La sconosciuta fotosintesi della cuscuta

[Pubblicato originalmente il 12 febbraio 2022]

Nei giorni scorsi è stato pubblicato un altro articolo risultante dalla mia dissertazione di master, l'ultima pubblicazione di questa ricerca sulla misteriosa pianta parassita Cuscuta racemosa. Questo "spin-off" della dissertazione è stato un piccolo esperimento che abbiamo fatto parallelamente al lavoro principale, pubblicato l'anno scorso su Frontiers in Plant Science. Come spiego in un post precedente, la cuscuta è una pianta parassita. Più precisamente, è un oloparassita, perché dipende interamente dalle sue piante ospiti per sopravvivere. Questo modo di vita ha fatto sì che alcune specie del genere perdano completamente, nel corso dell'evoluzione, la capacità di fare la fotosintesi. In altre specie, questa capacità si è mantenuta in modo molto limitato.

La Cuscuta racemosa, protagonista principale della mia ricerca di master

L'evento che ha dato origine alla mia ricerca di master è stato quando un amico e io stavamo camminando verso casa e abbiamo trovato una pianta di cuscuta che cresceva su piante di corona di Cristo (Euphorbia milii) in un'aiuola nel centro di Pelotas, in Brasile. Abbiamo strappato un ramo per osservarlo meglio e l'abbiamo portato a casa del mio amico, dove l'abbiamo lasciato su una pianta di aloe. Quando me ne sono andato, abbiamo dimenticato il ramo di cuscuta lì e, alcuni giorni dopo, il mio amico mi ha chiamato sorpreso dicendo che il ramo di cuscuta era diventato completamente verde! Il colore naturale di questa specie di cuscuta è giallo-oro e, per quanto ne sapessimo, non c'erano segnalazioni della presenza di clorofille nella specie C. racemosa.

Per questo, abbiamo iniziato a porci alcune domande e a formulare ipotesi. Primo, sarà diventata verde perché non stava trovando un buon ospite, quindi ha dovuto fare la fotosintesi da sola per sopravvivere? Secondo, non sarebbe diventata verde se avesse percepito un ospite vicino? E se gli ospiti fossero diversi, avrebbe percepito e cambiato la quantità di clorofille a seconda di quanto ne avrebbe avuto bisogno per sopravvivere? Queste domande hanno dato origine alla ricerca principale del master, e la risposta è stata sì, la C. racemosa percepisce gli ospiti a distanza, produce più clorofille quando non c'è nessuno ospite nelle vicinanze, e cambia la quantità di pigmenti a seconda della specie di ospite che si trova vicino.

Inoltre, abbiamo notato che quando la cuscuta diventava verde, non cambiava colore uniformemente, ma diventava particolarmente più verde nella regione del nodo dei rami; la regione dove crescono i nuovi rami. Questo ci ha fatto interrogare, anche, se non stesse avvenendo una «fotosintesi localizzata» lì, forse per sostenere la crescita del nuovo germoglio, che è la parte della pianta che andrà a cercare un nuovo ospite. Per testare questa ipotesi, io e un gruppo di amici abbiamo sviluppato un esperimento molto semplice: avvolgere strisce di carta alluminio attorno al nodo dei rami delle cuscute e vedere cosa succede dopo un po' di tempo. Così, non ci sarebbe stata incidenza di luce sul nodo e, secondo la nostra ipotesi, i germogli non si sarebbero sviluppati così bene.

Il nodo della C. racemosa diventava nettamente più verde del resto del ramo quando questo era separato dall'ospite

Come controllo, in un altro gruppo di piante abbiamo avvolto strisce uguali di carta alluminio non sul nodo, ma immediatamente sotto. Così, entrambi i gruppi (trattamento e controllo) riceverebbero la stessa quantità di luce e avrebbero l'influenza della carta alluminio, quindi le differenze nei risultati sarebbero dovute al blocco della luce sul nodo, e non ad un altro motivo. Il risultato di questo lavoro è stato che, effettivamente, il germoglio cresceva meno quando non c'era luce sul nodo. Tuttavia, l'effetto si è verificato solo in termini di lunghezza, che era circa un centimetro più corta, e non in altri parametri come il peso dei germogli. Un altro risultato interessante è stato che i rami cuscuta che avevano il nodo ombreggiato presentavano maggiori quantità di clorofille rispetto al gruppo di controllo, e la proporzione di due diversi tipi di clorofilla (chiamate a e b) cambiava anche, diventando simile a quella delle piante verdi, che fanno fotosintesi normalmente per sopravvivere, quando si trovano in ambienti ombreggiati. Quindi, apparentemente, quando i nodi, e solo i nodi di C. racemosa non sono illuminati, i rami si comportano in modo simile a come fanno le piante verdi, autotrofe.

Questo lavoro aggiunge un altro mattone alla conoscenza che abbiamo sulla biologia delle cuscute — in particolare, sulla loro fotosintesi, che è tanto sconosciuta e misteriosa. Alcuni studi hanno già dimostrato che certe specie riescono effettivamente a produrre alte quantità di clorofille in situazioni particolari ed è stato suggerito che lo facciano quando sono staccate dai loro ospiti o in ospiti di poca qualità. Così, in qualche modo, prolungherebbero la loro sopravvivenza fino a trovare qualche ospite nutriente da parassitare. L'interessante è che, come suggerito da Hibberd e colleghi, a causa del fatto che le cuscute hanno pochi stomi (pori di apertura regolabile attraverso i quali la pianta scambia gas), la maggior parte del carbonio utilizzato nella fotosintesi verrebbe dalla respirazione della stessa pianta! Sarebbero quindi in grado di riciclare il proprio carbonio per mantenersi vive più a lungo. Purtroppo, per il nostro lavoro, non è stato possibile misurare direttamente la fotosintesi, ma questo è un obiettivo per il futuro!

Foto del trattamento di test con i nodi delle cuscuta coperti da carta alluminio. Un esperimento più semplice, impossibile!

Ad ogni modo, i risultati sono già molto stimolanti. Un'altra osservazione degna di nota è che questo lavoro è stato fatto con il minimo di risorse e materiali, dimostrando che, nella scienza, la cosa più importante è avere buone domande e creatività per testarle (il che non significa che gli investimenti nella scienza non siano necessari, per carità!). Inoltre, abbiamo pubblicato la ricerca su Acta Botanica Brasilica, una rivista ad accesso aperto, quindi questa conoscenza è disponibile gratuitamente per chiunque voglia accedervi!

Per concludere, firmano l'articolo, oltre a me, Gabriela Niemeyer Reissig, Luís Felipe Basso e Ricardo Padilha de Oliveira. Il lavoro è stato parte del mio master nel Programma di Post-Laurea in Fisiologia Vegetale dell'Università Federale di Pelotas (UFPel), realizzato con la supervisione del Prof. Gustavo Maia Souza nel Laboratorio di Cognizione ed Elettrofisiologia Vegetale dell'UFPel. E, ovviamente, con le borse di studio del CNPq e CAPES.