A change in the cell wall status initiates the elimination of the nucellus in Arabidopsis è il nuovo studio, pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), che chiarisce una delle tappe fondamentali della storia della vita sulla Terra. L’indagine, condotta dal centro di ricerca francese Institut Jean-Pierre Bourgin (IIJPB- INRAE) in collaborazione con l’Università di Urbino (Orto Botanico), fa luce su un meccanismo cellulare coinvolto nella formazione del seme che ha favorito la diffusione delle piante negli ecosistemi terrestri. Una scoperta che potrebbe in futuro concorrere a potenziare la produttività delle colture e affrontare le sfide della sicurezza alimentare.
“La pubblicazione di questo lavoro su Proceedings of the National Academy of Sciences – ha spiegato Giovanni Piersanti, Prorettore alla Ricerca – rappresenta un risultato di grande prestigio per l’Ateneo di Urbino e testimonia l’elevata qualità dell’attività scientifica espressa dalla nostra comunità accademica. Essere presenti su una rivista autorevole, credibile e riconosciuta a livello globale come PNAS testimonia la capacità di contribuire all’avanzamento della conoscenza scientifica e rafforzare la visibilità e la reputazione dell’Università, anche in vista dei futuri processi di valutazione della ricerca. Particolarmente significativo è il carattere internazionale dello studio, frutto della collaborazione tra i nostri ricercatori e altri spagnoli e francesi, a conferma di come le sfide scientifiche più innovative richiedano oggi reti di competenze sempre più ampie. Infine, ho apprezzato l’attenzione ai principi della Open Science, con la libera disponibilità dei dati di ricerca, elemento fondamentale per garantire trasparenza, riproducibilità e affidabilità dei risultati ottenuti, in linea con i principi guida di Coara (Coalition for Advancing Research Assessment)”.
Ne parliamo con Andrea Pompa, docente di Fisiologia vegetale, ed Elisa Maricchiolo, Post doctoral researcher in Fisiologia vegetale, coautori della ricerca.
Il professor Andrea Pompa
Professore, direi di partire raccontando l’esito dello studio.
Lo studio affronta uno dei processi più importanti dell’evoluzione delle piante, ossia l’origine e lo sviluppo del seme. Siamo abituati a considerare il seme come un elemento naturale, imprescindibile del mondo vegetale. In realtà, per milioni di anni le piante ne sono state prive. La comparsa del seme ha rappresentato una delle innovazioni evolutive più straordinarie della storia della vita sulla Terra perché ha consentito alle piante di proteggere l’embrione e colonizzare habitat estremamente diversi: dai deserti alle montagne, dalle isole più remote alle regioni più fredde del pianeta.
Questa straordinaria innovazione si è affermata grazie a meccanismi evolutivi molto complessi, che sono proprio al centro della ricerca descritta nell’articolo. Lo studio ha permesso di comprendere meglio alcuni dei processi genetici che hanno reso possibile la comparsa e l’evoluzione del seme, una delle tappe fondamentali nella storia delle piante. E la pubblicazione su una rivista scientifica prestigiosa qual è PNAS conferma come la ricerca sia stata riconosciuta rilevante non solo per gli specialisti del settore, ma per l’intera comunità scientifica internazionale.
Quindi la ricerca ha un peso perché chiarisce un meccanismo biologico importante?
Andrea Pompa ― Esatto. In particolare, la ricerca si concentra sulla nocella, un tessuto presente nel seme che, milioni di anni fa, svolgeva la funzione di riserva nutritiva per l’embrione vegetale.
Nel corso dell’evoluzione, questa funzione è stata progressivamente trasferita a un’altra struttura, l’endosperma, che oggi rappresenta la principale riserva di nutrienti in molti dei semi che consumiamo quotidianamente. Può sembrare un dettaglio biologico, ma le conseguenze sono state enormi.
Grazie a questa novità biologica, le piante hanno sviluppato semi più efficienti dal punto di vista energetico e nutritivo. E anche per questo motivo oggi disponiamo di colture come grano, mais e riso, che costituiscono la base dell’alimentazione di miliardi di persone.
La scoperta è affascinante perché mostra come un cambiamento avvenuto a livello microscopico, coinvolgendo poche cellule all’interno di un seme, abbia avuto effetti macroscopici sulla storia della vita e, molto più tardi, sullo sviluppo delle società umane. In altre parole, comprendere come si è evoluto il seme significa comprendere anche una delle basi biologiche che hanno reso possibile l’agricoltura e, con essa, la nascita delle civiltà.
Elisa Maricchiolo
Sembra quasi che la parete cellulare contenga una specie di “memoria” dello stato del tessuto.
