Le piante vivono in ambienti in costante cambiamento che sono generalmente sfavorevoli o stressanti per la crescita e lo sviluppo. I fattori ambientali stressanti possono essere biotici o abiotici. Gli stress abiotici comprendono principalmente siccità, salinità, temperature estreme, carenze di nutrienti, stress da metalli pesanti e radiazioni ultraviolette, e costituiscono una costante minaccia per la produttività agricola. Pertanto, aumentare la resistenza allo stress delle piante è fondamentale per l’agricoltura. Di recente, oltre alla delucidazione dei meccanismi di trasduzione del segnale alla base delle risposte allo stress abiotico, un numero crescente di studi ha mostrato una partecipazione importante dei meccanismi epigenetici nella risposta delle piante agli stress abiotici. Un buon esempio di regolazione epigenetica nella risposta delle piante all’ambiente è il vasto coinvolgimento delle evidenze che si osservano nella vernalizzazione, un processo in cui le piante subiscono un’esposizione prolungata a bassa temperatura in inverno per fiorire in primavera. Questa serie di meccanismi partecipano alla regolazione dei geni sensibili allo stress a livello trascrizionale e post-trascrizionale alterando lo stato della cromatina (sostanza presente nel nucleo) dei geni. I trattamenti antistress possono causare cambiamenti nelle modificazioni della cromatina. Inoltre, i meccanismi epigenetici svolgono ruoli vitali nella formazione della memoria dello stress, che può essere ereditata dalla progenie delle piante trattate, pertanto, decifrare i codici epigenetici delle risposte allo stress delle piante potrebbe essere di grande importanza per l’allevamento di colture resistenti.

Regolamento epigenetico durante la risposta di stress da temperature estreme

La temperatura influenza notevolmente la crescita e lo sviluppo delle piante. A causa dei cambiamenti climatici, gli stress da caldo e freddo sono diventati una grande sfida per la produttività delle colture. Lo stress da freddo ha una grande influenza sul metabolismo delle piante, inclusa l’inibizione degli enzimi metabolici. Recenti studi hanno dimostrato come si possa intervenire per stimolare le risposte a questi stress, osservando come alcune piante in natura riescono a rispondere in maniera efficiente e preservare le funzioni vitali. Per quanto riguarda lo stress da calore è stato evidenziato come una disponibilità di determinati nutrienti, stimola la produzione di proteine di shock termico (HSP), le quali svolgono un ruolo chiave nel conferire tolleranza al calore.

Stress da salinità e siccità

L’elevata salinità, che provoca tossicità ionica (principalmente quella di Na ⁺ ), stress iperosmotico e stress secondari come danni ossidativi, inibisce la crescita e lo sviluppo delle piante e rappresenta una sfida diffusa per l’agricoltura nel mondo. Rappresenta un forte fattore limitante che può essere regolato con una attenta analisi dei fattori determinanti in un preciso ambiente di coltivazione.

Per quanto riguarda l’esposizione delle colture a siccità, la risposta della pianta a tale stress coinvolge direttamente la sintesi del fitormone ABA il quale è in grado di indurre resistenza. L’acido abscissico svolge un ruolo cruciale nella regolazione delle risposte allo stress nelle piante. Molteplici stress ambientali, come la siccità e l’elevata salinità, inducono la biogenesi dell’ABA, che controlla molti importanti processi biologici come la germinazione dei semi, la chiusura stomatica e la crescita delle radici.

Stress nutrizionali

Il corretto assorbimento dei nutrienti è fondamentale per la crescita e lo sviluppo delle piante. Le piante hanno sviluppato sofisticati meccanismi di adattamento alla disponibilità fluttuante di nutrienti nel suolo. Ad oggi, la maggior parte degli studi sulla regolazione epigenetica nelle risposte delle piante agli stress nutrizionali si sono concentrati sulla metilazione dell’istone, sulle varianti dell’istone e sulla metilazione del DNA. 

Negli ambienti naturali, di solito è inevitabile che le piante sperimentino condizioni ambientali sfavorevoli. In una certa misura, le piante possono conservare le informazioni sulla risposta allo stress per almeno alcuni geni specifici che rispondono allo stress dopo lo stress precedente per un certo periodo di tempo per garantire che possano adattarsi più rapidamente alla stessa avversità. Questo tipo di azione impiegato dalle piante che affrontano stress ricorrenti è stato chiamato stress priming. Essendo esposti a condizioni in continua evoluzione in natura, le piante devono apportare una varietà di cambiamenti per adattarsi al loro ambiente, ed è evidente come si possa intervenire per indurre la pianta ad attivare i meccanismi che abbiamo elencato per adattarsi ai cambiamenti durante il ciclo colturale.

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