Credo che il segreto per produrre colture molto resistenti alla siccità,
che potrebbero in qualche modo portare la sicurezza alimentare nel mondo,
risieda nelle "piante della resurrezione",
raffigurate qui, in uno stato di estrema mancanza d'acqua.
Potreste pensare che queste piante siano morte,
ma non lo sono.
Dategli dell'acqua,
e risorgeranno, si rinverdiranno, cominceranno a crescere, in 12-48 ore.
Ora, perchè suggerirei l'idea
che produrre colture resistenti alla siccità
ci condurrà alla sicurezza alimentare?
Beh, l'attuale popolazione mondiale si aggira sui 7 miliardi.
E si stima che entro il 2050,
saremo tra i 9 e i 10 miliardi di persone,
con la maggior parte di questa crescita concentrata in Africa.
Le organizzazoni mondiali per il cibo e l'agricoltura
hanno suggerito che avremo bisogno di una crescita del 70%
nelle attuali pratiche agricole
per soddisfare quella domanda.
Dato che le piante sono alla base della catena alimentare,
la maggior parte dovrà provenire dalle piante.
Questa percentuale del 70%
non prende in considerazione gli eventuali effetti dei cambiamenti climatici.
Questa immagine proviene da uno studio di Dai pubblicato nel 2011,
nel quale prese in considerazione
tutti i potenziali effetti dei cambiamenti climatici
e dichiarò che, tra le altre cose,
ci sarà una maggiore aridità dovuta alla mancanza
o riduzione delle precipitazioni.
Le aree in rosso mostrate qui,
sono aree che fino a poco tempo fa
erano proficuamente usate per l'agricoltura,
ma non possono più esserlo a causa della scarsità delle piogge.
Questa è la situazione prevista per il 2050.
La maggior parte dell'Africa, di fatto, la maggior parte del mondo,
si troverà nei guai.
Dovremo pensare a dei modi molto intelligenti di produrre cibo.
E preferibilmente tra questi, alle piante resistenti alla siccità.
L'altra cosa da ricordare sull'Africa è
che la maggior parte della loro agricoltura
è irrigata con la pioggia.
Ora, creare piante resistenti alla siccità non è la cosa più facile del mondo.
E la ragione è l'acqua.
L'acqua è essenziale per la vita su questo pianeta.
Tutti gli organismi viventi, con un metabolismo attivo,
dai microbi a voi e me,
sono composti principalmente da acqua.
Tutte le reazioni vitali accadono in acqua.
E una perdita di una piccola quantità di acqua porta alla morte.
Voi ed io siamo composti al 65% d'acqua.
Se ne perdiamo l'1%, moriamo.
Ma possiamo cambiare il nostro comportamento per evitarlo.
Le piante non possono.
Sono legate al terreno.
Perciò in primo luogo hanno un po' più d'acqua rispetto a noi,
circa il 95% di acqua,
e possono perderne un po' più di noi,
dal 10 al 70%, a seconda della specie,
ma solo per brevi periodi.
La maggior parte cercherà di resistere o di evitare la perdita d'acqua.
Un ottimo esempio di resistenza può essere trovato nelle piante grasse.
Tendono ad essere piccole, molto belle,
ma si tengono stretta la propria acqua al prezzo di crescere molto lentamente.
Esempi di contenimento della perdita d'acqua si trovano tra alberi e cespugli.
Incastrano al suolo radici molto profonde,
estraggono risorse d'acqua sotterranee
e la fanno fluire al loro interno in ogni momento,
mantenendosi idratate.
Quello a destra è chiamato Baobab.
Anche conosciuto come l'albero a testa in giù,
semplicemente perchè la proporzione delle radici rispetto ai rami è tanto grande
da far sembrare che l'albero sia stato piantato a testa in giù.
E ovviamente le radici sono necessarie per l'idratazione della pianta.
E probabilmente la strategia più comune di contenimento
si trova nelle piante annuali.
Le annuali costituiscono la maggior parte del nostre risorse di piante alimentari.
Sulla costa occidentale del mio paese,
per la maggior parte dell'anno non si osserva una grande crescita vegetale.
Ma all'arrivo delle piogge primaverili, si ottiene questo:
la fioritura del deserto.
La strategia nelle annuali,
è quella di crescere solo nella stagione piovosa.
Alla fine di quella stagione producono un seme,
che è secco, dall'8 al 10% di acqua,
ma molto attivo.
E tutto ciò che è così secco ma comunque attivo,
è ritenuto resistente all'essicazione.
Nello stato essiccato,
quello che i semi possono fare è giacere agli estremi dell'ambiente
per lunghi periodi di tempo.
La volta successiva in cui una pioggia estiva arriva,
germogliano e crescono,
e l'intero ciclo semplicemente ricomincia.
È opinione condivisa che l'evoluzione delle piante resistenti alla siccità
abbia permesso la colonizzazione e la diffusione
delle piante da fioritura, o angiosperme, sulla terraferma.
