Sfruttare una stranezza genetica nelle patate può ridurre il fabbisogno di fertilizzanti
Un gene che controlla quando le piante di patata formano i loro tuberi limita anche l’assorbimento di azoto.
Le patate sono il terzo alimento più consumato al mondo e uno spuntino delizioso. Ma le moderne patate da fattoria richiedono grandi quantità di azoto sotto forma di fertilizzanti a base di nitrati, che sono costosi e possono essere dannosi per l’ambiente.
Un gruppo di ricercatori ha scoperto che lo stesso meccanismo genetico che dice alle patate quando coltivare fiori e tuberi (la parte commestibile) è anche un attore chiave nella gestione dell’azoto della pianta. I risultati, descritti il 6 novembre su New Phytologist, potrebbero portare allo sviluppo di varietà di patate che richiedono meno fertilizzanti, risparmiando denaro agli agricoltori e riducendo l’impatto ambientale della coltivazione delle patate.
Le patate, originarie delle Ande, originariamente coltivavano tuberi solo durante l’inverno come un modo per immagazzinare i nutrienti, prendendo spunto dall’accorciamento delle giornate. Le piante hanno quindi affrontato una sfida significativa quando sono state introdotte in Europa nel XVI secolo. Le giornate invernali più corte arrivavano insieme a temperature gelide che uccidevano le piante prima che potessero coltivare patate grandi.
Alla fine, una mutazione genetica naturale nel gene StCDF1, che controlla la crescita dei tuberi, ha aiutato le piante di patate ad adattarsi a crescere tuberi in qualsiasi momento e molto più a nord. Le piante non avevano più bisogno di spunti stagionali.
I ricercatori che studiano StCDF1 per capire come regola la risposta della pianta al ciclo della luce diurna hanno scoperto che funziona come un interruttore, attivando alcuni geni e spegnendone altri. Ma sono rimasti sorpresi di scoprire che può accendere e spegnere i geni essenziali per l’assorbimento dell’azoto, afferma Maroof Ahmed Shaikh, biologo molecolare vegetale presso il Centro per la ricerca in genomica agricola di Barcellona. Fondamentalmente, StCDF1 interrompe la produzione di un enzima chiamato nitrato reduttasi, che scompone le molecole di nitrato in modo che possano essere utilizzate dalla pianta.
Questa scoperta rivela che la modifica genetica che ha permesso alle patate di diventare un alimento base globale ha anche reso le piante più affamate di fertilizzanti.
Per verificare se la modifica di questo gene avrebbe influenzato l’assorbimento dell’azoto, i ricercatori hanno coltivato piante di patate con un gene StCDF1 disabilitato in un ambiente a basso contenuto di azoto – circa 400 volte meno del terreno tipico – e hanno studiato come se la cavavano rispetto alle normali piante di patate. Le piante carenti di StCDF1 non potevano coltivare tuberi, ma producevano foglie più grandi e radici più lunghe nonostante la mancanza di azoto. “Sembravano felici”, dice Shaikh.
Le varietà andine probabilmente avevano un gene StCDF1 meno attivo e potevano crescere meglio con meno azoto, spiega il team.
Tuttavia, è la forma più attiva di StCDF1 che è presente in tutte le varietà di patate commerciali coltivate in tutto il mondo. Il compromesso: la coltura di base non è in grado di assimilare l’azoto, afferma la biologa vegetale Salomé Prat, anch’essa del Centro per la ricerca in genomica agricola. “Questo è un problema”, perché porta gli agricoltori a usare più fertilizzante di quanto la pianta possa assorbire, dice Prat. “Quando piove, questo fertilizzante in eccesso va nelle acque sotterranee, inquinandole”.
La scoperta apre le porte allo sviluppo di varietà di patate con una maggiore efficienza dell’azoto. I ricercatori stanno pianificando di utilizzare tecniche di editing genetico per modificare il gene che produce l’enzima nitrato reduttasi, in modo che non venga represso da StCDF1. Il team ha condotto esperimenti che dimostrano che ciò è teoricamente possibile. Questo stesso obiettivo potrebbe essere raggiunto utilizzando l’allevamento tradizionale, incrociando patate da fattoria con varietà selvatiche o tradizionali che hanno naturalmente alterato i geni della nitrato reduttasi.
“L’assorbimento dell’azoto è uno dei principali ostacoli in agricoltura”, afferma Stephan Pollmann, biologo vegetale presso il Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas di Madrid, che non è stato coinvolto nel nuovo studio. Oltre ad essere scientificamente interessante, il fatto che questo sia nella patata, una vera coltura coltivata in tutto il mondo che è essenziale per la sicurezza alimentare, rende questa scoperta potenzialmente una “bomba”, dice Pollmann. “Se riesci a migliorare l’assimilazione dei nitrati, quindi la nutrizione della pianta, che di conseguenza ti darà tuberi più grandi, questo è estremamente importante”.
Fonte: Science News
Autore: Javier Barbuzano
