La scienza delle piante è il termine dato a una serie di ricerche e studi scientifici che esplorano le circa 410.000 specie di piante terrestri presenti sulla terra.

La scienza delle piante comprende la ‘Botanica’ dalla parola greca βοτάνη (botanē) che significa pascolo o foraggio, in quanto comporta l’osservazione della crescita e delle caratteristiche delle piante e l’indagine sulla relazione tra le piante e il loro ambiente. Ma è anche molto, molto di più…

L’enorme diversità di ricerca coperta sotto il termine ombrello ‘scienza delle piante’, è ben rappresentata al John Innes Centre.

Per esempio il laboratorio del professor Enrico Coen studia come piccoli gruppi di cellule in germogli microscopici si trasformano nelle diverse forme di fiori e foglie che vediamo intorno a noi.

Mentre il gruppo del professor Ray Dixon si concentra su come le piante rispondono agli stimoli ambientali a livello molecolare, per cercare di capire il processo di fissazione biologica dell’azoto nei batteri e la sua regolazione.

La biochimica e il metabolismo primario delle piante, comprese le sostanze chimiche e le molecole prodotte da esse, e l’interazione delle piante con parassiti e malattie sono tutte importanti aree di ricerca.

La professoressa Sarah O’Connor ha pubblicato un ampio lavoro sulla biosintesi di sostanze chimiche complesse da parte delle piante che possono essere molto difficili da produrre in laboratorio. Come tale, il potenziale di utilizzare le piante come fabbriche potrebbe essere molto prezioso. Dopo tutto, le piante già eccellono nella produzione di sostanze chimiche complesse, per esempio la pervinca del Madagascar, produce vinblastina e vincristina, entrambe utilizzate come farmaci anti-cancro. È impossibile produrre queste molecole in un laboratorio convenzionale, ma potrebbe essere possibile sfruttare il potere delle piante per produrre questi farmaci salvavita più velocemente e più economicamente in futuro.

Tradizionalmente la ‘Botanica’ includeva anche lo studio dei funghi e delle alghe, entrambi i quali rimangono oggetto di ricerca al John Innes Centre.

Il laboratorio del professor Barrie Wilkinson, per esempio, ricerca la scoperta e la biosintesi di prodotti naturali microbici, compresi quelli prodotti da batteri e funghi, entrambi i quali sono una fonte importante di prodotti farmaceutici per il trattamento di malattie pericolose per la vita.

Per completare questo, il dottor Martin Rezjek sta lavorando su un metodo economico, sicuro ed efficace per affrontare le fioriture algali dannose.

Genetica vegetale

Nel 21° secolo un numero crescente di scienziati vegetali sta lavorando per comprendere la genetica delle piante.

Molte specie hanno avuto il loro intero genoma sequenziato, e i dati sono stati condivisi e usati per capire come la genetica delle colture può permettere lo sviluppo di nuove varietà che sono più tolleranti al cambiamento climatico o più nutrienti per il consumo umano.

La prima pianta ad avere il suo intero genoma mappato è stata la ‘erbaccia non tanto umile’, la ‘pianta modello’, Arabidopsis thaliana (thale cress). Questo è stato realizzato da un team di ricerca internazionale di oltre 200 scienziati, provenienti da 35 laboratori. Il nostro professor Mike Bevan ha supervisionato il coordinamento del sequenziamento del cromosoma 4.

Al John Innes Centre miriamo ad aumentare la comprensione della genetica e della biologia delle piante e a sfruttare la biodiversità vegetale per migliorare le prestazioni delle colture in modo sostenibile.

Nel 2018, lavorando in collaborazione con i colleghi dell’Earlham Institute, The Sainsbury Laboratory e l’European Bioinformatics Institute, siamo stati in grado di pubblicare le analisi della sequenza del DNA più accurate e complete del genoma del grano notoriamente complesso fino ad oggi.

Nel frattempo, la dottoressa Judith Irwin, lavorando con la professoressa Caroline Dean, ha tradotto la nostra comprensione di come le piante controllano e regolano il tempo di fioritura dalla ricerca fondamentale utilizzando l’Arabidopsis, per consentire il controllo della fioritura nella pianta del broccolo, e usare questa conoscenza per sviluppare un nuovo broccolo a crescita rapida.

Tecnologia genetica

La modifica genetica e il gene editing sono tecniche usate dagli scienziati vegetali per alterare le caratteristiche o i tratti delle piante cambiando il loro DNA.

Queste tecnologie possono inibire l’espressione di tratti dannosi o introdurre nuove caratteristiche che sono di beneficio, e lavorano per gli stessi obiettivi del tradizionale miglioramento delle piante ma in modo più controllato e veloce.

Dipendiamo dalle piante per il cibo, e questo significa che i cambiamenti ambientali, compresi quelli climatici, hanno conseguenze importanti per l’umanità.

La comprensione e la conservazione della biodiversità vegetale sono fondamentali per la protezione del nostro approvvigionamento alimentare e per salvare specie iconiche come il frassino (Fraxinus excelsior).

Comprendere l’impatto dell’ambiente sulle piante e i loro geni, e lavorare sulla progettazione del grano futuro sono al centro di due dei programmi strategici del John Innes Centre.

Scienza delle piante al John Innes Centre

La nostra storia nella scienza delle piante risale all’inizio del XX secolo e alla morte dell’imprenditore immobiliare e filantropo londinese John Innes (1829-1904).

L’ultimo testamento di Innes prevedeva che la maggior parte della sua fortuna fosse utilizzata per fondare una scuola di orticoltura o un museo locale e una galleria d’arte.

Per decidere il destino dell’eredità fu costituita un’associazione benefica, la John Innes Charity (ora chiamata John Innes Foundation). Dopo la sua creazione, la Charity tenne lunghi negoziati con il Board of Agriculture, il Board of Education e i Charity Commissioners, che alla fine accettarono di fondare un nuovo istituto.

Il John Innes Horticultural Institute sarebbe stato una scuola di formazione avanzata per giardinieri, una stazione di ricerca sull’allevamento di frutta e un’istituzione per “esperimenti e ricerche orticole con particolare attenzione alla genetica delle piante”.

Oltre 100 anni dopo il John Innes Centre è riconosciuto a livello internazionale come leader mondiale nella genetica, nella ricerca microbica e nella scienza delle piante.