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La reazione biochimica più importante della Terra: La fotosintesi: una svolta per aumentare l'assorbimento di CO2 nelle piante

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Un gruppo di proteine nelle cellule delle piante gioca un ruolo molto più importante nella regolazione della fotosintesi di quanto si pensasse una volta, secondo una nuova ricerca dell'Università di Copenhagen. La ricerca è un passo importante verso la piena comprensione della regolazione della fotosintesi e l'aumento dell'assorbimento di CO2 nelle piante a beneficio del clima.

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Immaginate di poter coltivare piante che potrebbero assorbire ancora più CO2 dall'atmosfera terrestre e quindi contribuire a risolvere i problemi climatici del mondo. Gli esseri umani hanno selezionato, allevato e ottimizzato le piante per aumentare la produzione di cibo e garantire la nostra sopravvivenza per migliaia di anni.

Ma la funzione più importante e fondamentale della vita sulla Terra - la fotosintesi - non è stata rilevante per quanto riguarda la selezione o l'allevamento delle piante fino ad oggi, un'epoca in cui le emissioni di gas serra delle attività umane minacciano il nostro pianeta. Con le nuove tecnologie a disposizione, gli scienziati di tutto il mondo stanno ora lavorando per capire i processi interni delle piante che guidano la fotosintesi.

In un nuovo studio pubblicato sulla rivista scientifica PNAS, i ricercatori del Dipartimento di Scienze Vegetali e Ambientali dell'Università di Copenhagen hanno appena scoperto che un gruppo di proteine nelle cellule delle foglie delle piante, chiamato CURT1, gioca un ruolo molto più importante nella fotosintesi di quanto si pensasse

"Abbiamo scoperto che le proteine CURT1 controllano lo sviluppo delle foglie verdi di una pianta già dallo stadio di seme. Quindi, le proteine hanno una grande influenza sull'efficacia della fotosintesi", spiega il professore associato Mathias Pribil, autore principale dello studio.

Proteine che danno il via alla fotosintesi

In precedenza si credeva che le proteine CURT1 avessero un ruolo più modesto e fossero presenti solo nelle foglie completamente sviluppate. Ma utilizzando tecniche di imaging all'avanguardia (fotografia e attrezzature informatiche), i ricercatori hanno zoomato 30.000x sulla crescita di una serie di piante sperimentali di thale cress (Arabidopsis). Questo ha permesso loro di studiare le piante a livello molecolare. I ricercatori hanno potuto vedere che le proteine CURT1 erano presenti fin dalle prime fasi della vita delle loro piante.

"L'emersione dal suolo è un momento critico per la pianta, poiché è colpita dalla luce del sole e ha bisogno di avviare rapidamente la fotosintesi per sopravvivere. Qui possiamo vedere che le proteine CURT1 coordinano i processi che mettono in moto la fotosintesi e permettono alla pianta di sopravvivere, qualcosa che non sapevamo prima", spiega Mathias Pribil.

La fotosintesi avviene nei cloroplasti, corpi ellittici lunghi 0,005 mm nelle cellule vegetali che sono una sorta di organo all'interno delle cellule di una foglia di pianta. All'interno di ogni cloroplasto, una membrana ospita le proteine e le altre funzioni che rendono possibile la fotosintesi.

"Le proteine CURT1 controllano la forma di questa membrana, rendendo più facile per le altre proteine in una cellula vegetale di muoversi ed eseguire compiti importanti intorno alla fotosintesi, a seconda di come cambia l'ambiente intorno alla pianta. Questo potrebbe essere per riparare i complessi proteici di raccolta della luce quando la luce del sole è intensa o per aumentare la capacità di un cloroplasto di raccogliere energia luminosa quando la luce del sole è debole", spiega Pribil.

Un migliore assorbimento di CO2 in futuro

La nuova scoperta fornisce una visione più profonda della più importante reazione biochimica della Terra. Infatti, senza le piante, né gli animali né gli uomini esisterebbero sul nostro pianeta. Finora, il risultato si applica solo alla pianta del crescione, ma Pribil sarebbe "molto sorpreso" se l'importanza delle proteine CURT1 per la fotosintesi non si estendesse anche ad altre piante.

"Questo è un passo importante sulla via della comprensione di tutti i componenti che controllano la fotosintesi. La domanda è se possiamo usare queste nuove conoscenze per migliorare il complesso delle proteine CURT1 nelle piante in generale, in modo da ottimizzare la fotosintesi", dice Mathias Pribil, che aggiunge:

"Gran parte della nostra ricerca ruota intorno al rendere la fotosintesi più efficiente in modo che le piante possano assorbire più CO2. Proprio come abbiamo selezionato e allevato le migliori colture nel corso della storia dell'agricoltura, ora si tratta di aiutare la natura a diventare il miglior assorbitore di CO2 possibile", dice Mathias Pribil.

Riferimento: "Le proteine Curvature thylakoid 1 modulano la morfologia del corpo prolamellare e promuovono la biogenesi organizzata dei tilakoidi in Arabidopsis thaliana" di Omar Sandoval-Ibáñez, Anurag Sharma, Michal Bykowski, Guillem Borràs-Gas, James B. Y. H. Behrendorff, Silas Mellor, Klaus Qvortrup, Julian C. Verdonk, Ralph Bock, Lucja Kowalewska e Mathias Pribil, 19 ottobre 2021, Proceedings of the National Academy of Sciences.

DOI: 10.1073/pnas.2113934118

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