L’avocado cambia sesso ogni giorno grazie a un gene

Frutti di avocado (Pixabay)

Per una pianta di avocado (Persea americana) la riproduzione è una questione di tempismo. Infatti i suoi fiori sono ermafroditi perché contengono sia organi maschili sia femminili, ma questi non sono attivi contemporaneamente: nell’arco di una giornata si alternano. Una ricerca pubblicata di recente su Proceedings of the National Academy of Sciences ha individuato un gene che controlla questo singolare meccanismo, rimasto in gran parte un mistero per quasi un secolo.

Nei fiori dell’avocado le parti riproduttive femminili e maschili sono attive e ricettive in momenti distinti della giornata. Quando il fiore si apre in una prima fase, è femminile e può ricevere il polline. In seguito si chiude e poi si riapre nella fase maschile, quando produce e rilascia il polline. Ma ci sono diverse varietà di avocado che seguono un ritmo di apertura e chiusura differente.

Le piante cosiddette di tipo A hanno fiori che sono femminili al mattino e diventano maschili il pomeriggio; quelle di tipo B seguono invece il ritmo opposto, risultando maschili al mattino e femminili nel pomeriggio. Questa alternanza permette di coordinare nel tempo le funzioni riproduttive e favorisce lo scambio di polline tra piante diverse limitando l’autoimpollinazione. Per questo motivo la distinzione tra i due tipi di fioritura è importante anche per la coltivazione dell’avocado.

Un mistero osservato quasi un secolo fa

Che i fiori di avocado seguissero questo particolare ritmo era già noto dal 1927, quando il botanico statunitense Arthur Burdette Stout osservò e descrisse questa insolita strategia riproduttiva. Le sue osservazioni apparvero in un lungo articolo corredato da fotografie, intitolato The Flower Behavior of Avocados, e dimostrarono che questa pianta non utilizza contemporaneamente le proprie funzioni maschili e femminili.

Gli studi di Stout riguardavano soprattutto ciò che si poteva vedere direttamente a occhio nudo, cioè il comportamento dei fiori nel corso della giornata. Ma già allora era chiaro che non si trattava di un cambiamento definitivo del sesso della pianta, bensì di una alternanza temporale delle funzioni riproduttive dello stesso fiore. Per lo stesso autore l’alternanza ritmica quotidiana dei sessi “raggiunge negli avocado una perfezione di regolazione fisiologica che, per quanto ora si sappia, non è eguagliata da nessun altro gruppo di piante.”

La descrizione di Stout permise quindi di riconoscere e classificare il fenomeno e i due principali schemi di fioritura (indicati come tipo A e tipo B), ma rimase a lungo senza risposta una domanda fondamentale: che cosa stabilisce questo preciso orologio riproduttivo? In altre parole, che cosa fa sì che alcune piante seguano il ritmo A e altre quello B? È proprio a questo interrogativo, rimasto aperto per quasi un secolo, che risponde il nuovo studio pubblicato su PNAS.

Un'antica illustrazione di avocado, da "Flora medica" di David Dietrich (Wikipedia)

Il gene “interruttore” per favorire l’impollinazione

Il gruppo di ricerca dell’Università della California - Berkeley ha individuato un singolo gene chiamato SDMYB che permette alle piante di tipo A e B di ereditare questo particolare comportamento di fioritura. La proteina prodotta dal gene attiva a sua volta numerosi altri geni, coordinando l’apertura e la chiusura dei fiori secondo un ritmo preciso.

Il risultato è una sorta di sincronizzazione dell’intero albero: i suoi fiori non si comportano semplicemente come singole unità indipendenti, ma seguono un programma temporale coordinato. Come spiega Jeffrey Groh, uno degli autori dello studio, l’intero albero sembra così “pulsare” passando dalla fase femminile a quella maschile, o viceversa.

La ricerca ha dunque permesso di collegare per la prima volta l’insolito comportamento osservato da Stout quasi cento anni fa a una specifica base genetica. Ma perché l’avocado ha sviluppato un sistema così complicato? La risposta è strettamente legata alla riproduzione.

Tutti i fiori della pianta possiedono strutture maschili (che producono polline) e femminili (che lo ricevono), ma separare nel tempo le due funzioni riproduttive può ridurre la possibilità che un fiore si auto-fecondi con il suo stesso polline. La presenza di piante con ritmi diversi fa sì che le fasi maschili e femminili possano invece incontrarsi tra individui differenti e producendo quindi maggiore variabilità genetica nelle nuove generazioni.

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La distinzione tra alberi di tipo A e B diventa quindi particolarmente importante nelle coltivazioni di avocado, dove la presenza contemporanea di piante con diversi schemi di fioritura può favorire l’impollinazione incrociata. Questo è di grande interesse economico anche perché il consumo mondiale di avocado è in forte crescita da anni e secondo i dati della FAO questa coltivazione è quadruplicata dal 1994 al 2024.

Capire anche la base genetica di questo carattere potrebbe quindi avere conseguenze pratiche: sapere se una pianta appartiene al tipo A o B è importante per chi sviluppa nuove varietà, ma bisogna aspettare anni perché un giovane albero raggiunga la maturità e inizi a fiorire. Ecco perché questa scoperta è molto interessante anche per chi coltiva avocado: il 70% della produzione è concentrato in America Latina e il primo Paese produttore è il Messico, ma “grazie” alla crisi climatica in atto anche nel Mediterraneo e nel Sud Italia ormai si coltiva con successo questa specie.

La possibilità di riconoscere precocemente, attraverso un’analisi genetica, quale schema di fioritura avrà una pianta può quindi rendere più efficiente il lavoro di selezione e poi di coltivazione. Invece di aspettare la comparsa dei fiori, e poi dei primi frutti, i ricercatori possono cercare direttamente nel DNA le varianti del gene associate al carattere desiderato.

Un'ape su fiori di avocado (C) Andrew Mandemaker

Un ritmo vecchio 42 milioni di anni

La scoperta del gruppo californiano non riguarda però soltanto il presente dell’agricoltura. Il confronto genetico con 26 altre specie imparentate con l’avocado suggerisce infatti che questo particolare ritmo riproduttivo abbia una storia evolutiva molto antica. Secondo le analisi genetiche, gli antenati dell’avocado avrebbero acquisito questa strategia circa 42 milioni di anni fa. Il dato ricavato dalla ricerca mostra quanto a lungo possa conservarsi una caratteristica legata alla riproduzione e quanto la genetica permetta oggi di ricostruire tracce di comportamenti evolutivi molto antichi.

Lo studio di Groh e colleghi suggerisce inoltre che strategie simili presenti in altre piante non siano necessariamente governate dallo stesso meccanismo genetico. In altre parole, l’evoluzione potrebbe avere prodotto più volte soluzioni diverse allo stesso problema: coordinare le funzioni maschili e femminili nei fiori per aumentare le possibilità di riproduzione.

Quasi cento anni dopo le osservazioni di Stout, dunque, il particolare “orologio” dell’avocado ha finalmente una spiegazione genetica. Quello che a lungo era stato soltanto un curioso comportamento osservabile nei suoi fiori si rivela essere il risultato di un sofisticato sistema di regolazione, capace di sincronizzare la riproduzione dell’intero albero e quindi della specie.