Mondo vegetale, scoperto all’Università di Oxford nuovo pathway biochimico utile per lo sviluppo di varietà più resilienti

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Mondo vegetale, scoperto all’Università di Oxford nuovo pathway biochimico utile per lo sviluppo di varietà più resilienti

Gli scienziati scoprono un nuovo pathway biochimico che può aiutare lo sviluppo di varietà più resilienti

I ricercatori del Department of Plant Sciences dell’Università di Oxford hanno scoperto un nuovo pathway biochimico nelle piante che hanno chiamato CHLORAD.

Manipolando il percorso CHLORAD, gli scienziati possono modificare il modo in cui le piante rispondono al loro ambiente. Ad esempio, la capacità della pianta di tollerare stress come l’alta salinità può essere migliorata.

I ricercatori sperano che i loro risultati, pubblicati su Science, aprano la strada a nuove strategie di miglioramento delle colture, che saranno vitali mentre affrontiamo la prospettiva di fornire food security per una popolazione che si prevede raggiungerà quasi 10 miliardi entro il 2050.

Il percorso CHLORAD aiuta a regolare le strutture all’interno delle cellule vegetali chiamate cloroplasti. I cloroplasti sono gli organelli che caratterizzano le piante. Insieme a molte altre funzioni metaboliche, di sviluppo e di segnalazione, i cloroplasti sono responsabili della fotosintesi – il processo mediante il quale l’energia solare viene sfruttata per alimentare le attività cellulari vitali.

Di conseguenza, i cloroplasti sono essenziali, non solo per le piante ma anche per la miriade di ecosistemi che dipendono dalle piante e per l’agricoltura.

I cloroplasti sono composti da migliaia di diverse proteine, la maggior parte delle quali sono prodotte altrove nella cellula e importate dagli organelli. Queste proteine ​​devono essere tutte attentamente regolate per garantire che gli organelli continuino a funzionare correttamente. Il percorso CHLORAD agisce rimuovendo e smaltendo le proteine ​​cloroplastiche inutili o danneggiate; da qui il nome CHLORAD, che sta per “chloroplast-associated protein degradation“.

Il professor Paul Jarvis, a capo della ricerca, ha dichiarato: “A due decenni dall’identificazione del meccanismo di importazione delle proteine ​​cloroplastiche – che fornisce nuove proteine ​​ai cloroplasti – la nostra scoperta del pathway CHLORAD rivela per la prima volta come singole proteine ​​indesiderate vengono rimosse dai cloroplasti .”

Il ricercatore Dott. Qihua Ling ha dichiarato: “I nostri studi precedenti hanno dimostrato che le proteine ​​nelle membrane di cloroplasti sono digerite da un sistema di degradazione proteica al di fuori dei cloroplasti. Quindi, la domanda chiave era: come si estraggono le proteine dei ​​cloroplasti dalla membrana per consentire che ciò accada? La nostra scoperta del sistema CHLORAD risponde a questa domanda e abbiamo identificato due nuove proteine ​​che agiscono nel processo”.

Il co-ricercatore, Dott. William Broad, ha aggiunto: “I cloroplasti sono organuli eucariotici originati oltre un miliardo di anni fa dai batteri fotosintetici, da un processo chiamato endosimbiosi. Sorprendentemente, il sistema CHLORAD contiene un mix di componenti di origine eucariotica e origine batterica. Questo fornisce un affascinante esempio di come le cellule ospiti eucariotiche si siano evolute gradualmente, cooptando per strumenti disponibili in modi nuovi, per governare i loro organelli endosimbiotici”.

Peter Burlinson, Frontier Bioscience Lead presso il Consiglio di Ricerca sulle Biotecnologie e le Scienze Biologiche, ha dichiarato: “La scoperta di questo percorso biochimico è un buon esempio di come le intuizioni della ricerca sulla biologia vegetale di base possano rivelare potenziali nuove strategie per sviluppare colture più produttive e resilienti. Ciò aiuta a illustrare il valore della scienza di base nel contribuire ad affrontare le principali sfide globali, tra cui una popolazione globale in aumento, gli stress ambientali e una maggiore domanda di approvvigionamento alimentare“.

Entro il 2050, l’attuale livello di produzione alimentare deve aumentare di almeno il 70% per soddisfare le esigenze di una popolazione mondiale in crescita e spostare le preferenze alimentari verso più prodotti di origine animale, mentre il 38% della terra e il 70% di acqua dolce sono già usati per l’agricoltura. Gli stress abiotici, tra cui siccità, alte e basse temperature, salinità del suolo, carenze nutrizionali e metalli tossici, sono la principale causa di perdita di resa, riducendo la produttività delle colture del 50-80% a seconda della coltura e della posizione geografica.

Pertanto, lo sviluppo di colture resistenti allo stress che possono avere rendimenti stabili in condizioni di stress è una strategia importante per garantire la futura sicurezza alimentare. Questa necessità è particolarmente urgente se si considera l’aumento della frequenza delle condizioni meteorologiche estreme che accompagnano i cambiamenti climatici globali, che causano stress ambientali più gravi, focolai di malattie delle piante più frequenti e una minore resa e qualità del raccolto.

L’articolo scientifico è disponibile qui.

 

Fonte: University of Oxford

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