Quinabactin, la sostanza che salverà le rese agricole nel mondo del global warming

Una nuova molecola migliora la tolleranza alla siccità delle piante

[3 luglio 2013]

Le temperature estreme e le siccità devastanti che hanno colpito gli Usa nei due ultimi anni hanno provocato un aumento del costo di cibo, mangimi e fibre, ma molti climatologi avvertono che gli eventi meteorologici estremi causati dal cambiamento climatico saranno la nuova normalità per gli agricoltori, sia nel nord America che altrove, il che richiede strategie agricole innovative per prevenire le perdite di raccolti.

Un team di ricerca guidato da Sean Cutler, un biologo cellulare vegetale dell’’università della California, Riverside (Ucr), ha scoperto una nuova sostanza chimica che protegge dalla siccità e sembrerebbe avere un  elevato potenziale per diventare un potente strumento per la protezione delle coltivazioni nel mondo con  condizioni meteorologiche estreme, ossia proprio quello che sembra essere il nostro futuro.

I ricercatori, che comprendono anche scienziati del Medical College del Wisconsin, dell’Università di Toronto hanno chiamato questa sostanza chimica “quinabactin” che imita un ormone dello stress che si trova naturalmente nelle piante e che le aiuta a far fronte a condizioni di siccità.

I risultati dello studio sono stati pubblicati su Proceedings of the National Academy of Sciences (Pnas) e i ricercatori sottolineano che «Tutte le piante terrestri hanno intricati  sistemi rilevamento acqua  e di risposta alla siccità che sono sintonizzati per massimizzare la loro adattabilità agli ambienti in cui vivono, ad esempio, le piante in ambienti con poca acqua crescono lentamente in modo da non consumano più acqua di quella disponibile». Cutler però evidenzia che «Dal momento che gli agricoltori hanno sempre desiderato varietà a crescita rapida, i loro ceppi più preziosi non hanno sempre origine da progenitori resistenti alla siccità. Come risultato, oggi abbiamo raccolti che si comportano molto bene negli anni di acqua abbondante ma che sono scarsi negli anni con poca acqua. Questo dilemma ha generato una caccia attiva sia a nuove colture resistenti alla siccità che alle sostanze chimiche che gli agricoltori possono utilizzare per migliorare la resa delle colture in condizioni avverse».

Il team ha lavorato sull’Arabidopsis, una pianta modello ampiamente utilizzata nei laboratori di biologia, e si è concentrato sulla manipolazione di uno dei sistemi endogeni delle piante coinvolto nelle risposte alla  siccità.  Le foglie delle piante hanno minuscoli pori, chiamati stomi, che si aprono e chiudono in modo dinamico per controllare la quantità di acqua dispersa nell’ambiente attraverso l’evaporazione.  Quando le piante acquisiscono anidride carbonica dall’atmosfera, gli stomi devono stare aperti, con conseguente perdita di acqua. Durante la siccità gli stomi si chiudono saldamente per limitare la perdita di acqua e i ricercatori californiani spiegano che «Dietro le quinte, un piccolo ormone chiamato acido abscissico (Aba) orchestra l’apertura e la chiusura dei pori. Mentre diminuiscono i livelli di acqua Le cellule di tutta la pianta producono quantità crescenti di Aba.  Gli Aba si spostano poi in tutta la pianta per segnalare le condizioni di stress e di chiudere gli stomi. All’interno delle cellule vegetali, l’Aba fa il suo lavoro, attivando una particolare classe di proteine chiamate recettori». Nel 2009 fu proprio lo stesso tem dell’Ucr a scoprire i recettori Aba che  Science definì una delle migliori innovazioni del 2009 proprio per la sa rilevanza rispetto alla lotta alla siccità. Cutler evidenzia: «Se è possibile controllare il modo in cui funzionano i recettori Aba, allora avremo un modo per controllare la perdita di acqua e la tolleranza alla siccità. E’ noto da molti anni che semplicemente spruzzando Aba sulle piante si migliora il loro utilizzo dell’acqua e la tolleranza allo stress, ma l’Aba in sé è troppo costoso per un utilizzo pratico sul campo da parte degli agricoltori».

Per risolvere questo problema, Cutler e il suo team hanno analizzato molte migliaia di molecole per identificare le sostanze chimiche sintetiche poco costose che potrebbero attivare i recettori mimando l’Aba, è così che hanno scoperto il “quinabactin”, una molecola quasi indistinguibile dall’Aba per i suoi effetti, ma molto più semplice chimicamente e quindi più facile da produrre dell’Aba. I ricercatori statunitensi, studiando come la nuova molecola attiva i recettori Aba coinvolti nella tolleranza alla siccità hanno anche compreso meglio sulla logica di controllo alla base del sistema di risposta allo stress e hanno ottenuto nuove informazioni che possono essere utilizzate da chi fosse interessato a sviluppare molecole simili,

Cutler è consapevole dell’importanza economica della scoperta del suo gruppo: «Questa è una arena competitiva che comprende giganti agrochimici che stanno alacremente lavorando per portare sul mercato  molecole simili che proteggono dalla siccità, quindi questa scoperta è un punto di riferimento perché quinabactin è la molecola sintetica first-in-class del suo genere».

La presentazione della nuova molecola è il primo passo di un processo in più fasi che si concluderà con l’immissione di un nuovo prodotto agricolo sul mercato. Un procedimento molto costoso e complesso, per questo l’Office of technology commercialization (Otc) dell’Ucr sta lavorando con uno  tra i più discussi colossi  dell’agroindustria, la Syngenta Biotechnology allo sviluppo delle tecnologia che potrebbe rivoluzionare l’agricoltura del futuro. La ricerca è infatti stata finanzata dalla the National Science Foundation Usa, da  Syngenta Biotechnology e dalla Japanese Society for the Promotion of Science

Joyce Patrona, a licensing officer dell’Otc, sta coordinando gli sforzi dell’Ucr per ottenere la licenza per utilizzare il quinabactin e dice che «E’ diventato molto evidente per industria impegnata in questa area  la robustezza della tecnologia e della ricerca del Dottor Cutler.  Questo è un riconoscimento per  Cutler e il suo team, nonché per l’Ucr, per il loro impegno per portare la ricerca innovativa sul mercato».