Foglie, fusto e radici delle piante si trasmettono i segnali di stress

Quando una pianta adulta subisce una ferita, viene sommersa dall’acqua, brucia parzialmente o affronta uno stress ambientale, le sue diverse parti – foglie, fusto e radici – comunicano tra loro. Finora, questa risposta degli organismi vegetali a stimoli esterni poteva essere osservata dagli studiosi solamente su piccole piante da laboratorio.

Oggi, grazie a un innovativo sistema di imaging ottico sviluppato dall’Università degli Studi di Milano insieme al Politecnico di Milano, chiamato MAPPI (MAcro Plant Projection Imaging), consente di osservare contemporaneamente foglie, fusto e radici mentre la pianta reagisce a stimoli come ferite, sommersione, bruciature o altri stress ambientali anche per piante di dimensioni paragonabili a quelle coltivate in serra, cosa che finora era molto difficile.

Una caratteristica innovativa dello strumento è la doppia visione perpendicolare, che permette di vedere cosa accade in tutta la pianta allo stesso tempo, superando i limiti degli strumenti tradizionali pensati per piccole piante da laboratorio.

A differenza dei sistemi di imaging convenzionali, MAPPI è modulare, poco costoso e open source, quindi facilmente replicabile in molti laboratori. Grazie all’uso della fluorescenza, la piattaforma permette di visualizzare in tempo reale segnali fondamentali per la comunicazione interna della pianta, per esempio le variazioni della concentrazione degli ioni calcio e l’accumulo di glutammato, che funzionano da messaggeri cellulari. Con questa tecnologia i ricercatori hanno mostrato che i segnali non viaggiano solo tra foglie, ma anche in modi bidirezionale tra foglie e radici, rivelando una rete di comunicazione molto più complessa del previsto.

Aiutare l’agricoltura in un contesto di cambiamento climatico

L’obiettivo della ricerca è rendere questa tecnologia accessibile alla comunità scientifica, favorendo studi su specie di interesse agricolo in condizioni più simili a quelle naturali.

Il sistema è inoltre progettato per essere ampliato con ulteriori sensori, così da monitorare più segnali molecolari simultaneamente. MAPPI rappresenta quindi un passo avanti decisivo per comprendere come le piante reagiscono agli stress, un tema chiave per l’agricoltura del futuro in un contesto di cambiamento climatico.

Da sinistra: Andrea Bassi e Giorgia Tortora (Politecnico di Milano); Bianca Maria Orlando Marchesano e Alex Costa (Università degli Studi di Milano). © UNIMI / POLIMI

«MAPPI ci permette di osservare come questi segnali attraversano l’intera pianta adulta, una dinamica che finora potevamo solo intuire» commenta Alex Costa, fisiologo vegetale e professore del Dipartimento di Bioscienze all’Università degli Studi di Milano e autore di riferimento del lavoro.

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«MAPPI permette di superare i limiti della microscopia tradizionale e apre la strada a nuove ricerche sulla fisiologia delle piante adulte» spiega Andrea Bassi, professore del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e coordinatore dello studio insieme a Costa.

Lo studio “MAcro Plant Projection Imaging (MAPPI): An open, scalable platform for whole-plant fluorescence real-time imaging” è stato pubblicato su Science Advances.