Il ciclo di Calvin-Benson è uno dei cicli biochimici più importanti per la vita sulla Terra. Si ritiene che esso sia autosufficiente in quanto rigenera il proprio substrato. Il lavoro pubblicato di recente su New Phytologist mette in discussione questa visione classica. Gli autori, nell’ambito di una collaborazione fra l’Università di Umeå, in Svezia e l’IRET, hanno analizzato gli isotopi dell'idrogeno nell'amido di foglie di girasole esposte a concentrazioni di CO2 pre-industriale, corrente e futura, e hanno riportato prove coerenti con il flusso di carbonio attraverso la via ossidativa del pentoso fosfato. Il percorso, apparentemente, reintegra gli intermedi del ciclo Calvin-Benson in determinate condizioni ambientali. Poiché il percorso prevede il rilascio di anidride carbonica, è prevedibile che influisca sulla funzione delle piante e sullo scambio di carbonio biosfera-atmosfera.
Gli autori dello studio hanno analizzato l'abbondanza degli isotopi di idrogeno nell'amido di foglie di girasole. Per acquisire misurazioni alla massima risoluzione possibile, hanno applicato un protocollo basato sulla spettroscopia di risonanza magnetica nucleare all'avanguardia. "Il nostro approccio sperimentale fornisce dati a livello delle singole posizioni dell'idrogeno all'interno dei monomeri di glucosio dell'amido, a differenza delle tecniche convenzionali che producono una misurazione media per l'intera molecola di amido" dice Jürgen Schleucher. I ricercatori hanno scoperto segnali isotopici coerenti con il flusso di carbonio attraverso la cosiddetta via ossidativa del pentoso fosfato. “Questa via sintetizza il ribulosio 5-fosfato (Ru5P), il precursore del substrato del ciclo di Calvin-Benson, RuBP” spiega Angela Augusti. Apparentemente, gli input di Ru5P aumentano in modo significativo con la diminuzione delle concentrazioni di CO2 all'interno delle foglie, una condizione spesso osservata durante situazioni di carenza idrica. “I nostri risultati suggeriscono che il ciclo di Calvin-Benson non è del tutto autosufficiente rispetto al suo substrato. Questo contrasta con ciò che è accreditato dalla maggior parte degli scienziati” dice Thomas Wieloch. "Il motivo per cui le piante attiverebbero un percorso che rilascia CO2 in condizioni in cui gli input di CO2 sono già bassi è sicuramente una delle domande più interessanti risultanti dal nostro lavoro" continua Wieloch. Gli autori ipotizzano che questo aggiustamento metabolico possa supportare l'assimilazione dell'azoto che coinvolge la fotorespirazione (che è più attiva a basse concentrazioni di CO2). Osservando il metabolismo delle piante da una prospettiva più ampia, un passaggio dall'assimilazione del carbonio all'azoto in condizioni limitate di carbonio potrebbe avere senso nel contesto delle prestazioni a lungo termine delle piante.
Thomas Wieloch, Angela Augusti, Jürgen Schleucher (2022). Anaplerotic flux into the Calvin-Benson cycle. Hydrogen isotope evidence for in vivo occurrence in C3 metabolism. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.17957
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