Alcune piante, e in particolare le leguminose, possiedono una capacità che le rende preziose per l’agricoltura: formano lungo le radici organi specializzati chiamati noduli, all’interno dei quali instaurano una relazione simbiotica con batteri capaci di fissare l’azoto atmosferico. Grazie a questo meccanismo le piante possono sfruttare l’azoto dell’aria per crescere, riducendo la necessità di fertilizzanti azotati. È proprio su questo processo che si concentra un nuovo studio dei ricercatori dell’Università di Tsukuba, in Giappone, pubblicato sulla rivista Plant and Cell Physiology, che attribuisce un ruolo inedito a un enzima ben noto.
- La nitrato reduttasi (NIA) regola la formazione dei noduli radicali in base allo stato interno di azoto della pianta.
- La ricerca è stata condotta sulla leguminosa modello Lotus japonicus.
- La perdita di funzione dell’enzima blocca la nodulazione anche in condizioni di basso nitrato.
La simbiosi radicale è un equilibrio delicato. Quando nel suolo è presente abbastanza nitrato e altri nutrienti azotati, le leguminose tendono a sopprimere la formazione dei noduli. La fissazione biologica dell’azoto richiede infatti molta energia: reprimerla quando l’azoto è già disponibile permette alla pianta di bilanciare costi e benefici della simbiosi. Fino a oggi, però, i meccanismi molecolari con cui le piante monitorano il proprio stato interno di azoto e regolano di conseguenza la nodulazione non erano stati del tutto chiariti.
La nitrato reduttasi si rivela molto più di un enzima metabolico
I ricercatori hanno studiato la funzione della nitrato reduttasi (NIA) in Lotus japonicus. Questo enzima è conosciuto da tempo come attore chiave nell’assimilazione dell’azoto, poiché catalizza il primo passo della riduzione del nitrato. Lo studio mostra però che la NIA svolge anche un secondo compito: regola la nodulazione in risposta al nitrato, mantenendo a livelli appropriati la concentrazione interna di nitrato nella pianta.
In altre parole, non conta solo quanto nitrato sia presente nel terreno, ma soprattutto lo stato interno della pianta a determinare la risposta di nodulazione.
Quando l’enzima manca, i noduli non si formano nemmeno con poco azoto
Gli scienziati hanno osservato che la perdita di funzione della NIA porta a un accumulo eccessivo di nitrato all’interno della pianta. Questo accumulo sopprime fortemente la formazione dei noduli anche in condizioni di basso nitrato che normalmente non avrebbero alcun effetto sulla nodulazione. È la prova che è lo stato interno di nitrato, e non semplicemente la disponibilità esterna, a guidare la decisione della pianta.
Perché la ricerca interessa un’agricoltura più sostenibile
La scoperta assume rilievo se si considera l’obiettivo di ridurre l’uso dei fertilizzanti azotati, la cui produzione e il cui impiego hanno un notevole impatto ambientale. Comprendere come le piante regolano la simbiosi con i batteri azotofissatori significa avere in mano una leva per ottimizzarla. Secondo gli autori, chiarire questo ruolo finora sconosciuto della NIA offre nuove chiavi di lettura sui meccanismi che governano la simbiosi radicale e potrebbe contribuire allo sviluppo di tecnologie agricole sostenibili, capaci di sfruttare al meglio la nodulazione naturale delle leguminose.
Lo studio, firmato da Momoyo Ito e colleghi, è intitolato Nitrate Reductase Modulates Internal Nitrate Status and Nodulation Responses to Nitrate in Lotus japonicus.
Ritenete che ottimizzare la simbiosi naturale delle leguminose possa davvero ridurre la nostra dipendenza dai fertilizzanti chimici? Condividete la vostra opinione nei commenti.
