Gli avocado cambiano sesso ogni giorno: descritto il meccanismo riproduttivo del fiore

A prima vista i fiori dell'avocado sembrano piuttosto ordinari: piccoli, giallini e poco appariscenti; eppure nascondono una strategia riproduttiva davvero sorprendente. Nel corso della stessa giornata, infatti, ogni fiore passa da una fase femminile a una maschile mentre altri, contemporaneamente, sono prima maschili e poi femminili. Per decenni i botanici hanno osservato questo comportamento senza comprenderlo pienamente, ma oggi, grazie a un nuovo studio pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, i ricercatori hanno finalmente individuato il meccanismo molecolare che governa questo "cambio di sesso" quotidiano, evolutosi quasi 42 milioni di anni fa. La risposta sembra essere nascosta nel dialogo continuo tra centinaia di geni e l’ambiente.

La riproduzione degli avocado e gli studi di Stout

I fiori dell'avocado sono ermafroditi, ciò vuol dire che possiedono contemporaneamente sia organi femminili (pistillo) che maschili (stami). Tuttavia, per ridurre il rischio di autofecondazione, questi organi non sono fertili nello stesso momento. Questo fenomeno è noto come dicogamia sincronizzata, una strategia che separa nel tempo la fase femminile da quella maschile. Ma attenzione, è importante precisare che il fiore non cambia sesso nel senso anatomico del termine: cambia quale parte dell'apparato riproduttivo è funzionalmente attiva.

Come fa? In sintesi, il meccanismo funziona così: durante la prima apertura, il fiore funziona esclusivamente come femmina. Qui lo stigma è ricettivo e può accogliere il polline trasportato dagli insetti, mentre gli stami rimangono inattivi. Dopo alcune ore il fiore si richiude in attesa della seconda apertura, che avviene generalmente il giorno successivo: ora il fiore sarà passato alla fase maschile in cui gli stami rilasciano il polline, momento nel quale lo stigma non è più ricettivo. Terminata questa seconda fase, il fiore appassisce.

Questo comportamento venne descritto in modo sistematico già nel 1927 dal botanico statunitense Albert Blakeslee Stout del New York Botanical Garden che, attraverso anni di osservazioni sul campo, documentò come ogni fiore si apra due volte nell'arco di circa due giorni, alternandosi. Stout intuì che questa particolare organizzazione temporale favorisse l'impollinazione incrociata tra individui diversi – aumentando quella che oggi chiameremmo variabilità genetica della specie – tuttavia mancavano i fondamenti della genetica moderna. Solo oggi, grazie alle innovazioni in campo genetico, siamo di fronte a una spiegazione di questo fenomeno.

Ermafroditismo sincronizzato: varietà di tipo A e tipo B

Come fa la pianta a sincronizzare con tale precisione il comportamento di migliaia di fiori presenti sullo stesso albero? Per orchestrare la moltitudine di fattori in gioco gli avocado si sono evoluti separandosi in due grandi gruppi, chiamati tipo A e tipo B.

Nelle cultivar di tipo A i fiori si aprono la mattina nella fase femminile e si riaprono il pomeriggio del giorno successivo nella fase maschile.
Nelle cultivar di tipo B, invece, accade il contrario: la prima apertura femminile avviene nel pomeriggio, mentre la seconda apertura maschile si verifica la mattina successiva.

Questa alternanza fa sì che, nelle condizioni ambientali ideali, i fiori femminili di un gruppo coincidano temporalmente con quelli maschili dell'altro. Di conseguenza il polline può essere trasferito con maggiore efficienza dagli insetti, soprattutto dalle api, aumentando le probabilità di fecondazione; per questo motivo molti frutteti coltivano insieme varietà appartenenti ai due gruppi. Sebbene un singolo albero possa produrre frutti anche da solo, la presenza contemporanea di cultivar A e B migliora generalmente la produzione, perché favorisce l'impollinazione incrociata e diminuisce l’autoimpollinazione, incrementando la variabilità genetica.
Il sistema, però, non è così rigido. Temperatura, umidità, intensità luminosa e condizioni meteorologiche possono modificare gli orari di apertura dei fiori. Nelle giornate fredde o nuvolose, ad esempio, il ritmo può rallentare o perdere parte della sincronizzazione.

