Le stagioni di crescita sono sempre meno prevedibili. Alcuni scienziati stanno adottando un nuovo approccio per migliorare la resilienza delle colture

Sally Mackenzie ha trascorso le sue estati d’infanzia camminando tra i vasti campi di pomodori rossi, brillanti e maturi: crescono al meglio nel calore del suo stato di origine, la California. Eppure, le ultime stagioni dimostrano che può fare troppo caldo per un pomodoro. “Se ne sta fermo lì, con questi piccoli pomelli verdi, che però non diventano nulla, perché la pianta non riesce a gestire il calore”, afferma Mackenzie, ora professoressa di biologia e scienze delle piante alla Penn State University. Coltivare ortaggi non è mai stato facile, ma i cambiamenti climatici stanno aumentando il rischio. “La coltura dei prodotti per il mercato del fresco è qualcosa con cui farsi venire il mal di pancia”, afferma Mackenzie, il cui padre era un distributore di prodotti della costa ovest americana. “Una pioggia al momento sbagliato può spazzare via un raccolto di pomodori, e sono centinaia di migliaia di dollari”. Le stagioni di crescita sempre più imprevedibili rappresentano una minaccia per il reddito e i mezzi di sussistenza, non solo in California, dove l’aumento delle temperature e le scarse precipitazioni hanno causato una perdita di quasi 3 miliardi di dollari al settore agricolo, ma anche in tutto il mondo. Ora Mackenzie sta lavorando per fare qualcosa al riguardo. Mentre i produttori e gli scienziati cercano modi per rendere le colture più resistenti di fronte a tali sfide, lei intravede un potenziale promettente nella capacità naturale delle piante di attivare e disattivare rapidamente determinati geni in risposta allo stress.

Il meglio di entrambi i mondi

Tradizionalmente, i coltivatori hanno utilizzato l’incrocio selettivo per creare varietà ad alto rendimento che possano prosperare in diverse condizioni di crescita. “Tuttavia, c’è spesso un compromesso tra l’incrocio per il potenziale di resa e quello per la stabilità di resa, afferma Nathan Springer, un genetista che studia mais all’Università del Minnesota. È possibile coltivare una pianta molto tollerante alla siccità, dice, ma in un anno in cui non vi è alcuna siccità, questa razza di piante potrebbe produrre solo la metà”.
Sia Mackenzie che Springer sono interessati al ruolo che i meccanismi epigenetici – i processi biologici che attivano e disattivano i geni – possono svolgere in questo equilibrio dinamico tra potenziale di resa e stabilità di resa. Se i coltivatori potessero migliorare la capacità delle piante di “premere l’interruttore” quando le condizioni ambientali cambiano, questo consentirebbe (ad esempio) di attivare cambiamenti fisiologici che aumentano la tolleranza alla siccità solo quando necessario, evitando di interferire sulla produttività. “Una delle teorie sull’epigenetica è: possiamo ottenere il meglio da entrambi i mondi?”

Memoria dello stress

Per coltivare piante più resilienti, Mackenzie induce una pianta a rispondere come se fosse sotto stress, quindi attivando i suoi meccanismi di sopravvivenza. Il “trucco” di Mackenzie è usare l’interferenza dell’RNA per mettere a tacere un gene chiamato MSH1, che si trova nel plastide della cellula vegetale – un compartimento che ha la capacità di percepire lo stress. Insieme ai suoi colleghi ha scoperto che quando sopprimono MSH1 in una pianta madre, interviene la regolazione epigenetica e l’espressione genica viene alterata in modo da consentirle di rispondere meglio allo stress.
Il gruppo di ricerca ha scoperto che la progenie di questa pianta madre eredita la memoria di questo “stress”: presentano un’alterazione dell’espressione genica, anche senza lo stress artificiale. I pomodori trattati in questo modo sono cresciuti meglio ed erano più resistenti al caldo dei campi della Florida – con un aumento della resa fino al 35% rispetto a una varietà di pomodori cimelio. Mackenzie vede valore in questo approccio per aumentare la resilienza a causa della velocità con cui può aver luogo. I metodi di coltivazione standard potrebbero richiedere 10 anni per ottenere un risultato simile. Al contrario, usando un approccio epigenetico, lo si ottiene in 1 anno. Non solo, ma poiché questo prodotto finale non contiene DNA estraneo rilevabile, Mackenzie non ha bisogno di sottoporsi a un lungo processo di regolamentazione da parte del Dipartimento dell’Agricoltura degli Stati Uniti che altre tecnologie di coltivazione come l’editing del genoma o la modifica del genoma potrebbero richiedere per scopi commerciali.
Springer osserva che è difficile determinare fino a che punto questi risultati possano essere attribuiti all’epigenetica.

Testare la tecnologia

Il successo nel pomodoro ha motivato Mackenzie a provare un approccio simile con altre colture, tra cui soia, sorgo, erba medica e fragola. Ma afferma che le collaborazioni aziendali sono necessarie per testare la tecnologia in diverse stagioni, ambienti e paesi. Springer afferma che le aziende produttrici di sementi potrebbero esitare a dedicarsi all’allevamento epigenetico perché un gene disattivato attraverso l’epigenetica potrebbe improvvisamente riaccendersi, compromettendo il loro impegno a vendere un prodotto uniforme. Se una coltura coltivata a partire da semi prodotti da piante epigeneticamente modificate presenta una variabilità maggiore del previsto, dice “hai un problema”. Mackenzie sostiene, tuttavia, che i cambiamenti epigenetici che vede rimangono coerenti su diverse generazioni di piante.
Altri ricercatori stanno pure testando approcci epigenetici. Un tentativo con la manioca, coltura di base per centinaia di milioni di persone nei paesi tropicali, si è rivelato impegnativo. “La manioca è una coltura a lungo termine, il suo ciclo genetico è di circa otto anni”, afferma Paul Chavarriaga, scienziato capo della Advanced Breeding Platform presso l’International Center for Tropical Agriculture di Cali, in Colombia, che ha collaborato con Mackenzie nei test sulla manioca. I primi risultati furono promettenti, ma i finanziamenti finirono prima che lo studio potesse essere completato.

Migliorare, non soppiantare

Mackenzie sottolinea che la manipolazione dell’epigenetica non è comunque la soluzione a tutti i problemi: non può soppiantare gli incroci, ma piuttosto li migliora. “Non è che crei queste varietà e poi te ne vai”, dice. Come per tutti i fenomeni epigenetici, dopo alcune generazioni la pianta tornerà infine al suo stato non stressato. “Nessun fenomeno epigenetico rimarrà per sempre, e nemmeno dovrebbe”, dice. Mackenzie afferma che la coltura epigenetica è importante da perseguire, visti i rapidi impatti di un clima in evoluzione sul settore agricolo. ” Dato che dobbiamo accelerare i nostri progressi il più rapidamente possibile con il maggior numero possibile di raccolti, abbiamo bisogno di scoperte“, afferma. “Non esistono soluzioni di selezione vegetale semplici, rapide e tradizionali. È necessario davvero pensare fuori dagli schemi. “

Fonte: ensia

Autore: Allison Gacad

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