Le astuzie del Dna per adattarsi all’ambiente. Il caso dell’acino del Pinot Nero

La biomimetica è una parola che individua una disciplina moderna, basata sui risultati di 3,8 miliardi di anni di evoluzione che hanno consentito alle piante di affrontare con strategie, sostanze e dinamiche le condizioni ambientali più disparate. In poche parole, nelle piante, a causa della loro traiettoria evolutiva, si sono imposte soluzioni di sopravvivenza e adattamento che solo oggi con gli strumenti della biologia molecolare iniziamo a intuire. Un caso emblematico sono le VOCs (volatile organic compounds), miscele di sostanze organiche emesse dalle piante costituite da centinaia di molecole, che singolarmente sono inattive e che solo in combinazione tra loro esplicano un’azione di contrasto nei confronti di insetti o funghi e, in sinergia con altre specie, per reagire a stress ambientali come la siccità.

Più che al contrasto del patogeno, è necessario rivolgere l’attenzione alla pianta che lo ospita e alle reali possibilità di rafforzarla attraverso processi di induzione di resistenza. Anche le piante, come gli animali, imparano dalle loro esperienze e sono in grado di immunizzarsi: dopo l’infezione, possono diventare tolleranti alla malattia o ad altri fattori di stress. Esiste un legame molto forte tra epigenetica e biomimetica, in un rapporto tra causa ed effetto.

Risposte flessibili

Cosa è l’epigenetica? La parola dal significato poco noto significa letteralmente: la trasmissione di tratti e comportamenti senza cambiamenti nella sequenza genica. Come nei computer che usiamo tutti i giorni, esistono un hardware (che contiene le informazioni) e un software (che permette a quelle informazioni di essere utilizzate). Ogni vitigno possiede un hardware genetico di Dna privo di istruzioni per l’uso e, nel rapporto con l’ambiente nel quale vive il Dna, crea il software per il proprio funzionamento. Il Dna impara semplicemente vivendo.

Questi cambiamenti possono essere in parte ereditabili e sono dovuti a piccole molecole che interagiscono col Dna e che su di esso iscrivono il vissuto dell’organismo. “Su” di esso, “epi”-genetica, appunto. Oltre a essere il depositario dell’informazione a lungo termine, il Dna ha dunque memoria a breve termine, conserva traccia della propria esperienza. Lo scopo di questo straordinario meccanismo di gestione dell’informazione è quello di modulare in modo flessibile la risposta della pianta alle condizioni. A lungo si è creduto che il Dna potesse conoscere variazioni solo attraverso mutazioni lentissime a tramandarsi in base al principio della selezione darwiniana.

Il rapporto tra Dna e ambiente

Da poco tempo, sappiamo che il nostro Dna può essere influenzato dall’ambiente in cui viviamo. Non è, quindi, solo una questione ereditaria. In pratica l’epigenetica ha messo sottosopra le nostre certezze. Si è, infatti, scoperto che le radici delle piante possono far modificare la fisiologia della pianta reagendo a eventi che si producono nelle vicinanze, quali le aggressioni di parassiti e le molecole che sono prodotte regolano l’espressione di alcuni geni della parte aerea, inibendoli o attivandoli. Fondamentali sono, a questo proposito, i segnali emessi dalle radici nel controllo dell’equilibrio idrico della parte aerea.

I vitigni sono propagati per via vegetativa e questa modalità consente di mantenere costanti nel tempo le loro caratteristiche peculiari. Una popolazione varietale non è però uniforme nelle sue manifestazioni fenotipiche e gli individui che la compongono presentano delle differenze significative, come per il colore delle bacche per i pinot o nella forma e dimensioni del grappolo. Questa instabilità genetica origina mutanti che vengono selezionati dall’uomo e, una volta moltiplicati, diventano cloni.

Mutazione genetica e modifica epigenetica: le differenze

Ma qual è la differenza tra una mutazione genetica e una modifica epigenetica? La mutazione è il cambiamento permanente della sequenza di lettere chimiche che, nel loro insieme, costituiscono il filo del Dna e dell’informazione (come per esempio il vitigno pinot grigio che si origina dal pinot nero, per una modifica strutturale nella sequenza delle basi del Dna che codificano il colore delle bacche); l’epigenetica, invece, comprende tutta una serie di “astuzie” che il Dna mette in atto per rispondere in maniera proattiva all’ambiente (senza modificare in maniera stabile la propria struttura, come avviene nella mutazione).

Il risultato è apparentemente identico: certi geni, perché mutati o perché controllati da meccanismi epigenetici, smettono di essere utilizzati (è il caso del colore dell’acino di pinot) oppure vengono utilizzati più di prima. La differenza sta nel fatto che la mutazione è un processo casuale, lungo e irreversibile, non stimolato dall’ambiente (è la selezione della mutazione da parte dell’uomo, il suo perpetuarsi nelle generazioni successive, a esserlo). La modifica epigenetica, invece, è veloce, reversibile e risponde direttamente all’ambiente in cui la pianta vive.

Geni che si spengono e che si accendono

Lo scopo di questo straordinario meccanismo di gestione dell’informazione è quello di modulare, in modo flessibile, la risposta della pianta alle condizioni dell’ambiente. Le piante, essendo organismi immobili devono essere capaci di strategie di risposta, rapide ed efficienti di fronte a cambiamenti ambientali e aggressioni dei patogeni. Considerato che la metilazione del Dna rappresenta un meccanismo fondamentale di modulazione dell’espressione genica, le piante spesso la utilizzano come strategia di adattamento e di risposta a condizioni di stress attraverso regolazioni epigenetiche. Questa modulazione nell’espressione di alcuni caratteri come conseguenza a stimoli esterni è determinata dallo “spegnimento” o dalla “accensione” dei geni coinvolti nei vari processi di sintesi.

Ecco, quindi, che le ipotesi darwiniane sull’evoluzione della specie legate alle mutazioni, si integrano con quelle lamarckiane della conservazione e della trasmissione delle differenze genetiche. Per la viticoltura, con queste conoscenze, si aprono nuove prospettive nello svelamento dei “misteri” responsabili della qualità di un vino.

Il professor Attilio Scienza è il coordinatore scientifico del Corso di Alta formazione
Il vino del futuro del Gambero Rosso