Ma torniamo alle piante annuali, cioè alla nostra scorta alimentare.
Grano, riso e mais costituiscono il 95% delle nostre scorte di cibo vegetali.
Ed è un'ottima strategia
perché in un breve periodo di tempo se ne posso produrre molti semi.
I semi sono ricchi di energia, hanno molte calorie,
e possiamo conservarli in tempi di abbondanza per tempi di magra,
ma c'è un lato negativo.
I tessuti vegetali,
le radici e le foglie delle annuali,
non hanno molto
in termini di resistenza connaturata, contenimento e tolleranza.
Semplicemente non ne hanno bisogno.
Crescono nella stagione piovosa
e hanno un seme che le aiuta a sopravvivere il resto dell'anno.
E quindi nonostante gli sforzi in agricoltura
per creare colture con migliori proprietà
di resistenza, contenimento e tolleranza –
soprattutto di resistenza e contenimento
perché abbiamo avuto buoni modelli per capire come funzionano –
ancora abbiamo immagini come questa.
Piante di mais in Africa,
due settimane senza pioggia
e sono morte.
C'è una soluzione:
le piante della resurrezione.
Queste piante possono perdere il 95% della loro acqua cellulare,
rimanere in uno stato secco, simile alla morte, da mesi ad anni,
e dandogli acqua,
rinverdiscono e ricominciano a crescere.
Come i semi, sono resistenti alla siccità.
Come i semi, possono sopportare condizioni ambientali estreme.
Ed questo è un fenomeno molto raro.
Ci sono solo 135 specie di piante da fioritura che possono farlo.
Vi voglio mostrare un video
del processo di resurrezione di queste tre specie in quest'ordine.
E sul fondo
c'è un'asse del tempo in modo che possiate vedere quanto velocemente accade.
(Applausi)
Straordinario, eh?
Ho passato gli ultimi 21 anni cercando di capire come possano farlo.
Come possono queste piante seccare senza morire?
Lavoro su una serie di piante della resurrezione,
mostrate qui nello stato idratato e secco,
per una serie di ragioni.
Uno di questi è che ciascuna di queste piante è utile come modello
per una coltivazione che vorrei rendere resistente alla siccità.
Nell'angolo in alto a sinistra, per esempio, c'è un'erba,
è chiamata Eragrostis nindensis,
ha un parente stretto chiamato Eragostis tef –
molti di voi potrebbero conoscerla come "teff" –
è un alimento principale in Etiopia,
è senza glutine,
ed è una pianta che ci piacerebbe rendere resistente alla siccità.
L'altra ragione per osservare un certo numero di piante,
è che, almeno all'inizio,
volevo capire: fanno la stessa cosa?
Usano tutte lo stesso meccanismo
per essere capaci di perdere tutta l'acqua senza morire?
Quindi ho intrapreso quello che chiamiamo un approccio da "sistema biologico"
in modo da avere una comprensione totale
della tolleranza alla siccità,
nel quale osserviamo tutto
dal molecolare all'ecofisiologia dell'intera pianta.
Per esempio, osserviamo cose come cambiamenti nell'anatomia della pianta
mentre si seccano, e la loro ultrastruttura.
Osserviamo il transcrittoma, un termine che indica una tecnologia
nella quale osserviamo i geni
che sono accesi o spenti, in seguito all'essiccazione.
La maggior parte dei geni codificano le proteine,
perciò osserviamo il proteoma.
Quali sono le proteine create in risposta all'essiccazione?
Alcune proteine codificheranno enzimi che creano metaboliti,
quindi osserviamo il metaboloma.
Ora, questo è importante perché le piante sono attaccate al terreno.
Usano quello che io chiamo un arsenale chimico super concentrato
per proteggersi da tutti gli stress ambientali.
Quindi è importante studiare
i cambiamenti chimici coinvolti nell'essicazione.
E nell'ultimo studio fatto a livello molecolare,
guardiamo al lipidoma;
i lipidi cambiano in risposta all'essiccazione.
E ciò è importante
perchè tutte le membrane biologiche sono fatte di lipidi.
Sono utilizzati come membrane perché sono immersi in acqua.
Togli l'acqua, e queste membrane si sgretolano.
I lipidi inoltre fungono da segnali per catalizzare i geni.
A questo punto usiamo studi fisiologici e biochimici
per cercare di capire il ruolo degli ipotetici protettori
che abbiamo scoperto nei nostri altri studi.
Usiamo tutto ciò per cercare di capire
come la pianta affronta il suo ambiente naturale.
Ho sempre avuto l'idea che avessi bisogno di una comprensione globale
del meccanismo della tolleranza dell'essicazione
in modo da ricavarne una concreta proposta per un'applicazione biotecnologica.
