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Agricoltura moderna
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Un team di scienziati guidato dall'Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia ha scoperto il gene specifico che controlla un'importante relazione simbiotica tra piante e funghi del suolo e ha facilitato con successo la simbiosi in una pianta che in genere vi resiste. La scoperta potrebbe portare allo sviluppo di colture bioenergetiche e alimentari in grado di resistere a condizioni di crescita difficili, resistere a patogeni e parassiti, richiedere meno fertilizzanti chimici e produrre piante più grandi e più abbondanti per acro.
Negli ultimi anni gli scienziati hanno sviluppato una comprensione più profonda della complessa relazione che le piante hanno con i funghi micorrizici. Quando sono uniti, i funghi formano una guaina attorno alle radici delle piante con notevoli benefici. La struttura fungina si estende lontano dalla pianta ospite, aumentando l'assorbimento dei nutrienti e persino comunicando con altre piante per "avvertire" della diffusione di agenti patogeni e parassiti. In cambio, le piante forniscono carbonio al fungo, che ne incoraggia la crescita.
Si ritiene che queste simbiosi micorriziche abbiano sostenuto l'antica colonizzazione della terra da parte delle piante, consentendo ecosistemi di successo come vaste foreste e praterie. Si stima che circa l'80% delle specie vegetali abbia funghi micorrizici associati alle loro radici.
"Se riusciamo a comprendere il meccanismo molecolare che controlla la relazione tra piante e funghi benefici, allora possiamo iniziare a utilizzare questa simbiosi per acquisire condizioni specifiche nelle piante come la resistenza alla siccità, ai patogeni, migliorare l'assorbimento di azoto e nutrizione e altro ancora", ha affermato ORNL. genetista molecolare Jessy Labbe. "Le piante risultanti diventerebbero più grandi e avrebbero bisogno di meno acqua e fertilizzanti, per esempio."
Trovare i fattori scatenanti genetici in una pianta che consentano il verificarsi della simbiosi è stato uno degli argomenti più impegnativi nel campo delle piante. La scoperta, descritta in Nature Plants , è arrivato dopo 10 anni di ricerca presso ORNL e istituzioni partner che hanno esplorato modi per produrre migliori colture di materie prime bioenergetiche come Populus , o il pioppo. Il lavoro è stato realizzato grazie ai miglioramenti nell'ultimo decennio nel sequenziamento genomico, nella genetica quantitativa e nel calcolo ad alte prestazioni, combinati con la biologia sperimentale.
Gli scienziati stavano studiando la simbiosi formata da alcune specie di Populus e il fungo Laccaria bicolor (L. bicolor) . Il team ha utilizzato risorse di supercalcolo presso l'Oak Ridge Leadership Computing Facility, una struttura per utenti del DOE Office of Science presso ORNL, insieme a sequenze di genomi prodotte presso il DOE Joint Genome Institute, una struttura per utenti del DOE Office of Science presso il Lawrence Berkeley National Laboratory, per restringere la ricerca verso una particolare proteina recettore, PtLecRLK1. Una volta identificato il probabile gene candidato, i ricercatori si sono recati in laboratorio per convalidare le loro scoperte.
I ricercatori hanno scelto Arabidopsis , una pianta che tradizionalmente non interagisce con il fungo L. bicolore , e lo considera persino una minaccia, per i loro esperimenti. Hanno creato una versione ingegnerizzata della pianta che esprime la proteina PtLecRLK1, e poi hanno inoculato le piante con il fungo. Il fungo L. bicolore avvolgeva completamente le punte delle radici della pianta, formando una guaina fungina indicativa della formazione del simbionte.
"Abbiamo dimostrato che possiamo convertire un non-ospite in un ospite di questo simbionte", ha affermato Wellington Muchero, genetista quantitativo dell'ORNL. "Se riusciamo a creare Arabidopsis interagiscono con questo fungo, allora crediamo di poter fare in modo che anche altre colture di biocarburanti come il panico verga o colture alimentari come il mais interagiscano e conferiscano gli stessi identici benefici. Apre tutti i tipi di opportunità in diversi sistemi di impianti. Sorprendentemente, un gene è tutto ciò di cui hai bisogno."
"Questo è un risultato straordinario che potrebbe portare allo sviluppo di colture bioenergetiche con la capacità di sopravvivere e prosperare su terreni marginali e non agricoli", ha affermato il direttore del CBI Jerry Tuskan. "Potremmo puntare fino a 20-40 milioni di acri di terreno marginale con colture bioenergetiche robuste che richiedono meno acqua, aumentando le prospettive di economie rurali di successo e biobased che forniscano alternative sostenibili alla benzina e alle materie prime industriali".
