Fotosintesi col turbo

Nell’ultimo numero della newsletter abbiamo scritto estesamente della fotosintesi, e in particolare della possibilità di realizzare sistemi in grado di produrre artificialmente le sostanze intermedie che servono alle piante, permettendo il loro funzionamento anche al buio o con luce ridotta. Le linee di ricerca sul meccanismo fondamentale per la vita sulla terra, ben oltre il regno vegetale, sono però moltissime e le notizie di nuove scoperte ed invenzioni si susseguono. Questa volta ci sembra interessante segnalarne una che ha avuto una certa risonanza,ma non in Italia.



Dal 2012 è attivo un progetto di ricerca internazionale che si chiama RIPE (Realizing Increased Photosynthetic Efficiency) e che sinora ha ricevuto finanziamenti per 83 milioni di dollari dalla Fondazione di Bill Gates, dalla Foundation for Food and Agriculture Research e dal governo britannico. Il suo obiettivo èstudiare i meccanismi della fotosintesi e intervenire su alcuni di essi, migliorandone il funzionamento per renderli più efficienti. Una delle linee di ricerca riguarda i meccanismi di fotoprotezione. Quando una pianta è esposta a pieno sole, per evitare che le sue cellule ne rimangano danneggiate,attiva un sistema detto ciclo della xantofilla, che disperde parte dell’energialuminosa sotto forma di calore.

L’attivazione del sistema di fotoprotezione è molto rapida, ma quando la pianta torna in ombra (per esempio per il passaggio di una nuvola) la sua disattivazione è molto più lenta. Di conseguenza,il processo di fotosintesi perde efficienza. Si calcola che la perdita vari dal 7,5 al 30%. Non sfruttando tutta l’energia a disposizione, l’assorbimento di carbonio attraverso la fotosintesi non è quello che potrebbe essere. Studiando le basi genetiche della fotosintesi, i ricercatori di RIPE hanno scoperto che la regolazione del ciclo della xantofilla dipende dall’espressione di tre geni. Nel 2016 li avevano clonati e reinseriti nel DNA di una pianta di tabacco, specie che si presta molto ad essere ingegnerizzata. Nel tabacco modificato la produzione di biomassa era risultata cresciuta di una percentuale tra il 14 e il 21%.

Dopo questo primo esperimento, i ricercatori di RIPE (provenienti dalle Università dell’Illinois, di Berkeley e di Lancaster) sono passati ad una pianta alimentare e hanno scelto la soja sia per la diffusione sia per il fatto che la sua conformazione a più livelli di foglie è particolarmente soggetta a autombreggiamento di parte della pianta. Una serie di esperimenti in campo aperto, svoltisi nelle stagioni di crescita del 2020 e del 2021, hanno portato ad un incremento delle rese in media del 24%, con picchi del 33%, che si sono tradotte o in semi più grandi oppure in un numero maggiore di semi e quindi in una quantità di biomassa edibile accresciuta. Il contenuto in principi nutrizionali (proteine, olio e oligoelementi, come il fosforo) sono rimasti praticamente invariati. Che il più rapido adattamento della fisiologia della pianta alle variazioni di illuminazione sia responsabile di questi incrementi è stato dimostrato misurando il tempo di “spegnimento” del meccanismo fotoprotettivo, che è risultato più rapido finodel 67%.




Tutto bene quindi? Sicuramente nell’esperimento la modifica genetica ha funzionato come previsto e sperato. Ora si tratta di replicarlo su scala più vasta e in diverse zone geografiche. Questa è la critica principale che è stata rivolta a RIPE, ma ci sembra non solo ingeneroso ma anche abbastanza idiota. Da qualche parte si doveva pure cominciare. Un potenziale problema è emerso invece per via del fatto che,anche se in una sola collocazione geografica (l’Illinois intorno la città di Urbana, sededell’Università) ,l’esperimento è stato ripetuto in due anni successivi. Era prevedibile, ma questo ha fatto emergere un forte influsso del verificarsi di certe condizioni metereologiche sulle rese. In pratica, in anni con cieli medio-nuvolosi, con passaggio frequente di nubi sul sole, come il 2020, le rese crescono di più, mentre in anni con condizioni più stabilmente nuvolose o soleggiate, le rese crescono di meno. In altre parole, la conformazione a strati delle foglie della pianta di soja, favorevoli all’autombreggiamento, sono meno decisive di quel si pensasse. Questo ha due conseguenze. La prima, che è lecito attendersi che l’applicazione della stessa tecnica anche su piante con diversa conformazioneavrebbe successo. La seconda, che piante di soja modificate in questo modo probabilmente avrebbero più successo alle medie-alte latitudini che in zone,per esempio,monsoniche o con poche nubi. Essendo il progetto RIPE nato per produrre soluzioni rivolte ad aree come l’Africa sub-sahariana, un risultato come questo indica che probabilmente la fotosintesi dovrà essere ottimizzata in modo diverso secondo il luogo di coltura.


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