Rivoluzione “olobionte” e, tra droni e genetica, il grano più resistente alla siccità. Un nuovo studio condotto da ricercatori della Facoltà di Agraria, Alimentazione e Ambiente dell’Università Ebraica e del Volcani Institute mostra come l’utilizzo di droni dotati di telecamere avanzate, in grado di rilevare sia il calore che la luce, possa aiutare gli scienziati a valutare meglio come le piante di grano coltivate in campo affrontano i cambiamenti climatici. I risultati dello studio sono stati pubblicati su Computers and Electronics in Agriculture. Sorvolando con i droni centinaia di varietà di grano, i ricercatori hanno potuto stimare caratteristiche chiave come l’efficienza con cui le piante respirano attraverso le foglie, la loro abbondanza e la quantità di clorofilla presente. Hanno quindi abbinato queste caratteristiche a geni specifici del grano, identificando marcatori genetici associati a migliori prestazioni in condizioni normali e secche. Questo approccio semplifica l’individuazione e lo sviluppo di varietà di grano più resilienti alle sfide climatiche, contribuendo a garantire la futura sicurezza alimentare.
Grano anti-siccità
“Fino ad ora, misurare la conduttanza stomatica, ovvero la capacità della pianta di regolare l’acqua, era un processo lento e richiedeva strumenti manuali – ha affermato Roy Sadeh, primo autore dello studio -. Questo approccio basato sui droni offre un nuovo modo rapido ed efficace per identificare le piante resistenti alla siccità, senza toccarle“. I risultati offrono un percorso pratico per i coltivatori che desiderano sviluppare un grano ad alte prestazioni e resiliente al clima. L’integrazione della tecnologia dei droni con l’analisi genetica potrebbe accelerare drasticamente il miglioramento genetico aiutando l’agricoltura a tenere il passo con la domanda alimentare globale e le mutevoli condizioni ambientali. Mettere al centro le complesse relazioni tra piante e microbiomi del suolo per migliorare il patrimonio genetico delle piante stesse, così da renderle più resistenti al clima e meno dipendenti dai fertilizzanti.
Più cibo
E’ questo l’obiettivo della cosiddetta impostazione olobionte sulla quale si sono soffermati due studi condotti da Wolfram Weckwerth dell’Università di Vienna e pubblicati sulle riviste Plant Biotechnology e Trends in Plant Science. Per aumentare la fornitura di cibo e mangimi, l’agricoltura intensiva ha fatto sempre più affidamento sui fertilizzanti azotati (N). Tuttavia, più della metà dell’azoto applicato annualmente ai terreni coltivati finisce per disperdersi nell’aria e nell’acqua. Tali perdite portano a gravi problemi, tra cui l’inquinamento dell’aria e dell’acqua, l’acidificazione del suolo, i cambiamenti climatici, l’assottigliamento dell’ozono stratosferico e la perdita di biodiversità. Di conseguenza, ridurre la perdita di azoto dai terreni coltivati potrebbe aumentare i rendimenti economici riducendo il fabbisogno di fertilizzanti, migliorare la salute umana e i servizi ecosistemici e contribuire a mitigare i cambiamenti climatici. Weckwerth sottolinea che il miglioramento della resilienza e della resa delle colture in modo sostenibile non dovrebbe concentrarsi esclusivamente sulle piante, ma anche sul microbioma che circonda radici e foglie. I microbiomi del suolo offrono anche opportunità per migliorare la fertilita’ del suolo e ridurre la dipendenza dai fertilizzanti sintetici.
Olobionte vegetale
“L’evoluzione delle piante – sostiene Weckwerth – è in gran parte guidata dalle interazioni pianta-microbo, tuttavia l’ecologia dell’olobionte vegetale non è ben compresa a livello molecolare. Tuttavia, queste relazioni apportano enormi benefici all’agricoltura sostenibile. Pertanto, e’ fondamentale identificare varietà vegetali che producano inibitori naturali della nitrificazione, noti anche come inibitori biologici della nitrificazione (BNI), che sono essudati prodotti dalle radici nel terreno”. Nel primo dei due nuovi studi, gli autori hanno studiato il potenziale di diverse colture di grano per la produzione di BNI che contribuiscono a controllare i processi di nitrificazione del suolo. Hanno riscontrato una pronunciata variazione naturale dell’attività dei BNI in diverse linee di grano d’elite. “La nostra analisi degli essudati radicali, composti complessi rilasciati dall’apparato radicale, mostra una variazione sostanziale tra le colture di grano” spiega Arindam Ghatak, primo autore dello studio. “Questi essudati promuovono o inibiscono specifiche composizioni del microbioma e consentono la selezione di ceppi con un’attività BNI particolarmente elevata“.
Attività BNI
Coltivando queste linee attive in BNI, gli agricoltori potrebbero ridurre significativamente la necessita’ di fertilizzanti azotati in futuro. Questo rappresenta un passo significativo per mitigare l’interruzione del ciclo globale dell’azoto causata dall’uso eccessivo di fertilizzanti antropici. Nel secondo studio Weckwerth e colleghi hanno sviluppato sulla base delle conoscenze del primo studio un nuovo concetto di miglioramento genetico con al centro proprio il rapporto piante-microbiomi. “In combinazione con algoritmi di apprendimento automatico, questo apre una promettente piattaforma di breeding per sviluppare nuove varietà di colture con un elevato potenziale di BNI, una maggiore resilienza ai cambiamenti climatici e una migliore salute del suolo” spiega Weckwerth. Il concetto di olobionte segna quindi un cambio di paradigma: combina ecologia, biologia dei sistemi e tecnologia di breeding, evidenziando al contempo l’interconnessione degli ecosistemi e aprendo nuove strade verso un’agricoltura efficiente nell’uso delle risorse e resiliente ai cambiamenti climatici.
