Le interazioni ecologiche influenzano la bioattività delle piante medicinali

Jun 19, 2023

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 12165 (2023) Citare questo articolo

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Gli oli essenziali prodotti dalle piante medicinali possiedono importanti proprietà bioattive (antibatteriche, antiossidanti) di alto valore per la società umana. L'impollinazione e gli erbivori possono modificare le difese chimiche delle piante e quindi possono influenzare la bioattività degli oli essenziali. Tuttavia, l’effetto delle interazioni ecologiche sulla bioattività delle piante non è stato ancora valutato. Abbiamo testato l’ipotesi che l’impollinazione incrociata e la simulazione di erbivori modifichino la composizione chimica degli oli essenziali, migliorando le proprietà bioattive della pianta medicinale Lepechinia floribunda (Lamiaceae). Attraverso esperimenti controllati, abbiamo dimostrato che gli oli essenziali della progenie vegetale incrociata avevano una maggiore abbondanza relativa di terpeni ossigenati e quasi raddoppiavano l'effetto batteriostatico sullo Staphylococcus aureus, rispetto alla progenie inbred (cioè, progenie prodotta in assenza di impollinatori). Gli erbivori hanno influenzato negativamente e positivamente la produzione di composti rari rispettivamente nelle piante consanguinee e incrociate, ma i suoi effetti sulla bioattività rimangono ancora sconosciuti. Mostriamo per la prima volta che mediando l’impollinazione incrociata (servizio ecosistemico indiretto), gli impollinatori possono migliorare i servizi ecosistemici legati all’attività biologica degli oli essenziali delle piante. Sottolineiamo l'importanza della componente qualitativa dell'impollinazione (self, cross); un aspetto solitamente trascurato negli studi sui servizi di impollinazione.

Le angiosperme sono il nucleo della maggior parte delle reti di interazione mutualistica e antagonista terrestre1. Molte specie di angiosperme stabiliscono interazioni mutualistiche con funghi micorrizici e impollinatori, che consentono loro rispettivamente di ottenere specifici nutrienti del suolo e la riproduzione sessuale. Allo stesso modo, le piante stabiliscono anche interazioni antagoniste con erbivori e microrganismi dannosi, che di solito influiscono negativamente sulla salute delle piante1. È interessante notare che le interazioni delle piante con organismi diversi come funghi, batteri, animali e altre piante sono segnalate da metaboliti secondari come i terpeni, che sono i componenti principali degli oli essenziali delle piante1,2,3. Le funzioni ecologiche dei terpeni includono la difesa contro agenti patogeni ed erbivori, nonché attrattivi e ricompense per organismi benefici come funghi micorrizici e impollinatori4,5. Dato che i terpeni sono altamente bioattivi6, gli oli essenziali sono stati ampiamente utilizzati dagli esseri umani nelle cerimonie culturali e come risorse medicinali, farmaceutiche, agronomiche, cosmetiche e alimentari3,7,8,9. Pertanto, gli oli essenziali delle piante rappresentano i benefici che gli esseri umani ottengono dalla natura (servizi ecosistemici) e la loro bioattività può essere modellata dalle interazioni ecologiche. La produzione e la composizione degli oli essenziali delle piante sono molto variabili a causa di fattori intrinseci ed estrinseci. Intrinsecamente, le piante possono modificare la composizione chimica e l'abbondanza dei loro oli essenziali a seconda del loro stadio ontogenetico e fenologico e del tipo di organo (fiore, foglia) in cui vengono prodotti10. Inoltre, sia i fattori abiotici estrinseci (ad esempio, luce, umidità, disponibilità di nutrienti)2,9, sia i fattori biotici (ad esempio, interazioni mutualistiche e antagoniste) possono influenzare il profilo chimico della pianta2,11,12,13.

L'attività erbivora è un'interazione antagonista che viene solitamente considerata un disservizio dell'ecosistema poiché riduce la resa dei raccolti e favorisce la trasmissione di malattie15. Tuttavia, gli erbivori innescano cambiamenti nella composizione chimica delle piante. Le piante producono due tipi di difese chimiche: le difese costitutive sono quelle prodotte continuamente, mentre le difese inducibili sono quelle prodotte dopo un danno meccanico e/o erbivoro6. Pertanto, dopo l'erbivori, le piante possono produrre alcuni gruppi composti inducibili che aumentano la loro protezione contro gli erbivori e gli agenti patogeni trasmessi dagli erbivori (difese inducibili; es.,16,17). Pertanto, un certo livello di erbivori può essere utile per migliorare l’attività biologica degli oli essenziali contro altri organismi come insetti e microbi (bioattività). Allo stesso modo, la qualità dell'impollinazione (cioè l'impollinazione incrociata o l'autoimpollinazione) può influenzare le difese chimiche costitutive e inducibili della pianta prodotte dopo gli erbivori. Gli effetti della qualità dell'impollinazione sul profilo chimico delle piante dipenderanno dal sistema di accoppiamento della pianta. In effetti, soprattutto le specie di piante da incrocio e da accoppiamento misto hanno una maggiore probabilità di subire una depressione da consanguineità (meno forma fisica) dopo l'autoimpollinazione rispetto alle piante autoimpollinate. È stato dimostrato che le piante consanguinee (originate dall'autoimpollinazione) sperimentano una maggiore erbivorietà e una maggiore incidenza di malattie rispetto alle piante incrociate (originate dall'impollinazione incrociata)18,19. Precedenti studi chimici supportano questa idea, poiché le piante prodotte dall'autofecondazione avevano una ridotta espressione delle difese costitutive e una minore capacità di aumentare le difese chimiche in seguito al danno rispetto alle piante prodotte dall'outcrossing13,20. In particolare, nelle piante impollinate da animali, l'impollinazione incrociata è effettuata principalmente da impollinatori, mentre l'autoimpollinazione può essere fattibile da entrambi, con (autoimpollinazione mediata dall'impollinatore) e senza impollinatori (autoimpollinazione). Pertanto, l’impollinazione incrociata mediata dagli impollinatori può migliorare la bioattività degli oli essenziali. Inoltre, entrambe le interazioni, impollinazione ed erbivori, possono avere effetti sinergici sulla bioattività delle piante.