Per rispondere all'esigenza crescente di cibo in termini quantitativi e qualitativi, esigenza che nei paesi in via di sviluppo assume i contorni di una vera e propria emergenza, una risorsa in crescita è rappresentata dai cosiddetti PGRs (Plant Growth Regulators, o fattori di crescita delle piante).
La natura, nella sua incredibile ricchezza e raffinatezza di composti naturali caratterizzati da funzioni altamente specifiche, ci offre una inesauribile fonte di ispirazione per progettare nuovi PGRs "intelligenti". Tra i PGRs che si stanno affacciando sulla scena e che stimolano un crescente interesse in ricercatori che operano in tutto il mondo,gli Strigolattoni (SL) costituiscono una classe di molecole sorprendentemente versatili e ad alto potenziale di sviluppo applicativo.
Che cosa sono gli Strigolattoni?
Gli Strigolattoni (SL) sono molecole segnale prodotte dalle radici della maggior parte delle piante superiori.
Hanno un doppio ruolo, endogeno ed esogeno. A livello endogeno, rappresentano una nuova classe di ormoni vegetali intervenendo nella regolazione dello sviluppo dell'apparato radicale e della chioma ed in generale della pianta in relazione alle condizioni nutrizionali (deficienza di nutrienti in particolare fosfati). A livello esogeno rappresentano dei segnali chimici che vengono rilasciati nella rizosfera (la zona di terreno immediatamente circostante la radice e da questa influenzata) e vengono percepiti da microorganismi che vivono associati alla pianta, quali i funghi simbionti micorrizici-arbuscolari (AMF), con effetti benefici sull'instaurarsi della simbiosi. Tuttavia nel corso dell'evoluzione le piante parassite hanno imparato a riconoscere e a sfruttare questi segnali come indicatori della presenza della specie ospite. In presenza di SL il seme della pianta parassita germina e immediatamente attacca la radice della pianta ospite iniziando il processo di colonizzazione che porta alla morte della pianta stessa.
ll nome Strigolattone deriva da Striga, un genere di pianta infestante tristemente nota per le devastazioni di cereali in tutta l'Africa Nord Sahariana. Alcune specie del genere Striga sono ampiamente diffuse anche in Europa centrale.
La seconda parte del nome, Lattone, deriva dalla struttura chimica ed in particolare corrisponde alla presenza di un estere ciclico (anello C).
Gli SL naturali sono attivi a concentrazioni nanomolari, quindi bassissime il che comporta che la fonte naturale sia insufficiente ai fini di una reale possibilità di estrazione e purificazione per applicazione in campo. È necessario quindi ricorrere alla sintesi chimica in modo da riprodurre le stesse molecole naturali o ancora meglio individuare i cosiddetti "analoghi strutturali", ovvero strutture semplificate più facili da sintetizzare in laboratorio ma che mantengono la stessa attività.
Quali effetti hanno gli SL a livello endogeno sulla pianta che li produce?
Gli Strigolattoni influenzano molti aspetti nello sviluppo della pianta. La prima indicazione risale al 2008 quando venne riportato che il gli SL inibivano la formazione di germogli laterali. (Nota 1)
La prova sperimentale deriva dall'osservazione che piante mutate che non sono in grado di produrre SL presentano un aspetto cespuglioso.
Successivamente venne riportato che gli SL inducono un ispessimento del fusto e promuovono la formazione di radici laterali e peli radicali. (Nota 2)
Complessivamente, possiamo riassumere affermando che gli SL promuovono la crescita dell'apparato radicale rispetto alla chioma. Ma perché? Se consideriamo che la produzione endogena di SL aumenta come risposta a condizioni di stress nutrizionali, diventa chiara la funzione degli SL in un quadro di riallocazione delle risorse. Quando i nutrienti sono scarsi la pianta investe risorse nel cercare di trovarne altri (e quindi sviluppa l'apparato radicale che è il primo strumento per acquisire nutrienti dal suolo) invece che utilizzare le poche risorse disponibili per sviluppare la chioma. Gli SL inoltre favoriscono l'accomodamento nei tessuti radicali di batteri fissatori di azoto atmosferico, nelle piante che possono instaurare questo tipo di simbiosi, favorendo ancora una volta l'autonomia nutrizionale della pianta. Possiamo definire gli SL come una sorta di SOS da parte della pianta quando si trova in condizioni di stress, un grido
d'aiuto. Mentre le risorse vengono riallocate e concentrate nell'apparato radicale, le stesse molecole vengono inviate come messaggeri in cerca di aiuto nella rizosfera.
Quando la pianta si trova in condizioni di stress nutrizionale aumenta la produzione di SL endogeni ed esogeni. A livello endogeno l'effetto è quello di una riallocazione delle risorse, a livello esogeno le stesse molecole vengono inviate come messaggeri in cerca di aiuto nella rizosfera. Purtroppo le piante parassite utilizzano gli SL come indicatori della presenza della pianta ospite.
Perché gli SL sono importanti in agricoltura?
Molti scienziati hanno cominciato a considerare le radici delle piante come elementi cruciali per colture con una resa ottimale. Le radici sono quindi la chiave per una seconda rivoluzione verde. Le radici veicolano acqua e nutrienti, due dei fattori essenziali e spesso limitanti della crescita della pianta. Perché insistere nell'introdurre più acqua e fertilizzanti invece di migliorare l'abilità delle radici ad utilizzare quello che c'è già nel suolo e in prospettiva convertire terreni "marginali" in produttivi?.
Attualmente gli SL sono utilizzati in campo nella lotta alle piante parassite secondo la tecnica detta "germinazione suicida". Il terreno infestato dai semi della specie parassita viene trattato con SL in assenza della pianta ospite (di interesse agronomico). La pianta parassita germina, ma in assenza della pianta ospite muore rapidamente, permettendo così di bonificare il terreno. I risultati più
promettenti ottenuti sino ad ora hanno permesso una bonifica dei terreni trattati della durata di circa quattro anni.
Al momento l'Europa ha un ruolo egemone nel campo delle ricerca sugli SL e in particolare alcuni gruppi di ricerca dell' Ateneo di Torino hanno creato un team interdisciplinare ad elevata competenza scientifica. Il progetto europeo cui partecipa si chiama COST (COoperation in Science and Technology, www.stream.unito.it) e vede il contributo di 25 paesi europei e 7 extra europei.
Nel 2013 è stato costituito lo spin-off accademico StrigoLab (www.strigolab.eu) che si occupa di produrre e commercializzare derivati sintetici di SL, e di sviluppare estratti naturali arricchiti in SL da usarsi come bio-stimolanti (Progetto EU TOMRES, DiSAFA-Università di Torino).
Note
1. Gomez-Roldan, V.; Fermas, S.; Brewer, P. B.; Puech-Pages, V.; Dun, E. A.; Pillot, J.-P.; Letisse, F.; Matusova, R.; Danoun, S.; Portais, J.-C.; Bouwmeester, H.; Becard, G.; Beveridge, C. A.; Rameau, C.; Rochange, S. F., Strigolactone inhibition of shoot branching. Nature 2008, 455 (7210), 189-U22.
2. Koltai, H., Strigolactones are regulators of root development. New Phytologist 2011, 190 (3), 545-549.
