Migliorare la resistenza delle piante ai parassiti
Oltre 75 anni fa Harold Henry Flor ha svelato che l’ereditarietà della resistenza e del parassitismo delle piante è determinata da singoli geni che combaciano in piante e agenti patogeni. Da allora numerosi studi hanno dimostrato che i principi funzionali dell’immunità resistente mediata da geni delle piante sono molto più complessi della semplice visione binaria proposta da Flor. L’attuale paradigma prevede che la resistenza alle malattie delle piante sia codificata da repertori dinamici di recettori immunitari interconnessi in reti genetiche e biochimiche. Identificazione degli effettori degli agenti patogeni La dott.ssa Lida Derevnina, borsista Marie Skłodowska-Curie, ha lavorato nel laboratorio del prof. Sophien Kamoun presso il Sainsbury Laboratory, a Norwich nel Regno Unito. Nell’ambito del progetto BoostR, finanziato dall’UE, essi hanno ampliato le attuali conoscenze relative alla rete di recettori immunitari intracellulari che è composta da proteine di resistenza con legame nucleotidico/domini di ripetizione ricchi di leucine (NLR). I membri della rete NLR sono evolutivamente correlati e si sono probabilmente ampliati oltre 100 milioni di anni fa, conferendo resistenza contro diversi agenti patogeni della famiglia delle solanacee. La famiglia delle solanacee include molte colture importanti dal punto di vista agricolo tra cui pomodori, patate e tabacco. All’interno della rete, tre NLR helper, note come NRC, innescano il segnale di difesa, e sono richieste da un gruppo di NLR sensore importanti dal punto di vista agronomico che sono specializzate nel riconoscimento delle molecole patogene. Le NRC helper svolgono un ruolo essenziale, funzionando in modo sia ridondante che non ridondante al fine di permettere le risposte immunitarie mediate da sensori. Gli scienziati di BoostR hanno lavorato ipotizzando che l’alterazione delle NRC migliori la resistenza alle malattie nelle colture di solanacee contro vari agenti patogeni devastanti. «La mia proposta mira a generare NRC sintetiche che possiedono una resistenza ad ampio spettro alle malattie», spiega la dott.ssa Derevnina. Tutti gli esperimenti sono stati eseguiti usando l’organismo modello vegetale, Nicotiana benthamiana, una specie vegetale delle solanacee, e sono stati selezionati effettori provenienti da diversi agenti patogeni in base alla loro capacità di sopprimere la segnalazione delle NRC. La scienziata ha identificato due di questi effettori, AVRcap1b dalla peronospora della patata e SPRYSEC dal nematode dorato della patata, e ne ha descritto la modalità di azione. Tramite queste informazioni è stato possibile produrre NRC chimeriche scambiando i domini delle proteine in diverse combinazioni per identificare candidati che conservassero la segnalazione a monte con NLR sensore dipendenti da NRC, ma che si sottraessero alla soppressione da parte degli effettori patogeni. Dopo la convalida, attraverso test di complementazione genica, queste chimere sono state testate in esperimenti per la dimostrazione del concetto, e verranno testate in pomodori e patate per determinare il loro valore in programmi di miglioramento genetico. Effetto dell’ingegnerizzazione del sistema immunitario nelle piante Come sottolinea la dott.ssa Derevnina «il fatto che questi agenti patogeni siano divergenti dal punto di vista evolutivo ma si siano avvicinati per prendere di mira il percorso dello stesso ospite, sottolinea l’importanza che le proteine helper NRC hanno nel mediare l’immunità contro vari agenti patogeni che contagiano le solanacee». Lo studio degli effettori patogeni che prendono di mira le proteine NRC, sia direttamente che indirettamente, ci consente di migliorare la nostra comprensione dei meccanismi molecolari che stanno alla base sia dell’infezione dell’agente patogeno che del riconoscimento dell’ospite, e ci aiuta a migliorare la nostra comprensione della funzione delle NLR. Ma ciò che più conta, ci offre nuove strategie per coltivare piante con una maggiore resistenza. I risultati del progetto hanno implicazioni su vasta scala in agricoltura, fornendo la possibilità di coltivare colture resistenti a una varietà di agenti patogeni importanti dal punto di vista agricolo, incrementando in tal modo la resa e riducendo al minimo l’uso di pesticidi. La dott.ssa Derevnina prevede che «il nuovo settore di studio delle reti di recettori immunitari delle piante giocherà da ora in avanti un ruolo fondamentale nei programmi di miglioramento genetico per la resistenza alle malattie in tutto il mondo».
Parole chiave
BoostR, patogeno, resistenza, NRC, NLR, sistema immunitario, pesticidi, NRC chimerica
