La portulaca è una “super pianta” che ha la chiave per realizzare colture resistenti alla siccità?
Contiene sia la fotosintesi C4 che consente di sopravvivere ad alte temperature che quella CAM delle piante dei deserti
[9 Agosto 2022]
La portulaca (Portulaca oleracea), chiamata anche porcellana o porcacchia o erba fratesca, è una pianta molto comune che viene usata in cucina fin dall’antichità, eppure, secondo lo studio “Spatial resolution of an integrated C4+CAM photosynthetic metabolism” pubblicato su Science Advances da un team di ricercatori della Yale University e della Tianjin University, potrebbe nascondere «Importanti indizi su come creare colture resistenti alla siccità in un mondo afflitto dai cambiamenti climatici».
Nello studio, gli scienziati di Yale descrivono due distinti percorsi metabolici che la portulaca utilizza per creare un nuovo tipo di fotosintesi che le consente di resistere alla siccità pur rimanendo altamente produttiva. L’autrice senior dello studio, Erika Edwards del Department of ecology and evolutionary biology della Yale University. evidenzia che «Questa è una combinazione di tratti molto rara e ha creato una sorta di “super pianta” che potrebbe essere potenzialmente utile in attività come l’ingegneria delle colture».
I ricercatori spiegano che «Le piante hanno sviluppato indipendentemente una varietà di meccanismi distinti per migliorare la fotosintesi, il processo mediante il quale le piante verdi utilizzano la luce solare per sintetizzare i nutrienti dall’anidride carbonica e dall’acqua. Ad esempio, mais e canna da zucchero hanno sviluppato quella che viene chiamata fotosintesi C4, che consente alla pianta di rimanere produttiva alle alte temperature. Piante grasse come cactus e agavi possiedono un altro tipo chiamato fotosintesi CAM, che le aiuta a sopravvivere nei deserti e in altre aree con poca acqua. Sia C4 che CAM svolgono funzioni diverse ma reclutano lo stesso percorso biochimico per agire come “componenti aggiuntivi” alla normale fotosintesi. Quello che rende unica la portulaca infestante è che possiede entrambi questi adattamenti evolutivi, il che le consente di essere sia altamente produttiva che anche molto tollerante alla siccità, una combinazione improbabile per una pianta».
La maggior parte degli scienziati credeva che C4 e CAM operassero indipendentemente all’interno delle foglie della portulaca, ma il team di Yale, guidato da Jose Moreno-Villena e Haoran Zhou, ha condotto un’analisi spaziale dell’espressione genica all’interno delle foglie della portulaca e ha scoperto che «L’attività di C4 e CAM sono totalmente integrate. Operano nelle stesse cellule, con i prodotti delle reazioni CAM elaborati dal percorso C4. Questo sistema fornisce livelli di protezione insoliti per una pianta C4 in periodi di siccità».
I ricercatori hanno anche costruito modelli di flusso metabolico che prevedevano l’emergere di un sistema integrato C4+CAM che rispecchia i loro risultati sperimentali e dicono che «La comprensione di questo nuovo percorso metabolico potrebbe aiutare gli scienziati a escogitare nuovi modi per progettare colture come il mais per aiutarle a resistere alla siccità prolungata».
La Edwards conclude: «In termini di progettazione di un ciclo CAM in un raccolto C4, come il mais, c’è ancora molto lavoro da fare prima che possa diventare realtà. Ma quello che abbiamo dimostrato è che i due percorsi possono essere integrati in modo efficiente e condividere i prodotti. C4 e CAM sono più compatibili di quanto pensassimo, il che ci porta a sospettare che là fuori ci siano molte altre specie C4+CAM in attesa di essere scoperte».