Se volessimo vederla con occhi diversi, potremmo immaginare il fiore come un teatro in cui gli attori (pistillo e stami) sono già presenti in scena da quando il fiore si forma e sboccia. I nostri protagonisti non si muovono, non se ne vanno né compaiono all’occorrenza, piuttosto attendono il proprio turno sotto il riflettore seguendo un ritmo pulsante. Così, al mattino alcuni geni vengono “accesi” e altri “spenti”, rendendo attivo il pistillo o gli stami senza realmente cambiare l'anatomia dell’apparato riproduttivo. Ma chi dirige questo cambio?

Cosa ha scoperto il nuovo studio pubblicato su PNAS

L’intuizione c’era, ma ci abbiamo messo quasi cento anni per risolvere questo enigma: quale meccanismo biologico controlla il continuo alternarsi della funzione femminile e maschile? Per rispondere a questa domanda, un gruppo internazionale di ricercatori guidato da Jeffrey Groh, studente di dottorato alla UC Davis e borsista alla UC Berkeley, ha analizzato l'attività di migliaia di geni durante le diverse fasi di apertura del fiore dimostrando una cooperazione tra più fattori. In particolare l’azione mirata di un gene già noto, chiamato SDMYB, contribuisce nella definizione delle tempistiche di apertura e chiusura del fiore.

I risultati dello studio hanno evidenziato profonde variazioni nell'espressione di geni coinvolti nella percezione della luce, nei ritmi circadiani, nella produzione di fitormoni (metaboliti vegetali regolatori tra cui auxine, giberelline e citochinine) e nello sviluppo degli organi fiorali. In particolare, i ricercatori hanno osservato che il cosiddetto orologio circadiano, il sistema biologico che permette alle piante di sincronizzarsi con l'alternanza tra giorno e notte, coordina l'attivazione delle reti genetiche responsabili delle due fasi riproduttive. Seguendo i ritmi del Sole e l’ambiente, i fiori sembrano seguire programmi molecolari distinti che rendono prima ricettivo lo stigma e successivamente maturi gli stami. Non si tratta quindi di un semplice cambiamento strutturale, ma di una precisa regolazione dell'attività genica controllata dal tempo. Questo potrebbe spiegare anche come i diversi orari osservati nelle cultivar di tipo A e B derivino da differenti modalità di regolazione di questi stessi circuiti molecolari, piuttosto che da geni completamente diversi.

Perché si è evoluto questo sistema?

Non esiste una risposta univoca ma le ipotesi portano a ragionare su un compromesso fra due esigenze fondamentali.
Da un lato, mantenere entrambi gli organi nello stesso fiore consente di risparmiare risorse rispetto alla produzione di fiori completamente separati. Dall'altro, evitare che stigma e antere siano fertili contemporaneamente riduce la probabilità di autofecondazione, limitando i fenomeni di depressione da inincrocio (tra parenti stretti, consanguinei o lo stesso individuo ermafrodita) e favorendo il rimescolamento genetico. Aumentare la probabilità che il polline venga trasferito tra individui geneticamente differenti migliora la resilienza delle popolazioni nei confronti di malattie, parassiti e cambiamenti ambientali.

Origine ed evoluzione del tratto nelle Lauraceae

L'avocado appartiene alla famiglia delle Lauraceae, un gruppo che comprende circa 3.000 specie distribuite prevalentemente nelle regioni tropicali e subtropicali tra cui la cannella (Cinnamomum verum), il canforo (Cinnamomum camphora) e l’alloro (Laurus nobilis). Ma non tutte queste specie hanno gli stessi meccanismi riproduttivi. Oltre all’ermafroditismo “tradizionale” sono presenti altre forme di dicogamia, di dioecia e ad altre strategie che separano nel tempo o nello spazio le funzioni maschili da quelle femminili, suggerendo che i meccanismi regolatori coinvolti si siano evoluti più volte nel corso della storia evolutiva del gruppo.

Nel caso dell’avocado i ricercatori ipotizzano che l'evoluzione possa aver "riutilizzato" reti genetiche già presenti senza dover creare percorsi ex novo. Oltre a suggerire ciò, questi risultati offrono nuovi strumenti per comprendere l'evoluzione delle piante da fiore e potrebbero contribuire, in futuro, a migliorare la gestione delle coltivazioni di avocado in un contesto climatico che cambia a vista d’occhio, così come la domanda alimentare. Considerato che, in precedenza, bisognava aspettare fino a 10-15 anni per la prima fioritura, oggi la determinazione del tipo (A o B) tramite marcatori genetici può essere davvero una rivoluzione per coltivatori, vivaisti, botanici e scienziati di tutto il mondo.

non perderti questo video

Perché l’avocado annerisce dopo averlo aperto e come evitarlo con una corretta conservazione