È sufficiente spegnere un gene per produrre dei pomodori resistenti alla siccità e alla salinità. È quanto ha scoperto un gruppo di ricercatori della Huai'an University, in Cina, guidato dai professori Guang-Long Wang e Ai-Sheng Xiong. Lo studio dimostra che disattivare un singolo fattore di trascrizione, chiamato SlERF.J2, rende le piante di pomodoro molto più tolleranti agli stress idrici e salini, due tra le principali minacce per le coltivazioni orticole a livello globale.
Le minacce di siccità e salinità
Il pomodoro (Solanum lycopersicum) è una delle colture orticole più importanti al mondo dal punto di vista economico, ma è anche estremamente sensibile alla carenza d'acqua e all'eccesso di sali nel terreno. Questi due fattori di stress provocano nella pianta una serie di reazioni a catena dannose: la chiusura degli stomi, il calo della capacità fotosintetica e l'accumulo eccessivo di specie reattive dell'ossigeno, molecole che danneggiano le cellule vegetali.
Il risultato finale è una drastica riduzione della resa e della qualità del raccolto. In un contesto di cambiamento climatico e progressiva salinizzazione dei suoli agricoli, individuare i geni che regolano la resistenza a questi stress è diventato un obiettivo prioritario per la ricerca agronomica, perché apre la strada alla selezione di varietà più robuste.
Il gene "freno"
Alcune piante sono già note per il fatto di possedere geni che aumentano la tolleranza alla salinità. E' il caso ad esempio della Arabidopsis thaliana, o arabetta comune, e del gene AtERF. I ricercatori cinesi sono partiti da questo dato per analizzare il patrimonio genetico dei pomodori, e hanno individuato un gene molto simile a quello dell'arabetta (appunto il SlERF.J2) ipotizzando che potesse avere un ruolo nella risposta agli stress. In condizioni ordinarie, questo gene blocca l'attivazione di complessi circuiti ormonali e antiossidanti per ottimizzare l'impiego delle risorse. In caso di siccità prolungata, tuttavia, può impedire alla pianta di difendersi tempestivamente.
I ricercatori hanno inoltre analizzato il funzionamento di una famiglia di proteine chiamate ERF (Ethylene Response Factor) che agiscono come veri e propri interruttori molecolari: si legano al DNA in prossimità di geni specifici e ne attivano o reprimono l'espressione, orchestrando così la risposta della pianta agli stress ambientali.
L'editing genetico
I ricercatori hanno utilizzato la tecnica di editing genomico CRISPR/Cas9, lo strumento molecolare che permette di "tagliare" con precisione un tratto specifico del DNA per interromperne la funzione. In questo modo sono state generate delle linee di pomodoro knockout, cioè piante prive di un gene SlERF.J2 funzionante, da confrontare con piante di controllo non modificate (wild-type).
Le piante knockout e quelle di controllo sono state poi sottoposte a diverse condizioni di stress in laboratorio: stress idrico simulato con polietilenglicole 6000 (PEG6000), una sostanza comunemente usata per riprodurre la carenza d'acqua in modo controllato; stress osmotico indotto con mannitolo; e stress salino. Su entrambi i gruppi di piante sono stati misurati numerosi parametri fisiologici e molecolari, dalla germinazione dei semi alla crescita delle plantule, fino all'espressione di geni coinvolti nella risposta allo stress, nella sintesi di flavonoidi e clorofilla, nella risposta alla luce, nella divisione cellulare e nella produzione di ormoni vegetali.
I risultati
Le piante prive del gene SlERF.J2 hanno mostrato una germinazione migliore e una crescita più vigorosa rispetto alle piante non modificate. A livello biochimico, le linee knockout hanno fatto registrare un'attività dell'enzima perossidasi significativamente più alta e un contenuto idrico relativo delle foglie maggiore, due indicatori di una migliore capacità della pianta di gestire la carenza d'acqua. Allo stesso tempo, sono diminuiti in modo marcato i livelli di perossido di idrogeno e di malondialdeide, due molecole che si accumulano quando le cellule vegetali sono sotto stress ossidativo e che, se presenti in eccesso, danneggiano membrane e tessuti.
Anche dal punto di vista genetico i risultati confermano il quadro: dopo i trattamenti di stress, i geni legati alla risposta allo stress, alla biosintesi di flavonoidi e clorofilla, alla percezione della luce, alla divisione cellulare e alla sintesi ormonale erano espressi a livelli significativamente più alti nelle piante knockout rispetto a quelle wild-type. Un esperimento di ibridazione yeast one-hybrid ha inoltre confermato il ruolo di SlERF.J2.