Elisa Maricchiolo – È un’immagine affascinante e, scientificamente parlando, centra perfettamente il punto della nostra ricerca. Una delle caratteristiche fondamentali che differenziano le cellule vegetali da quelle animali è la presenza della parete cellulare. Si tratta di un involucro esterno che la cellula vegetale si costruisce e che ha un ruolo strutturale e protettivo. Generalmente, si tende a considerare questa parete come un mero “guscio di protezione”, ecco, questo studio dimostra che la parete cellulare è in realtà un’entità fortemente dinamica che comunica attivamente con l’interno della cellula e con i tessuti circostanti.
La ricerca approfondisce come durante lo sviluppo del seme, venga modificata la struttura chimica di alcuni componenti della parete, alterandone le proprietà. Per certi aspetti, si tratta di un meccanismo che potremmo paragonare all’invecchiamento della nostra pelle. Questi cambiamenti agiscono come un segnale molecolare che avvia l’eliminazione delle cellule: un passaggio essenziale per il corretto sviluppo del seme.
Istintivamente percepiamo le piante come organismi “semplici”. A quanto pare sono invece governate da sistemi di regolazione estremamente sofisticati.
Elisa Maricchiolo ― Ha perfettamente ragione. Nell’opinione comune si tende a considerare le piante come organismi semplici e distanti da noi. In ambito ecologico e psicologico si parla proprio di “plant blindness”, ossia della tendenza umana a ignorare le specie vegetali. È invece importante ricordare che le piante condividono con gli animali molti dei meccanismi fondamentali della vita, a livello cellulare e genetico. Dal punto di vista biochimico, inoltre, possiedono una complessità straordinaria: basti pensare alla fotosintesi o alla capacità di produrre autonomamente le molecole necessarie per crescere, svilupparsi e difendersi dagli stress ambientali. Sotto molti aspetti, i sistemi di regolazione e adattamento delle piante sono persino più sofisticati di quelli di numerosi organismi animali.
Tra dieci anni, quale potrebbe essere la ricaduta più sorprendente nata da questo studio?
Andrea Pompa ― Tra dieci anni, la ricaduta più sorprendente di questa ricerca potrebbe essere il suo contributo alla sicurezza alimentare globale. La nostra speranza è che le conoscenze che abbiamo sviluppato su alcuni meccanismi cellulari del seme possano essere la chiave per ottenere, in futuro, coltivazioni con una resa agricola maggiore. La ricerca di base funziona spesso così: parte da dettagli apparentemente insignificanti che, nel tempo, possono produrre effetti enormi.
Pensiamo a una singola spiga di grano: se il suo peso passasse da 5 grammi a 5,1 grammi, l’aumento sarebbe di appena 100 milligrammi, una quantità quasi impercettibile. Eppure, se quei 100 milligrammi in più venissero moltiplicati per le circa 3.500 miliardi di spighe coltivate ogni anno nel mondo, il risultato sarebbe straordinario, e quel piccolo incremento si trasformerebbe in una quantità enorme di cibo in più. Parliamo quindi di una ricaduta che, in un pianeta alle prese con il cambiamento climatico e con una domanda alimentare sempre maggiore, sarebbe una delle conquiste più grandi per l’umanità.
L’indagine avvia una nuova linea di ricerca?
Andrea Pompa ― Senza dubbio. La ricerca, per sua natura, non si ferma mai: ogni scoperta ha il pregio di aprire nuove domande e nuove prospettive d’indagine. Questo lavoro ci ha permesso di comprendere meglio alcuni meccanismi che regolano lo sviluppo del seme, ma al tempo stesso ci ha indicato nuove strade da esplorare. In questo senso, lo studio rappresenta non un punto di arrivo, ma l’inizio di un nuovo percorso di ricerca. Inoltre, il successo della collaborazione internazionale tra il gruppo di Urbino e Versailles ci offre le condizioni ideali per trasformare queste nuove domande in futuri progetti scientifici
Chiuderei con una riflessione sulla collaborazione internazionale di autori, che sembra unire competenze complementari.
Elisa Maricchiolo ― L’INRAE di Versailles è un’istituzione e un punto di riferimento mondiale nello studio della biologia e fisiologia vegetale, dotato tecnologie d’avanguardia che non tutti i laboratori possono vantare. Per il nostro gruppo dell’Università di Urbino confrontarsi e lavorare a stretto contatto con un polo internazionale di questo calibro è stata una grande opportunità e uno stimolo eccezionale.
Personalmente, sono molto grata al team di Uniurb per avermi sempre sostenuta, dandomi la preparazione ideale per affrontare questo percorso. Ho avuto infatti l’opportunità di frequentare la struttura di Versailles, sia durante il mio dottorato sia nel post-doc, e tengo molto a sottolineare quanto l’ambiente e il gruppo ospitante, coordinato dal Dottor Enrico Magnani, mi abbiano permesso di acquisire nuove competenze professionali oltre che personali. Coronare questa esperienza di ricerca con una pubblicazione di tale livello è un’enorme soddisfazione.
Siamo in contatto quotidiano con il gruppo del centro INRAE per continuare ad approfondire questa linea di indagine ed esplorarne di nuove, forti dell’intesa scientifica e umana maturata nel corso del progetto.