La duplicazione genetica, nel passato, ha fornito alle erbe molteplici modi per calcolare l'inverno

Se avete coltivato carote nel vostro giardino e vi è capitato di non vederle fiorite, non incolpare la vostra mancanza di pollice verde.

Carote, barbabietole e molte altre piante non fioriranno fino a quando non avranno attraversato tutto l'inverno. Il freddo generalizzato dà loro il segnale di fiorire rapidamente una volta che arriva la primavera, fornendo alle piante un vantaggio nella gara per produrre semi.

Ma il freddo non è sempre indispensabile. Negli anni '30, due scienziati inglesi hanno scoperto che alcune colture della famiglia dell'erba, come la segale o il grano, tenevano conto della brevità dei giorni anziché del freddo per capire quando l'inverno sarebbe arrivato.

"Ma non si sapeva nulla su come funzionasse il meccanismo", dice Rick Amasino, professore di biochimica e genetica all'Università di Wisconsin-Madison.

Ora, più di 80 anni dopo, Daniel Woods e altri del gruppo di Amasino hanno finalmente scoperto come le erbe contano i giorni brevi dell'inverno per prepararsi alla fioritura. Nella maggior parte delle piante, una proteina chiamata florigen induce la fioritura quando i giorni si allungano in  primavera ed estate.

Le erbe hanno più copie di questo gene della fioritura grazie a un'antica duplicazione nei loro genomi. Una di queste copie è stata rimodulata per essere espressa durante i brevi giorni dell'inverno, dando a qualche erba un nuovo modo di prepararsi alla primavera.

Il lavoro è stato pubblicato l'8 gennaio 2019 sulla rivista eLife. La nuova ricerca fornisce informazioni preziose su come le erbe adattate all'inverno acquisiscono la capacità di fiorire in primavera, il che potrebbe essere utile per migliorare le colture, come il grano invernale, che si basano su questo processo.

La vernalizzazione, la necessità cioè di un periodo di freddo prima della fioritura, si è evoluto più volte in diverse famiglie di piante. Gli scienziati ritengono che la vernalizzazione consenta alle piante di riempire una nuova nicchia, una in cui accumulano energia per un anno e fioriscono rapidamente la primavera successiva prima di venire eliminate o superate da altre piante. In passato Amasino e il suo gruppo hanno identificato i geni che regolano la vernalizzazione in un membro della famiglia dei cavoli noto come Arabidopsis.

Per ottenere l'uso della lunghezza del giorno come segnale dell'inverno, il gruppo di Amasino ha studiato il Brachypodium, un'erba utilizzata nel laboratorio e correlata a colture come mais, riso e grano. Hanno scoperto che, su 51 varietà di Brachypodium, 40 potevano percepire i giorni brevi come un segno dell'inverno, mostrando che c'era una variazione per questa caratteristica tra le varietà.

"Se hai delle varianti, puoi fare genetica", dice Amasino, che è membro del Centro di Ricerca sulle Bioenergie di Great Lakes, un dipartimento del Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti con sede a UW-Madison.

I ricercatori hanno individuato la causa di tale variazione in un singolo cambiamento di lettera in un singolo gene che è uno dei 14 duplicati del gene florigen.

Il team ha scoperto che il duplicato, denominato FTL9, si è evoluto per agire come una sorta di inverso del suo gene progenitore. Nei periodi nei quali i giorni sono più lunghi il florigen si accumula nelle foglie e causa la fioritura, nei periodi invernali nei quali i giorni sono più corti si accumula l'FTL9. Mentre una quantità di florigen sufficiente rende la fioritura inevitabile, l'FTL9 rende possibile la fioritura solo rilasciando i freni sul florigen una volta che arriva la primavera.

Amasino si avventura a dire che se le piante si sono evolute per tracciare l'inverno usando i giorni freddi oppure quelli brevi questo dipende da dove si sono evolute. Nei climi più caldi, il sole può essere il segnale migliore dell'inverno rispetto alla temperatura. Ma nelle regioni più fredde, potrebbe essere meglio aspettare l'ultimo pericolo di gelo prima di investire nella fioritura di fragili boccioli. A sostegno di questa idea, i Brachypodium adattati per seguire i giorni brevi sono stati per lo più trovati nell'area mediterranea.

Una migliore comprensione di come le piante hanno evoluto i sistemi per segnare la fine dell'inverno può aiutare gli scienziati a mantenere le colture produttive, specialmente in un clima in riscaldamento. Poiché le regioni in crescita si riscaldano, le colture che seguono il sole seguiranno sempre in modo affidabile le stagioni, anche se il freddo invernale dovesse diminuire.

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