Risposte biochimiche e fisiologiche allo stress idrico in vite (Vitis vinifera L.)

Benché la vite sia una pianta che mostra un buon grado di resistenza alla siccità, questo effetto potrebbe ripercuotersi negativamente sulla produttività e sull'estensione degli areali idonei alla viticoltura.
Tutta la viticoltura presente nell’area Mediterranea utilizza pochi portainnesti che non sono stati selezionati per rispondere a condizioni di stress idrico; in questo contesto, la selezione di nuovi portainnesti appare prioritaria. Una maggiore comprensione delle conoscenze delle risposte biochimiche e fisiologiche evocate dalla carenza idrica in vite è presupposto essenziale per l’individuazione di markers di selezione.

L'obiettivo di questo lavoro è stato inizialmente quello di creare un protocollo sperimentale in condizioni controllate per lo studio dello stress idrico e successivamente quello di valutare in foglie e radici alcune risposte a livello biochimico e fisiologico. Dopo un’iniziale valutazione dello stato idrico della pianta e delle performances fotosintetiche, la ricerca ha focalizzato l’attenzione sulle risposte a livello radicale. Le recente letteratura evidenzia infatti il ruolo centrale di quest’organo, ma ulteriori studi sono necessari per chiarire i diversi aspetti molecolari coinvolti nella risposta allo stress idrico. Lo studio è stato condotto sul portainnesto commerciale 101-14, noto per la sua suscettibilità allo stress idrico.
Lo schema sperimentale, della durata totale di 10 giorni, ha previsto due condizioni: il controllo, in cui le piante erano allevate in un suolo in cui il contenuto idrico era all’80% della capacità di campo e il trattamento, in cui la disponibilità idrica era progressivamente ridotta, fino a raggiungere il 30% della capacità di campo.

Nella prima fase sono stati valutati gli effetti sul tasso di crescita dei germogli (espansione fogliare e allungamento degli internodi), sull’attività fotosintetica (An, assimilazione della CO2), sulla traspirazione (gs) e sul potenziale idrico fogliare. I risultati ottenuti evidenziavano come la minore disponibilità idrica inducesse un’inibizione sia della crescita sia delle attività foto-traspirazionali.
La ricerca è quindi proseguita valutando in radici e foglie di piante campionate al tempo finale la concentrazione degli osmoliti. I risultati evidenziavano come in entrambi gli organi vi fosse un loro aumento in condizioni di stress idrico, con un incremento del 34% e del 70%, rispettivamente nelle foglie e nelle radici. La valutazione dei livelli di zuccheri totali ed amminoacidi confermava questo risultato.
In condizioni di stress idrico, la concentrazione nelle radici delle proteine totali quando riferite al peso fresco risultava fortemente diminuita, suggerendo che in queste condizioni prevalessero radici più vecchie, notoriamente con un contenuto in proteine molto più basso. Questo risultato era in accordo con una minore crescita radicale.

L’ultima parte del lavoro è stata finalizzata ad una caratterizzazione della proteomica radicale. Valutata l’impossibilità di poter utilizzare tecniche di elettroforesi bidimensionale o analisi diretta in nHPLC-MS/MS, si è proceduto ottimizzando una tecnica innovativa.
Le proteine, dopo essere state estratte dai campioni del controllo e del trattato, venivano separate tramite elettroforesi monodimensionale (SDS-PAGE) in cui, in base alla differente massa molecolare, erano definiti 15 intervalli. Le proteine prelevate dalle bande, dopo la digestione con tripsina, venivano analizzate con nHPLC- Q-TOF e identificate e quantificate con il software "Spectrum Mill MS Proteomics Workbench" utilizzando il database di Vitis vinifera contenente 77503 entries. L’analisi permetteva l'identificazione complessiva di 1340 proteine; dal confronto tra il profilo proteico del trattato con quello del controllo emergeva che circa 35% delle proteine cambiavano la propria abbondanza in risposta allo stress idrico.

Tra le proteine identificate, l’attenzione era focalizzata su un gruppo che risultava particolarmente interessante per il loro possibile ruolo nella risposta allo stress idrico. In particolare, alcune di esse erano enzimi coinvolti nel metabolismo del saccarosio, tipico osmolita accumulato in risposta alla carenza idrica. Alcune proteine risultavano essere enzimi coinvolti nella sintesi di altri carboidrati, quali xilosio e galattosio, o di altri metaboliti, quale le betaine. Altre proteine erano tipici enzimi di risposta allo stress ossidativo o proteine evocate da stress abiotici. Quest’ultimo risultato potrebbe essere legato alla maggiore vulnerabilità del tessuto in queste condizioni, ovvero suggerire un meccanismo d’induzione di questa classe di proteine almeno in parte comune con quello attivo in risposta allo stress oggetto dello studio.