Un team di scienziati del Center for Advanced Bioenergy and Bioproducts Innovation presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign e del Center for Bioenergy Innovation presso l’Oak Ridge National Laboratory ha annunciato una scoperta significativa in un recente studio pubblicato su Developmental Cell: è stato identificato un gene nei pioppi che migliora la fotosintesi e potrebbe aumentare l’altezza degli alberi. La fotosintesi, che converte l’energia luminosa in energia chimica per alimentare la crescita delle piante, avviene principalmente nei cloroplasti, strutture cellulari che ospitano l’apparato fotosintetico. Un componente chiave di questo processo è la proteina Rubisco, che cattura l’anidride carbonica dall’atmosfera. Gli scienziati hanno concentrato gli sforzi sul miglioramento della quantità di Rubisco nelle piante per ottenere una maggiore resa delle colture e un aumento dell’assorbimento di CO₂ atmosferica.
Steven Burgess, professore associato di biologia integrativa presso l’Università dell’Illinois, ha dichiarato: “Storicamente, molti studi si sono concentrati sulla fotosintesi a stato stazionario, in cui ogni condizione è mantenuta costante. Tuttavia, questo non è rappresentativo dell’ambiente di campo in cui la luce può variare continuamente. Negli ultimi anni, questi processi dinamici sono stati considerati più importanti e non sono ben compresi.” Il pioppo è stato scelto per questa ricerca per la sua rapida crescita e per il suo potenziale come coltura per la produzione di biocarburanti e bioprodotti.
Per il loro studio, i ricercatori hanno campionato circa 1.000 alberi in appezzamenti di ricerca all’aperto, analizzando le caratteristiche fisiche e la composizione genetica per eseguire uno studio di associazione genomica. Hanno utilizzato la popolazione GWAS (Genome-Wide Association Study) per cercare geni candidati legati al quenching fotosintetico, un processo che regola la velocità con cui le piante si adattano tra sole e ombra, dissipando l’energia in eccesso quando esposte alla luce solare intensa. Uno dei geni identificati, denominato BOOSTER, si è distinto per la sua unicità: è esclusivo del pioppo e, sebbene situato nel genoma nucleare, contiene una sequenza originaria dai cloroplasti.
Il team ha scoperto che il gene BOOSTER è in grado di aumentare la quantità di Rubisco e l’attività fotosintetica, portando a piante di pioppo più alte quando coltivate in serra. “E’ un primo passo entusiasmante, anche se si tratta di esperimenti su piccola scala e c’è ancora molto lavoro da fare, se riusciremo a riprodurre i risultati su larga scala, questo gene avrà il potenziale per aumentare la produzione di biomassa nelle colture“, ha affermato Burgess.
Inoltre, i ricercatori hanno verificato l’efficacia di BOOSTER in un’altra pianta, l’Arabidopsis (o crescione di Thale), osservando un aumento della biomassa e della produzione di semi. Questi risultati suggeriscono che BOOSTER potrebbe avere applicazioni più ampie per migliorare la resa di altre piante. In campo, i genotipi con una maggiore espressione di BOOSTER sono risultati fino al 37% più alti, con un aumento significativo della biomassa per pianta.
I prossimi passi della ricerca prevedono test su altre piante bioenergetiche e alimentari, con i ricercatori che monitoreranno la produttività delle piante in diverse condizioni di crescita per analizzare il successo a lungo termine. Il team intende anche studiare gli altri geni identificati nello studio GWAS per esplorare ulteriori possibilità di miglioramento delle colture.
Questa scoperta potrebbe aprire la strada a nuove tecniche per aumentare la produttività agricola, con importanti implicazioni per la sostenibilità alimentare e bioenergetica globale.
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