Un gene chiamato Booster è stato individuato negli alberi di pioppo, in grado di aumentare la fotosintesi e la crescita fino al 200% in condizioni controllate e fino al 30% in campo. Questa scoperta, di grande rilevanza per colture come Arabidopsis, potrebbe portare a un incremento dei rendimenti agricoli e della produzione di bioenergia senza richiedere ulteriori risorse.
Scoperta Rivoluzionaria nella Biotecnologia Vegetale
Un team di scienziati provenienti da due Centri di Ricerca sulla Bioenergia del Dipartimento dell’Energia, il Centro per l’Innovazione della Bioenergia dell’Oak Ridge National Laboratory (CBI) e il Centro per l’Innovazione Avanzata della Bioenergia e dei Bioprodotti dell’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign (CABBI), ha individuato un gene negli alberi di pioppo che potenzia significativamente la fotosintesi. Questo gene, denominato Booster, è in grado di aumentare l’altezza degli alberi fino al 30% in condizioni di campo e fino al 200% in ambienti serra. Oltre a migliorare la crescita dei pioppi, il Booster ha incrementato anche la biomassa di Arabidopsis, suggerendo la possibilità di aumentare i rendimenti in altre colture su larga scala.
Alberi di Pioppo: Una Risorsa Chiave per la Bioenergia
Il Booster è stato identificato in Populus trichocarpa, noto come pioppo nero, una specie ampiamente diffusa dall’estremità meridionale della Bassa California fino al Canada settentrionale. Questo albero è considerato una risorsa primaria per la produzione di biocarburanti e bioprodotti. Il Booster è un gene chimera che combina sequenze di tre geni originariamente distinti, mantenuto nel pioppo con poche modifiche nel corso dell’evoluzione. Questo gene svolge un ruolo cruciale nella fotosintesi, il processo attraverso il quale le piante trasformano la luce solare, l’anidride carbonica e l’acqua in glucosio, fondamentale per la produzione di cibo e carburante. I geni chimera, con origini uniche, favoriscono cambiamenti evolutivi che aiutano le piante ad adattarsi a nuovi ambienti.
Impatto Multi-Specie e Potenziale Agricolo
Quando gli scienziati hanno introdotto il gene Booster negli alberi di pioppo, il contenuto di Rubisco e l’attività fotosintetica sono aumentati significativamente, portando a piante che crescevano fino al 200% in serra, come riportato su Developmental Cell. Gli alberi hanno mostrato un aumento fino al 62% del contenuto di Rubisco e circa il 25% in più di assorbimento netto di CO2 fogliare. In campo, l’espressione maggiore del Booster ha portato ad alberi di pioppo fino al 37% più alti, con un incremento fino all’88% del volume del fusto, aumentando la biomassa per pianta. Inoltre, l’introduzione del Booster in Arabidopsis ha portato a un aumento simile della biomassa e del 50% nella produzione di semi, suggerendo un’applicabilità più ampia del Booster per incrementare i rendimenti in altre piante.
Avanzamenti verso una Bioenergia Sostenibile
Il pioppo e Arabidopsis sono piante C3, che includono colture alimentari cruciali come soia, riso, grano e avena. Il gene Booster potrebbe aumentare i rendimenti delle colture bioenergetiche senza richiedere ulteriori risorse, supportando una bioeconomia robusta. Se il Booster funziona in modo simile nelle colture alimentari, potrebbe contribuire a ridurre la carestia alimentare a livello globale. La coltivazione di colture bioenergetiche ad alto rendimento su terreni marginali può soddisfare la crescente domanda di biocarburanti liquidi, supportando settori come l’aviazione. Questa scoperta potrebbe rappresentare una svolta significativa per stimolare la fotosintesi e la produttività delle piante.
Collaborazione Strategica e Ricerca Genetica
All’interno del CBI dell’ORNL, gli scienziati hanno studiato il pioppo come coltura perenne non alimentare ad alto sviluppo rapido per la produzione di biomassa. Attraverso uno studio di associazione a livello genomico, hanno identificato più di 28 milioni di polimorfismi a singolo nucleotide che aiutano a individuare i geni associati a specifici tratti delle piante. La ricerca è stata supportata da CBI e CABBI, entrambi sponsorizzati dal DOE. Il progetto ha sfruttato le capacità di imaging ad alta velocità del Laboratorio di Fenotipizzazione Avanzata delle Piante dell’ORNL e il sequenziamento del genoma completo del Joint Genome Institute.
Convalida dei Geni Chimera nella Biotecnologia Vegetale
I geni chimera come il Booster, spesso considerati artefatti evolutivi non funzionali, sono stati confermati come influenti nei processi delle piante. La scoperta apre nuove prospettive scientifiche, dimostrando che la fotosintesi può essere migliorata attraverso modifiche molecolari fondamentali. Questo progresso potrebbe avere un impatto significativo sulla produzione alimentare e di bioenergia a livello globale.
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