Comunicazione tra le piante: ecco come funziona

Sono stati svelati i meccanismi di comunicazione tra le piante. È stato possibile grazie alla ricerca guidata dal Professor Masatsugu Toyota dell’Università di Saitama in Giappone. I risultati dello studio sono pubblicati su Nature Communications. Le piante emettono composti organici volatili (VOCs) nell’atmosfera in risposta a danni meccanici o attacchi di insetti. Le piante non danneggiate nelle vicinanze recepiscono i VOCs rilasciati come segnali di pericolo, attivando risposte difensive contro le minacce future. Il fenomeno di comunicazione aerea tra le piante mediante i VOCs è stato documentato per la prima volta nel 1983 ed è stato osservato in oltre 30 diverse specie vegetali. Ma i meccanismi molecolari alla base della percezione dei VOCs e dell’induzione delle difese rimangono ancora poco chiari.

Il gruppo di ricerca ha visualizzato in tempo reale la comunicazione tra le piante tramite i VOCs e ha svelato come i VOCs vengano assorbiti dalle piante, innescando risposte difensive dipendenti dal calcio (Ca2+) contro le future minacce. “Abbiamo costruito un’apparecchiatura per pompare i VOCs emessi dalle piante nutrite da bruchi sulle piante non danneggiate nelle vicinanze e l’abbiamo combinata con un sistema di imaging fluorescente in tempo reale in campo aperto” spiega Toyota.

La configurazione innovativa ha consentito di visualizzare lampi di fluorescenza che si diffondevano in una pianta di senape Arabidopsis thaliana dopo l’esposizione ai VOCs emessi dalle piante danneggiate dagli insetti. Le piante creano sensori di proteine fluorescenti per il calcio intracellulare. Pertanto le variazioni nella concentrazione di calcio intracellulare possono essere monitorate osservando i cambiamenti nella fluorescenza.

“Oltre agli attacchi degli insetti, i VOCs rilasciati dalle foglie danneggiate manualmente hanno indotto segnali di Ca2+ nelle piante non danneggiate nelle vicinanze” afferma Toyota. Per identificare che tipo di VOCs inducevano i segnali di Ca2+ nelle piante, il gruppo di ricerca giapponese ha investigato vari VOCs noti per indurre risposte difensive nelle piante. Hanno scoperto che due VOCs, il (Z)-3-esenale (Z-3-HAL) e l'(E)-2-esenale (E-2-HAL), entrambi aldeidi a sei atomi di carbonio, inducevano segnali di Ca2+ in Arabidopsis. Z-3-HAL ed E-2-HAL sono sostanze chimiche volatili con odori erbacei noti come volatili delle foglie verdi (GLVs) emessi dalle piante danneggiate meccanicamente o dagli erbivori.

L’esposizione di Arabidopsis a Z-3-HAL ed E-2-HAL ha comportato l’upregolazione di geni correlati alla difesa. Per comprendere il rapporto tra i segnali di Ca2+ e le risposte difensive, hanno trattato Arabidopsis con l’inibitore dei canali del calcio LaCl3 e l’agente chelante del calcio EGTA. Queste sostanze hanno soppresso sia i segnali di Ca2+ che l’induzione di geni correlati alla difesa, fornendo la prova che Arabidopsis percepisce i GLVs e attiva le risposte difensive in modo dipendente dal calcio.

Gli studiosi hanno anche identificato quali specifiche cellule mostravano i segnali di Ca2+ in risposta ai GLVs, ingegnerizzando piante transgeniche che esprimevano i sensori di proteine fluorescenti esclusivamente nelle cellule guardiane, mesofille o epidermiche. Dopo l’esposizione a Z-3-HAL, i segnali di Ca2+ sono stati generati nelle cellule guardiane in circa 1 minuto e poi nelle cellule mesofille, mentre le cellule epidermiche hanno generato segnali di Ca2+ più lentamente. Le cellule guardiane sono cellule a forma di fagiolo sulla superficie delle piante e formano gli stomi, piccoli pori che collegano i tessuti interni all’atmosfera.

“Le piante non hanno un ‘naso’, ma gli stomi servono da gateway vegetale per consentire l’ingresso rapido dei GLVs negli spazi intercellulari nei tessuti delle foglie,” spiega Toyota. Infatti, hanno scoperto che il pretrattamento con acido abscissico (ABA), una delle fitormoni noti per la sua capacità di chiudere gli stomi, riduceva le risposte di Ca2+ nelle foglie di tipo selvatico. D’altra parte, i mutanti con chiusure stomatiche indotte da ABA compromessa mantenevano segnali di Ca2+ normali nelle foglie anche quando trattati con ABA.

“Abbiamo finalmente svelato la storia intricata di quando, dove e come le piante rispondono ai ‘messaggi di allarme’ in aria provenienti dai loro vicini minacciati,” afferma. “Questa rete di comunicazione eterea, nascosta alla nostra vista, svolge un ruolo fondamentale nel proteggere le piante vicine dalle minacce imminenti in modo tempestivo,” aggiunge. Questa ricerca pionieristica non solo approfondisce la nostra comprensione dell’affascinante mondo delle piante, ma sottolinea anche i modi straordinari in cui la natura le ha equipaggiate per prosperare e adattarsi di fronte all’avversità. Le profonde implicazioni di queste scoperte risuonano ben oltre i confini della scienza delle piante, offrendo uno sguardo nella complessa trama della vita sulla Terra.