Sono sicura che alcuni di voi stanno pensando
"Con l'applicazione biotica,
vuol dire che farà piante geneticamente modificate?"
E la risposta alla domanda è:
dipende dalla tua definizione di geneticamente modificato.
Tutte le colture che mangiamo, grano,riso e mais
sono altamente geneticamente modificate dai loro antenati
ma noi non li consideriamo GM
perché sono state prodotte in maniera convenzionale.
Se intendete, metto geni responsabili della resurrezione
all'interno di altre piante,
la vostra risposta sarà sì.
Nello spirito del tempo, abbiamo provato questo approccio.
Detto in maniera migliore, alcuni miei collaboratori all'UCT,
Jennifer Thomson, Suhali Rafudeen,
hanno testato in anteprima questo approccio
e fra poco vi mostrerò alcuni dati.
Ma stiamo per intraprendere un approccio estremamente ambizioso
nel quale cerchiamo di attivare un intero set di geni
che sono già presenti in tutte le colture.
Non sono mai stati attivati in condizioni di siccità estrema.
Lascio a voi decidere
se questi debbano essere chiamati GM o no.
Ora vi darò alcuni dati ottenuti con quest'approccio.
E per fare ciò
devo spiegare un pochino come funzionano i geni.
Probabilmente tutti sanno
che i geni sono fatti di DNA a doppia elica.
È pressato molto strettamente all'interno dei cromosomi
che sono presenti in tutte le cellule del vostro corpo o di una pianta.
Se voi srotolate questo DNA, otterrete i geni.
E ogni gene ha un promotore,
che è un solo interruttore,
la regione che codifica il gene,
e poi un termine,
che indica la fine del gene e l'inizio del prossimo.
Ora, i promotori non sono semplici interruttori.
Normalmente richiedono molti ritocchi,
molte parti devono essere presenti e corrette prima che il gene venga attivato.
Quindi ciò che si fa solitamente negli studi biotecnologici
è di usare un promotore ad induzione,
sappiamo come accenderli.
Lo accoppiamo a geni che ci interessano
e lo mettiamo dentro ad una pianta per vedere come risponde.
Nello studio di cui vi sto per parlare,
i miei collaboratori hanno usato un promotore innescato dalla siccità
che abbiamo trovato in una delle piante della risurrezione.
La cosa bella del promotore è che noi non facciamo niente.
La pianta stessa sente la siccità.
E l'abbiamo usato per guidare geni antiossidanti
da piante della risurrezione.
Perché geni antiossidanti?
Beh, tutti gli stress, e in particolare quelli dovuti alla siccità,
portano alla formazione di radicali liberi,
o specie reattive all'ossigeno
che provocano molti danni e possono portare alla morte della pianta.
Ciò che fanno gli antiossidanti è bloccare questi danni.
Qui ci sono alcuni dati di un ceppo di mais che viene usato molto in Africa:
a sinistra della freccia ci sono piante senza geni;
a destra,
piante con geni antiossidanti.
Dopo tre settimane senza annaffiarle,
quelle con i geni hanno fatto molto meglio.
Ora la parte finale.
La mia ricerca ha mostrato che c'è una forte somiglianza
nei meccanismi di tolleranza al disseccamento
nei semi e nelle piante della risurrezione.
Quindi io mi domando,
usano gli stessi geni?
O detto in altre parole,
le piante della resurrezione usano geni, evoluti
nei semi per tollerare il disseccamento,
nelle radici e nelle foglie?
Hanno cambiato scopo a questi geni
nelle radici e nelle foglie delle piante della risurrezione?
Ho risposto alla domanda,
come conseguenza di molte ricerche svolte dal mio gruppo,
e grazie alla collaborazione con il gruppo di Henk Hilhorst in Olanda,
Mel Oliver negli Stati Uniti
e Julia Buitink in Francia.
La risposta è sì,
c'è un nucleo di geni che sono coinvolti in entrambi.
E vi voglio mostrare questo nel mais,
dove il cromosoma sotto il pulsante off
rappresenta tutti i geni necessari per la tolleranza al disseccamento.
Così quando i semi del mais si seccano alla fine del loro periodo di sviluppo,
attivano questi geni.
Le piante della risurrezione attivano questi stessi geni
quando si seccano.
Tutte le moderne colture, perciò,
hanno questi geni nelle loro radici e nelle foglie,
ma non li attivano mai.
Li attivano solamente all'interno dei semi.
Quello che stiamo cercando di fare qui
è di capire i segnali ambientali e cellulari
che attivano questi geni nelle piante della risurrezione,
per imitare il processo nelle altre colture.
Un'ultima cosa:
quello che stiamo cercando di fare molto rapidamente
è di ripetere quello che la natura ha fatto nell'evoluzione
delle piante della risurrezione
circa tra i 10 e i 40 milioni di anni fa
Le mie piante ed io vi ringraziamo per la vostra attenzione.
(Applausi)