati, infine, hanno sviluppato tecniche di visualizzazione iperspettrale e di analisi discriminativa che rilevano a distanza e senza impatto i cambiamenti di pigmentazione. Dimostrando così di poter attivare un sistema preciso di rilevamento remoto dell’esposizione chimica nelle graminacee consentendo alle colture stesse di comunicare attivamente le condizioni ambientali.