Come le piante possono sconfiggere il caldo:il loro meccanismo di memoria per adattarsi allo stress da calore

"Se non riesci a sopportare il caldo, esci dalla cucina." Ma cosa succede se sei una pianta e questo non è possibile? Si scopre che hanno altre opzioni. Ricercatori giapponesi hanno scoperto che le piante possono acquisire tolleranza al calore per adattarsi meglio allo stress da calore futuro, grazie a un particolare meccanismo per la "memoria" dello stress da calore.

In uno studio pubblicato su Nature Communications, i ricercatori del Nara Institute of Science and Technology hanno rivelato che una famiglia di proteine ​​che controllano i piccoli geni dello shock termico consente alle piante di "ricordare" come affrontare lo stress da calore.

Il cambiamento climatico, in particolare il riscaldamento globale, è una minaccia crescente per l'agricoltura in tutto il mondo. Poiché le piante non possono muoversi per evitare condizioni avverse, come temperature elevate potenzialmente letali, devono essere in grado di affrontare efficacemente fattori come lo stress da calore per sopravvivere. Pertanto, migliorare la tolleranza al calore delle piante coltivate è un obiettivo importante in agricoltura.

"Lo stress da calore si ripete e cambia spesso", afferma l'autore principale dello studio Nobutoshi Yamaguchi. “Una volta che le piante hanno subito un lieve stress da calore, diventano tolleranti e possono adattarsi a ulteriori stress da calore. Questo è indicato come "memoria" di stress da calore ed è stato segnalato per essere correlato a modifiche epigenetiche. Le modifiche epigenetiche sono cambiamenti ereditabili nel modo in cui i geni sono espressi e non comportano cambiamenti nelle sequenze di DNA sottostanti.

"Volevamo scoprire come le piante conservano una memoria dei cambiamenti ambientali", spiega Toshiro Ito, autore senior. "Abbiamo esaminato il ruolo delle proteine ​​JUMONJI (JMJ) nella tolleranza alla temperatura acquisita in risposta al calore ricorrente entro pochi giorni."

Ora, è qui che ciò che hanno appreso diventa complicato per chiunque non abbia una solida conoscenza della chimica, della struttura dei geni, dell'epigenetica e di come tutto funzioni insieme.

Ecco la loro spiegazione scientifica di ciò che sta accadendo:

Le proteine ​​JUMONJI sono istone demetilasi. Le demetilasi sono enzimi che rimuovono i gruppi metilici da molecole come le proteine, in particolare gli istoni, che forniscono supporto strutturale ai cromosomi. Il team ha rivelato che le piante sono in grado di mantenere la memoria del calore a causa della ridotta H3K27me3 (trimetilazione dell'istone H3 lisina 27) sui piccoli geni dello shock termico.

Ora, ecco un'immagine di ciò che sta accadendo che il resto di noi può comprendere:

A sinistra vedi una pianta che è stata stressata dal calore ma non si è ancora acclimatata. Vedi i piccoli cerchi rotondi attaccati a ciascuna proteina da shock termico? Questi sono i gruppi metilici. Sulla destra puoi vedere che la piccola proteina JUMONJI simile a PacMan ha "mangiato" due di quelle proteine ​​e nel processo ha creato un percorso di "memoria" per consentire alla pianta di acclimatarsi e affrontare il futuro stress da calore.

E perché ci interessa?

Il signor Yamaguchi dice:“Abbiamo scoperto che queste proteine ​​sono necessarie per l'acclimatazione al calore in Arabidopsis thaliana (la pianta che hanno usato per i loro studi). Questi risultati, insieme a studi futuri, chiariranno ulteriormente i meccanismi della memoria e dell'adattamento delle piante». Dice che questa ricerca sarà rilevante per la ricerca genetica in una serie di campi, tra cui biologia, biochimica, ecologia e scienze ambientali e agricole, ed è applicabile allo studio degli animali e delle piante.

Per il resto di noi, significa che, comprendendo questi meccanismi, abbiamo l'opportunità di aiutare le piante a sviluppare ricordi che miglioreranno la loro tolleranza al calore per mantenere l'approvvigionamento alimentare in condizioni naturali.

Se desideri leggere l'articolo completo, puoi trovarlo qui:Le demetilasi H3K27me3 alterano l'espressione di HSP22 e HSP17.6C in risposta al calore ricorrente nell'Arabidopsis

Puoi saperne di più sul laboratorio del leader del progetto Ito e sul lavoro che sta svolgendo qui .