Una mutazione genetica potrebbe rivoluzionare l’agricoltura. Soluzione per la fame? (VIDEO)

Scoperto il trucco genetico per aumentare del 50% la produzione di cereali?

[17 maggio 2016]

gene mais 1

La differenza tra la rapida crescita della popolazione e l’impossibilità di aumentare allo stesso ritmo la produzione agricola – anche tenendo conto dell’enorme spreco alimentare – sono una grossa preoccupazione globale per i prossimi decenni. Ma secondo lo studio “Signaling from maize organ primordia via FASCIATED EAR3 regulates stem cell proliferation and yield traits”, pubblicato su Nature Genetics   da un team di ricercatori statunitensi, britannici e svedesi guidati dal Cold Spring Harbor Laboratory di New York, potrebbe essere stata trovata la soluzione: una mutazione genetica naturale in grado di aumentare del 50% il rendimento delle coltivazioni.

I ricercatori pensavano che ci fosse un modello genetico che impediva la crescita delle pannocchie e sono riusciti ad identificarlo e a tentare di usarlo a proprio favore.  Si tratta della mutazione Fasciated Ear 3 (FEA3), destinata ad evitare l’arresto della crescita e, al contrario, a rafforzarla. E’ un’importante scoperta che aiuta a spiegare come le piante regolano la proliferazione delle loro cellule staminali.

Il leader del team di  ricerca, David Jackson, spiega che  il nuovo percorso  Wuschel scoperto, «è un fattore di trascrizione che altera l’espressione genica e, così facendo favorisce, la proliferazione di cellule staminali che sono totipotenti, in grado, nelle piante, come negli esseri umani, di svilupparsi in cellule di qualsiasi tipo. Nel percorso clavata-Wuschel canonico, le cellule staminali rimandano alla OC  (organizing center)  un segnale negativo che reprimere il segnale per la proliferazione. Una reazione simile viene stabilita nel percorso appena scoperto, anche se il suo segnale inizia nelle foglie. Avere un segnale proveniente dalle foglie è nuovo ed eccitante perché potrebbe agire come una sorta di sensore ambientale, dicendo alle cellule staminali totipotenti nel meristema di fermare la proliferazione: un freno, applicato dalle parti più vecchie, più sviluppate della pianta, per esempio in risposta a stimoli ambientali come la  luce disponibile, i  nutrienti o l’umidità». Jackson e i suoi  colleghi hanno identificato il recettore per questi “segnali di frenata dalle foglie” nelle cellule della parte inferiore del meristema e lo hanno  chiamato recettore FEA3. Hanno anche scoperto il ligando che interagisce con il recettore: un frammento di proteina chiamata FCP1.

Il team di  Jackson ha quindi  studiato piante di mais in cui  il recettore FEA3  era disfunzionale a causa di una serie di mutazioni nel gene FEA3 e i ricercatori dicono che «Quando i recettori FEA3 nel meristema non sono in grado di funzionare  tutti,  è come se fossero ciechi al FCP1 Il segnale inibitorio che il FCP1 manda dalle foglie al meristema non viene ricevuto, e le cellule staminali proliferano selvaggiamente. La pianta produce troppe cellule staminali che danno origine a troppi nuovi semi, semi che la pianta non può sostenere con le risorse disponibili (luce, umidità, nutrienti)».

I primi test hanno mostrato che nella pannocchia di mais si creavano delle piccole “orecchie” deformi. Per evitare che la mutazione producesse solo questo i ricercatori hanno preso in considerazione l’idea di utilizzare una mutazione più moderata che consentisse a queste  “orecchie” sopravvissute di diventare più grosse del normale, in modo che la produzione di grano potesse aumentare considerevolmente.

Il team di  Jackson  ha eseguito un trucco genetico: la coltivazione di piante con i cosiddetti “alleli deboli” del gene FEA3, così la funzione del recettore FEA3 è stata solo lievemente compromessa ma ha dato comunque luogo ad un modesto aumento gestibile in cellule staminali e a “orecchie” che erano significativamente più grandi di quelle delle  piante selvatiche. Queste orecchie,  prodotte da  piante di mais coltivate con alleli di FEA3 deboli  avevano più file di semi e fino al 50% di rendimento complessivo più elevato rispetto alle piante selvatiche.  Jackson, spiega: «Se l’aumento del rendimento dei ceppi di laboratorio verranno replicati nella produzione questa richiederà meno terra per sviluppare l’agricoltura. Ne potrebbero anche beneficiare i produttori dei Paesi in via di sviluppo e  una vasta gamma di colture».

Infatti, dato che il percorso FAE3-FCP1 recentemente  scoperto è presente in tutto il regno vegetale, la scoperta dal team di Jackson  si potrebbe in  prospettiva di tradurre in aumenti significativi dei rendimenti in tutte le principali colture di base.  Jackson e i suoi colleghi hanno in programma di . testare gli alleli FAE3 nelle principali varietà  di mais e in altre colture agricole.

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  • Discovery of new stem cell pathway indicates route to much higher yields in maize, staple crops