Sfruttare le difese immunitarie delle piante per raccolti più abbondanti
Le perdite di raccolto provocate da parassiti e malattie rappresentano una sfida di primaria importanza per l’agricoltura a livello mondiale; secondo una stima recente, esse originano una perdita fino al 40 % del potenziale raccolto. I tentativi di controllare gli agenti patogeni con spray chimici possono avere effetti negativi sugli ecosistemi, senza contare il fatto che gli agenti patogeni, frequentemente, sviluppano resistenza agli stessi. Le piante sono in molti casi in grado di proteggersi, attivando un primo strato di immunità chiamata immunità stimolata dagli agenti patogeni (PTI, pathogen-triggered immunity) quando rilevano la presenza di microbi. Questa modalità di «massima allerta» le rende più resistenti alle infezioni, in parte mediante la variazione dell’espressione genica di migliaia di geni. transcriPTIon ha studiato questa risposta nella pianta modello Arabidopsis thaliana utilizzando un’ampia gamma di molecole di origine microbica. Il progetto finanziato dall’UE ha scoperto che i primi schemi di espressione genica erano notevolmente simili nel contesto della risposta ai diversi agenti patogeni. Molti schemi sono stati persino mantenuti per risposte delle piante a sollecitazioni molto diverse. Sequenziamento dell’RNA mediante l’impiego di una diversità di agenti patogeni senza precedenti Le piante hanno rilevato gli agenti patogeni grazie a recettori legati alla membrana presenti sulla superficie delle cellule che riconoscono le firme microbiche, i cosiddetti elicitori. Le piante rispondono attivando la PTI tramite una massiccia riprogrammazione trascrizionale del tipo di geni che vengono espressi o non espressi. «Sappiamo molto sul modo in cui le piante rilevano i microbi, ma meno su come si proteggono effettivamente. Prima del progetto, non sapevamo davvero in che misura la risposta sarebbe stata adatta alla circostanza o con quanta rapidità avrebbe avuto effetto», afferma la dott.ssa Marta Bjornson, borsista MSCA. transcriPTIon ha analizzato specifici elementi segnalatori nella pianta modello Arabidopsis thaliana. «Studiare un sistema controllato facilita l’obiettivo di scoprire i principi regolatori di base, potenzialmente mantenuti in tutte le interazioni tra pianta e microbo», afferma la dott.ssa Bjornson. Per approfondire la logica trascrizionale dell’immunità della pianta, transcriPTIon si è avvalso di una serie di sette differenti elicitori e ha trattato diverse piante con ciascuno di essi. È stato successivamente prelevato un campione dell’RNA delle piante in sei punti di riferimento temporali, dai 5 minuti alle 3 ore in seguito al trattamento. In tal modo, sono emersi schemi di espressione genica per tutti gli elicitori e i tempi di rilevazione e fattori di trascrizione che potrebbero regolare questi schemi. transcriPTIon ha scoperto che tutti gli elicitori inducevano un ampio nucleo centrale di geni, soprattutto nei primi minuti dopo il rilevamento dell’elicitore, e che questi geni venivano inoltre indotti dalla prima risposta della pianta a numerose sollecitazioni abiotiche quali sale, temperature estreme e forte intensità luminosa. Ciò suggerisce che la risposta iniziale non è precisamente una risposta immunitaria ma, piuttosto, una risposta generale alle sollecitazioni. Le risposte successive sono divenute più specifiche: un elicitore induceva numerosi geni in modo univoco. Tuttavia, anche in corrispondenza di tempi di rilevazione successivi, un piccolo nucleo centrale di geni veniva indotto da tutti gli elicitori e da nessuna sollecitazione abiotica, il che fa ipotizzare una risposta specializzata di tipo PTI. Sicurezza alimentare e agricoltura sostenibile transcriPTIon ha definito la misura e le tempistiche con cui avvengono risposte comuni di tipo PTI e di sollecitazione abiotica. Le applicazioni sulla base dei risultati ottenuti da transcriPTIon potrebbero migliorare l’immunità innata delle piante coltivate, incrementando la stabilità dei rendimenti e riducendo la dipendenza dai pesticidi. «Resta ancora molto da fare per qualsiasi prodotto commerciabile. Stiamo ancora cercando geni candidati che influenzino la resistenza a un agente patogeno modello in una pianta modello, e tutti i risultati dovranno essere testati su piante coltivate e vari agenti patogeni e condizioni di campo», dichiara la dott.ssa Bjornson. La dott.ssa Bjornson sta attualmente testando i fattori di trascrizione trovati da transcriPTIon e ha già scoperto che almeno un regolatore della risposta generale alle sollecitazioni è necessario per la PTI. Inoltre, sta esplorando una serie di geni che sembrano essere regolati in modo specifico nella risposta agli agenti patogeni, ma non ad altre sollecitazioni.
Parole chiave
transcriPTIon, malattia, pianta, infezione, sistema immunitario, microbico, agente patogeno, colture, sicurezza alimentare, gestione dei parassiti, resistenza
