Tecniche genetiche usate per migliorare la fotosintesi delle piante e aumentarne la crescita

Piante naturali (a sinistra) e modificate (a destra) (Foto cortesia Claire Benjamin/RIPE Project)
Piante naturali (a sinistra) e modificate (a destra) (Foto cortesia Claire Benjamin/RIPE Project)

Un articolo pubblicato sulla rivista “Science” riporta la sperimentazione dell’uso di una tecnica genetica per aumentare l’efficienza della fotosintesi delle piante. Un team di ricercatori guidati dal biologo molecolare Paul South dell’Agricultural Research Service americano ha portato avanti questa sperimentazione all’interno del progetto Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), che ha proprio questo scopo per migliorare la sostenibilità delle coltivazioni agricole e aumentare la produttività dei terreni. Le piante modificate hanno aumentato la loro crescita del 40%.

La fotosintesi permette alle piante di usare l’energia solare ma un processo concorrente chiamato fotorespirazione può inibirla fino a fermarla in presenza di elevate concentrazioni di ossigeno. Si tratta di un processo utile per proteggere le piante ma utilizza una parte dell’energia ottenuta dalla fotosintesi riducendo l’efficienza di altri processi metabolici. Una delle conseguenze è una minore crescita.

Con una popolazione umana in continua crescita e di conseguenza con un crescente bisogno di cibo, ci sono ricerche di vari tipi sul miglioramento della produttività delle piante che producono cibo. In molti casi lavorano sull’ambiente in cui crescono le piante ma ci sono progetti che hanno lo scopo di sfruttare le nuove tecniche genetiche per migliorare le piante stesse. Il progetto di ricerca RIPE è uno di essi ed è supportato da enti come la Bill & Melinda Gates Foundation, la Foundation for Food and Agriculture Research (FFAR) americana e il Department for International Development (DFID) britannico.

I ricercatori hanno lavorato sui processi che seguono ciò che viene prodotto dall’enzima conosciuto come Rubisco o con altre abbreviazioni, usato dalla fotosintesi. Esso finisce per creare un ambiente ricco di ossigeno e tenta di usare anche quello al posto dell’anidride carbonica, facendo scattare la fotorespirazione.

Le piante usano complessi adattamenti per proteggersi dai potenziali danni derivanti dal riassorbimento dell’ossigeno emesso e la conseguenza è un notevole uso di energia. Tuttavia, sono adattamenti utili perciò sono stati ereditati nella selezione naturale col passare delle generazioni. Alcuni meccanismi sono più efficienti in batteri della famiglia Escherichia coli, nell’alga verde della specie Chlamydomonas reinhardtii, nell’arabetta comune e nella zucca, legati in particolare al glicolato, una molecola chiave per la fotosintesi.

Tramite tecniche genetiche, varie modifiche sono state effettuate nel corso della sperimentazione che è stata condotta su piante di tabacco, scelto perché più facile da modificare e testare rispetto a piante che producono cibo. I ricercatori hanno verificato l’impatto di diversi geni confrontando la crescita di piante modificate con quelle non modificate. Alla fine, hanno prodotto una versione la cui crescita è aumentata del 40%.

Il prossimo passo è la sperimentazione in piante per la produzione di cibo, un obiettivo che potrebbe richiedere parecchi anni, anche per le norme che regolano le colture alimentari transgeniche. Il progetto RIPE intende offrire accesso ai prodotti delle sue ricerche agli agricoltori senza pagamenti di royalty per il loro uso, un fattore importante pensando alle forti controversie attorno al commercio di piante transgeniche.

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