Le piante sono in grado di comunicare tra loro, in particolare possono lanciare segnali di pericolo in modo da allertare le difese delle piante vicine. Esse percepiscono segnali e si attivano per fronteggiare condizioni di pericolo. La comunicazione pianta-pianta si realizza mediante scambi di specifiche molecole, composti organici volatili biogenici (BVOC) ed essudati radicali (REX). Si stima che una specie possa produrre da 5000 a 30000 molecole, molte delle quali volatili, che destina alla comunicazione. La maggior parte di queste molecole non è stata caratterizzata chimicamente ma alcuni ormoni come l'etilene (ET) e i giasmonati rientrano in questa categoria di composti e altri come le citochinine, le auxine, le gibberelline e l'acido abscissico stimolano la sintesi di BVOC. Ad oggi la comunicazione pianta-pianta nelle risposte allo stress biotico è ben documentata ma si sa poco sul coinvolgimento di queste interazioni nelle risposte agli stress indotti dai metalli.
Il cadmio (Cd) e il cromo (Cr) sono inquinanti diffusi nei suoli a causa di attività sia naturali che antropiche. Questi metalli causano stress ossidativo nelle cellule vegetali, aumentando i livelli di specie reattive dell'ossigeno e dell'azoto (ROS e RNS) che danneggiano gli organelli cellulari, le membrane biologiche e gli acidi nucleici. Inoltre, se esposte a Cd o Cr, le piante producono ET che a sua volta può stimolare la sintesi di acido giasmonico e di altri BVOC.
Lo scopo di questa proposta è studiare gli effetti indotti da Cd e Cr sull'apparato radicale di due piante modello della medesima famiglia, Arabidopsis halleri iperaccumulatrice di Cd, e Arabidopsis thaliana sensibile al Cd e al Cr. Si valuterà la risposta delle piante alla tossicità dei metalli e il possibile coinvolgimento di BVOC e REX nel mitigare gli effetti tossici. Trattamenti esogeni con giasmonati ed ET associati ai metalli permetteranno di valutare il loro effetto sull'emissione di BVOC e REX e sulla risposta ai metalli
La ricerca proposta, basata sullo studio di piante modello, mira a comprendere come la comunicazione pianta-pianta possa rappresentare una strategia di difesa dalla tossicità di metalli tossici frequentemente presenti in suoli contaminati. Il Cd e il Cr esavalente sono tra gli elementi più diffusi nei suoli contaminati e più pericolosi per gli organismi viventi. La loro presenza altera gli equilibri dell'ecosistema e attraverso le piante possono entrare nella catena alimentare mettendo a rischio la vita e lo sviluppo di tutti gli organismi.
Una comprensione dettagliata dei meccanismi cito-istologici e molecolari che le piante mettono in atto per difendersi dalla tossicità di questi elementi potrebbe chiarire diversi aspetti relativi alla loro sopravvivenza in suoli contaminati. Lo scopo principale di questa proposta è la comprensione di come le interazioni pianta/pianta e/o la loro densità possano offrire una difesa contro la tossicità di metalli pericolosi. Numerosi risultati relativi all¿interazione pianta-pianta, e in particolare come molecole volatili prodotte, siano coinvolte nella difesa da stress biotici sono disponibili ma fino ad ora sono limitate le informazioni su un loro possibile coinvolgimento anche nelle risposte a stress abiotici.
I risultati attesi saranno importanti sia per la ricerca di base che per la ricaduta applicativa all'ambiente. Dal punto di vista della ricerca di base sarà rilevante comprendere se i meccanismi fisiologici attivati dalle piante in caso di convivenza nello stesso ambiente con altre piante e in funzione della loro densità possano innescare/accentuare anche meccanismi di difesa/evitamento della tossicità di metalli tossici.
Dal punto di vista tecnologico, la proposta mira ad identificare molecole, REX e BVOC, sintetizzate in diverse condizioni di crescita delle piante (densità e/o co-coltivazione e/o inquinamento da metalli) per un loro possibile utilizzo come molecole biostimolanti esogene, e/o per aumentane la tolleranza ai composti tossici, da applicare a colture di interesse agroalimentare.
Poiché molti suoli, come detto, sono contaminati da Cd/Cr, che influenzano fortemente la resa e la qualità di piante alimentari, è importante sviluppare un approccio sostenibile per la gestione delle colture utile per aumentare la loro resa e la qualità dei loro prodotti ma anche per migliorare la sostenibilità ambientale. Infatti, il suolo è una risorsa preziosa e non rinnovabile, quindi la possibilità di utilizzare terreni inquinati/marginali diminuirà la ricerca di nuovi suoli coltivabili, riducendo così lo sfruttamento del suolo e aumentandone la sostenibilità.
I risultati ottenuti avranno quindi sia un valore per la ricerca di base ma forniranno anche informazioni fondamentali per l'uso sostenibile dei suoli e per il miglioramento delle colture.