Roma – Un team di scienziati del Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign e del Center for Bioenergy Innovation presso l’Oak Ridge National Laboratory ha identificato un gene nei pioppi che migliora la fotosintesi e può aumentare l’altezza dell’albero. Lo studio è stato pubblicato su Developmental Cell.
I cloroplasti sono le principali strutture cellulari che ospitano l’apparato fotosintetico che converte l’energia luminosa in energia chimica che alimenta la crescita delle piante. In particolare, la proteina Rubisco cattura l’anidride carbonica dall’atmosfera. Gli scienziati lavorano da anni a modi per aumentare la quantità di Rubisco nelle piante per una maggiore resa delle colture e l’assorbimento della CO 2 atmosferica .
“Storicamente, molti studi si sono concentrati sulla fotosintesi a stato stazionario, in cui ogni condizione è mantenuta costante. Tuttavia, questo non è rappresentativo dell’ambiente di campo in cui la luce può variare continuamente”, ha affermato Steven Burgess, professore associato di biologia integrativa presso l’Illinois. “Negli ultimi anni, questi processi dinamici sono stati considerati più importanti e non sono ben compresi”.
Nel nuovo studio, i ricercatori si sono concentrati sul pioppo poiché è una coltura a crescita rapida e un candidato principale per la produzione di biocarburanti e bioprodotti. Hanno campionato circa 1.000 alberi in appezzamenti di ricerca all’aperto e ne hanno analizzato le caratteristiche fisiche e la composizione genetica per eseguire uno studio di associazione genomica. Il team ha utilizzato la popolazione GWAS per cercare geni candidati che erano stati collegati al quenching fotosintetico, un processo che regola la rapidità con cui le piante si adattano tra sole e ombra e dissipano l’energia in eccesso da troppo sole per evitare danni.
Uno dei geni, che i ricercatori hanno chiamato BOOSTER , era insolito perché è esclusivo del pioppo e, sebbene si trovi nel genoma nucleare, contiene una sequenza che ha avuto origine dal cloroplasto.
Il team ha scoperto che questo gene era in grado di aumentare il contenuto di Rubisco e la successiva attività fotosintetica, con conseguenti piante polari più alte quando coltivate in condizioni di serra. In condizioni di campo, gli scienziati hanno scoperto che i genotipi con maggiore espressione di BOOSTER erano fino al 37% più alti, aumentando la biomassa per pianta. Il team ha anche inserito BOOSTER in una pianta diversa, Arabidopsis o crescione di Thale, con conseguente aumento della biomassa e della produzione di semi. Questa scoperta indica la più ampia applicabilità di BOOSTER per innescare potenzialmente rese più elevate in altre piante.
“È un primo passo entusiasmante, anche se si tratta di esperimenti su piccola scala e c’è ancora molto lavoro da fare, se riusciremo a riprodurre i risultati su larga scala, questo gene avrà il potenziale per aumentare la produzione di biomassa nelle colture”, ha affermato Burgess.
I prossimi passi della ricerca potrebbero comprendere test su altre piante bioenergetiche e alimentari, con i ricercatori che registrano la produttività delle piante in diverse condizioni di crescita per analizzare il successo a lungo termine. Studieranno anche gli altri geni identificati nello studio GWAS che potrebbero contribuire al miglioramento delle colture.(30Science.com)
