Come il grano è in grado di sviluppare l’immunità ai batteri patogeni
Le malattie batteriche tra le colture europee colpiscono principalmente alberi da frutto e verdure, riducendo le rese e abbreviando la durata di conservazione dei prodotti. Probabilmente il batterio più pericoloso è la Xylella fastidiosa, che può distruggere gli oliveti. Le malattie batteriche vengono spesso controllate mediante l’irrorazione delle colture con diverse soluzioni, come il rame e il sale di zinco, che sono spesso inefficaci e possono risultare problematiche a livello ambientale. A volte si tenta di costruire una resistenza alle malattie che non si dimostra tuttavia durevole, in quanto i ceppi batterici generalmente sono in grado di superarla. La maggior parte dei batteri patogeni utilizza il cosiddetto sistema di secrezione di tipo III (T3SS, type III secretion system), nel quale sonde aghiformi iniettano proteine all’interno di cellule vegetali per renderle più vulnerabili ai batteri. Per aiutare a comprendere questo processo, il progetto T-REX, sostenuto dall’UE, ha studiato l’interazione della cultivar di grano con il T3SS; essendo parte integrante delle infezioni batteriche, il suo riconoscimento da parte del frumento dovrebbe conferire un’immunità a lungo termine. T-REX utilizza il T3SS da Pseudomonas syringae, un batterio che causa malattie alle foglie e altri organi, per iniettare proteine da altri patogeni nel grano. Il team ha scoperto che alcune cultivar di grano possono riconoscere il T3SS. «Quando abbiamo confrontato la crescita del batterio P. syringae con il riconoscimento del T3SS e il non riconoscimento del grano, abbiamo trovato indicazioni in merito al fatto che il riconoscimento abbia ritardato la crescita batterica di circa un giorno», afferma il coordinatore del progetto Hans Thordal-Christensen dell’Università di Copenaghen, l’organizzazione che ha ospitato il progetto. «È stato molto emozionante perché il riconoscimento del T3SS era precedentemente noto solo per gli animali.» Questa ricerca è stata condotta con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie.
Indagare sull’associazione genetica
Il team di T-REX ha iniettato un batterio del suolo non patogeno, che esprime artificialmente il T3SS, nelle foglie di cultivar di grano e ha quindi osservato il risultato. I ricercatori hanno scoperto che in alcune cultivar il tessuto della foglia muore entro 24 ore a indicare l’immunità, mentre in altre non succede nulla. Ciò ha suggerito che alcune cultivar sono in grado di riconoscere il T3SS. Utilizzando la stessa metodologia per individuare il gene responsabile del riconoscimento del T3SS, il team ha testato 440 cultivar della raccolta WAGTAIL, trovando un terzo gene in grado di riconoscere questo sistema. Poiché sono circa 20 000 le differenze genetiche già analizzate in queste cultivar, il team è stato in grado di individuare il gene responsabile del riconoscimento del T3SS sui cromosomi. «Abbiamo scoperto che questa capacità sembra essere mediata da un singolo gene associato a un segmento cromosomico di circa 10 geni. Resta incerto quale sia il gene specifico», osserva Thordal-Christensen. Il team ha voluto anche individuare la parte del T3SS riconosciuta dal grano. Con il T3SS costituito da 28 diverse proteine batteriche, un modo per trovare la proteina spia è produrre e iniettare le proteine una ad una. «Abbiamo prodotto e purificato molte delle 28 proteine T3SS da Escherichia coli, per poi testare se esse provocano la morte del tessuto fogliare. Sfortunatamente, non abbiamo ancora trovato la proteina chiave, quindi continueremo a cercare», aggiunge.
Estendere il campo di applicazione
Aumentando la conoscenza a proposito della fitologia in generale e dell’immunità delle piante in particolare, T-REX contribuisce a preparare la strada per un’agricoltura più efficiente nell’uso delle risorse e più ecocompatibile. «Siamo in grado di offrire informazioni ai coltivatori di grano in merito all’utilizzo del segmento del cromosoma di 10 geni in cultivar per migliorare la resistenza al batterio Pseudomonas e fornire marcatori genetici per confermare che hanno ottenuto il segmento giusto», afferma Thordal-Christensen. «Una volta individuato il gene specifico responsabile, speriamo di migliorare la resistenza ai batteri anche in altre specie di piante.» Un altro obiettivo della ricerca riguarda la comprensione del modo in cui effettori patogeni manipolano il sistema immunitario della pianta. Il gruppo sta utilizzando il T3SS batterico per introdurre proteine effettrici nelle cellule vegetali e in seguito sperimentare per rendere gli obiettivi effettori della pianta insensibili a queste, così da aumentare l’immunità.
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