Basta sfiorarla con un dito, e le sue foglie si chiudono all’istante: è la Mimosa pudica, una piantina che è facile trovare anche ai bordi delle nostre strade. Nelle serre delle nostre latitudini si trovano invece spesso esemplari di Dionaea muscipula (la cosiddetta Venere acchiappamosche), la pianta carnivora: quando un insetto si posa sulle sue foglie, queste si chiudono per intrappolarlo e digerirlo lentamente. Esempi che fanno capire quanto il senso del tatto sia diffuso anche tra le piante. Con effetti che riguardano anche il modo in cui organizzano la loro crescita.
Ma in che modo le piante percepiscono una folata di vento, una grandinata, un erbivoro che rosicchia foglie e tronchi? Uno studio pubblicato su Nature Communications chiarisce un tassello importante di questo processo. Il lavoro è guidato da Olivier Van Aken e Huy Cuong Tran (Università di Lund, Svezia), con gruppi dell’Università di Gand, del VIB Center for Plant Systems Biology e dell’Università Paris-Saclay.
Una cascata di proteine
Da tempo sappiamo che gli stimoli meccanici attivano nelle piante delle proteine chiamate MAPK (mitogen-activated protein kinases, chinasi attivate da mitogeni). Mancava però un tassello cruciale: che cosa innesca il segnale e che effetti ha sullo sviluppo successivo della pianta. “Ora – spiega Van Aken – abbiamo identificato questo percorso di segnalazione”.
Le MAP chinasi lavorano in serie, come una staffetta. Una chinasi di primo livello (MAPKKK) ne attiva una di secondo livello (MKK), che a sua volta attiva una di terzo livello (MPK). Ogni passaggio avviene aggiungendo un gruppo fosfato alla proteina successiva, un’operazione detta fosforilazione, in una sorta di “cascata proteica” che in alcuni casi si attiva già dopo un minuto dal tocco. Il segnale dura una decina di minuti e dopo venti è quasi scomparso.
I ricercatori hanno usato Arabidopsis thaliana, la pianta modello della biologia vegetale, imparentata con senape e cavolo. Le piantine sono state sfiorate con un pennello morbido: una decina di passate, con una pressione di circa 2 grammi per centimetro quadrato. Il gruppo ha poi combinato analisi dell’espressione genica, una mappatura su larga scala delle proteine fosforilate a 1, 3 e 10 minuti dallo stimolo (fosfoproteomica) e test biochimici con anticorpi contro le MAPK attivate.
La prova con le piante mutanti
Per verificare che la catena funzioni davvero così, i ricercatori hanno usato piante mutanti, in cui sono stati disattivati i geni di alcune proteine della cascata. Quando mancano MKK4 e MKK5, il segnale si interrompe: dopo il tocco, MPK3 e MPK6 non vengono più attivate e nella pianta quasi non cambia nulla. Se mancano anche le proteine del primo livello, MAPKKK3, MAPKKK4 (detta anche YODA) e MAPKKK5, il segnale si spegne quasi del tutto.
Il quadro è più complesso di una semplice catena di comando. Il tocco attiva infatti una risposta in cui entra in gioco l’acido jasmonico (un ormone vegetale), regolando l’espressione di circa 800 geni responsabili dell’adattamento e della risposta agli stimoli fisici. Ma a interessare i ricercatori era soprattutto l’effetto sulla crescita delle piante.
Dal tocco alla forma delle piante
Non potendo fuggire alle avversità ambientali (pioggia, vento o temperature eccessive), la flora deve infatti adattarsi al luogo in cui si trova. Questo fenomeno di adattamento strutturale prende il nome di tigmomorfogenesi (dal greco thigma, cioè tocco, e morphogenesis, origine della forma). E’ quello che si osserva, per esempio, negli arbusti che crescono in aree molto ventose, che hanno un’altezza ridotta proprio per offrire meno resistenza alle folate, sviluppando fusti più robusti e flessibili. Lo stesso fenomeno in genere porta anche a rosette più piccole (quella particolare disposizione delle foglie a raggiera, disposte in cerchio e vicine tra loro in modo simile ai petali di una rosa) e a una fioritura ritardata. Ebbene, sfiorando con il pennello le piante due volte al giorno per circa due settimane, i ricercatori hanno osservato una riduzione nell’area della rosetta di circa il 38%. Nel triplo mutante MAPKKK3/5/YODA la riduzione è stata di circa il 20%, e nel mutante MKK4/5 di circa il 28%. La cascata, dunque, è necessaria perché la pianta risponda al tocco ripetuto con il consueto rimpicciolimento.
Cosa resta da scoprire
Rimane aperta una domanda: cosa percepisce il tocco e accende la cascata? Gli autori ipotizzano che la stimolazione meccanica venga rilevata da recettori di membrana, che attiverebbero chinasi citoplasmatiche capaci di innescare la catena. Per ora resta un’ipotesi. Ma capire come le piante rispondono al tatto, dicono i ricercatori, ha risvolti pratici fondamentali per il futuro dell’agricoltura e della coltivazione in serra. Comprendere la sensibilità meccanica vegetale consentirà di sviluppare colture più resistenti agli eventi meteorologici estremi, come tempeste e forte vento, ottimizzando la gestione delle risorse senza ricorrere a trattamenti chimici.
Sulle possibili applicazioni di questa scoperta, i ricercatori sono prudenti. Si tratta di ricerca di base, e servono altri studi prima di qualunque uso in agricoltura. Esistono però indicazioni incoraggianti da altri lavori: per esempio, una rullatura controllata dei cereali può proteggere le piante dalla siccità. Ma il valore dello studio è soprattutto di comprensione, come ricordano gli autori: “Le piante sembrano immobili e passive, ma monitorano costantemente ciò che accade intorno a loro. Capire i meccanismi molecolari alla base di questi segnali ci aiuta a capire come si adattano all’ambiente e come affrontano condizioni estreme, come il cambiamento climatico”.
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