Non c’è rosa senza spine, come dice un vecchio proverbio. Ma per i botanici nessuna rosa ha spine: le strutture appuntite sul suo stelo sono chiamate aculi, e sono biologicamente diverse dalle spine dure e legnose di altre piante.
Le spine sono un esempio lampante di evoluzione che si ripete. Negli ultimi 400 milioni di anni, le piante si sono evolute 28 volte. Le rose coltivano “spine” sui loro steli, mentre altre le coltivano sulle foglie o sui frutti.
nuovo Studia Questa pubblicazione, pubblicata questo mese sulla rivista Science, getta luce su come le piante hanno evoluto le spine da zero molte volte: ogni specie trae vantaggio da un singolo gene. Questa scoperta apre la possibilità di modificare il DNA delle piante per rimuovere le loro spine, rendendo più facile la coltivazione di alcune piante selvatiche.
Il genetista vegetale Zachary Lipman del Cold Spring Harbor Laboratory negli Stati Uniti si è interessato ai cardi studiando un gruppo di colture tra cui patate, pomodori e melanzane. Sebbene questo gruppo sia privo di spine, alcuni dei suoi parenti selvatici ne sono ricoperti.
Si credeva che i primi agricoltori dovessero aver rimosso le spine dalle piante selvatiche quando iniziarono a usarle per l’agricoltura. Ha chiesto: “Chi vuole coltivare melanzane da poter mangiare se queste spine ti pugnalano continuamente?”
La perdita delle spine ha portato Lipman e i suoi colleghi a chiedersi come si siano evolute le spine. Probabilmente apparivano in molte piante come mezzo di difesa contro gli animali che potevano divorarle. Ma possono servire anche ad altri scopi. Alcune piante lo usano per aggrapparsi alle superfici mentre si arrampicano. Alcune erbe selvatiche lo utilizzano per attaccare i suoi semi al pelo degli animali di passaggio.
Charles Darwin capì che lo stesso tratto può evolversi più volte nel corso della storia della vita, un processo noto come convergenza. Ad esempio, i pipistrelli e gli uccelli hanno sviluppato ali per il volo. Ma hanno seguito percorsi evolutivi diversi per raggiungere lo stesso scopo: le ali dei pipistrelli si sono evolute come membrane che crescevano tra le loro dita, mentre le ali degli uccelli sono fatte di piume.
Per capire come le piante convergono sui cardi, Lipman e i suoi colleghi hanno incrociato una varietà di melanzane domestiche con la sua parente selvatica e spinosa. Alcuni ibridi avevano molte spine, mentre altri non ne avevano nessuna.
Confrontando il DNA delle piante, gli scienziati hanno scoperto che una variante specifica di un gene chiamato LOG è trasportata solo dalle piante con spine. Gli studiosi delle piante sanno da tempo che questi geni aiutano a produrre un ormone che segnala la crescita delle cellule vegetali. Ma nelle melanzane selvatiche esiste una versione speciale che consente alle spine di crescere.
Lippmann condusse lo stesso esperimento con altri due tipi di melanzane, ibridandole con le loro parenti selvatiche. Successivamente è stato osservato che una forma di LOG era responsabile delle spine nelle piante terrestri.
“Abbiamo scoperto che era lo stesso gene che accumulava mutazioni indipendentemente in tutti e tre i lignaggi a perdere queste spine”, ha detto Lipman.
Può sembrare interessante che la mutazione del gene LOG possa rimuovere le spine senza danneggiare la melanzana nel suo insieme. Dopotutto, è noto che questi geni sono necessari per la crescita di tutte le piante.
Si scopre che le piante hanno sviluppato molte copie dei geni LOG nel corso di milioni di anni. Lipman e i suoi colleghi hanno ipotizzato che una copia di questo gene si sia evoluta negli antenati selvatici delle melanzane per produrre spine, mentre altre copie hanno continuato la loro funzione originale di aiutare le piante a crescere.
Lui e i suoi colleghi si sono chiesti se i geni LOG fossero importanti anche per le spine di altre piante. In dozzine di specie hanno scoperto prove della stessa connessione. Ad esempio, il blocco del gene LOG nelle rose interferisce con lo sviluppo delle “spine”.
Secondo Lipman, le nuove scoperte potrebbero aiutare gli scienziati a trasformare le piante selvatiche in colture domestiche. Lui e i suoi colleghi hanno testato questa possibilità su una pianta selvatica australiana il cui frutto è solitamente spinoso. Dopo che i ricercatori hanno rimosso il gene LOG dal suo DNA, è diventato privo di spine.
La biologa evoluzionista Vivian Irish dell’Università di Yale, che non è stata coinvolta nel nuovo studio, ha affermato che il lavoro ha dimostrato che la convergenza potrebbe avvenire in un modo che Darwin non aveva previsto. Ogni volta che apparivano le spine, le piante non sviluppavano un modo completamente nuovo di crearle. Hanno riutilizzato lo stesso gene più e più volte.
“L’innovazione in molti casi può semplicemente riflettere il riutilizzo di vecchi geni in modi nuovi”, ha detto Irish.
