Identificare i geni utili a selezionare la resistenza alle malattie nelle colture vulnerabili
La salute delle piante è fondamentale per la sicurezza alimentare, ma a causa delle malattie si perdono fino al 30 % delle colture alimentari di base. I tessuti delle colture possono essere trattati in superficie attraverso sostanze chimiche, ma proteggere il sistema radicale è un compito più complesso. Gran parte degli sforzi in questo senso prevedono la selezione di piante resistenti ad agenti patogeni specifici o l’introduzione di modifiche genetiche. «Tuttavia, gli agenti patogeni finiscono per vincere o eludere i geni della resistenza», spiega Sebastian Schornack, coordinatore del progetto ACHILLES-HEEL, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca. ACHILLES-HEEL ha identificato processi essenziali delle piante su cui gli agenti patogeni fanno affidamento per entrare nel vegetale e stabilirvisi. «Consideriamo questa dipendenza come il loro tallone d’Achille. Se riuscissimo a eliminare tali processi, indeboliremmo la capacità dell’agente patogeno di provocare malattie», aggiunge Schornack, studioso dell’Università di Cambridge, che ha ospitato il progetto. Poiché è probabile che agenti patogeni simili utilizzino processi vegetali analoghi per causare un’infezione, questo approccio offre una soluzione ad ampio spettro. ACHILLES-HEEL ha identificato alcuni genic che, a seguito di una manipolazione parziale o completa delle loro funzioni, sono in grado di conferire alle piante una maggiore resistenza alle infezioni radicali.
Alla ricerca di un agente patogeno da collaudare
Il team di ricerca ha dovuto affrontare una prima complessità: generalmente, infatti, gli agenti patogeni che cooptano i processi delle piante (anziché ucciderle semplicemente) si sono adattati a ospiti specifici; pertanto, l’identificazione dei processi alla base dell’infezione è utile solo per un determinato agente patogeno. Questo vale, ad esempio, per il carbone del granturco, la ruggine del pisello e l’oidio dell’orzo. «Ci occorreva un agente patogeno in grado di infettare molte piante diverse non correlate pur mantenendo in vita i tessuti. In tal modo avremmo evidenziato i meccanismi comuni delle piante sfruttati dal microorganismo e da disattivare», spiega Schornack. Un agente patogeno adatto allo scopo è Phytophthora palmivora, che colonizza le radici e le foglie di legumi, orzo e frumento e, come scoperto dal team, delle epatiche. La squadra di ricerca ha utilizzato un software per l’analisi dei dati, appositamente sviluppato, per innescare infezioni nelle radici e nelle foglie. Nel corso dell’esperimento, in un legume (Medicago truncatula) sono stati individuati due geni in grado di manipolare i processi vegetali utilizzati dal microorganismo. Uno di questi, RAD1, non è risultato adatto, poiché altera la colonizzazione fungina benefica, ma il gene API è attualmente in fase di collaudo nell’orzo. «L’orzo ha tre geni di questo tipo, che stiamo inattivando individualmente per scoprire se la pianta diventerà più resistente all’infezione radicale da parte di Phytophthora. I primi risultati sembrano promettenti, ma dobbiamo ancora mettere alla prova gli effetti sui funghi benefici», afferma Schornack. Per farlo, i ricercatori stanno utilizzando AMFinder, uno strumento di intelligenza artificiale studiato appositamente dal team e in grado di rilevare le strutture fungine nelle radici. La scoperta è stata sorprendente: le piante con radici resistenti all’agente patogeno potevano comunque essere suscettibili agli attacchi ai germogli. «La colonizzazione dei microbi filamentosi interessa organi specifici. Inattivare un gene in tutta la pianta potrebbe quindi non ripercuotersi ovunque allo stesso modo», osserva Schornack.
Potenziale di crescita
Tradizionalmente, la selezione di piante resistenti prevede l’introduzione di geni recettori immunitari chiamati NLR. Questa operazione, tuttavia, richiede molto tempo e, generalmente, conferisce resistenza a un unico agente patogeno. Per contro, l’utilizzo di approcci transgenici più rapidi si scontra con ostacoli giuridici in molti paesi dell’UE. Se la loro efficacia fosse dimostrata, i geni identificati nel corso del progetto ACHILLES-HEEL potrebbero essere utilizzati nella selezione di colture di base per aiutare a garantire le forniture alimentari e, potenzialmente, per altre colture commerciali generalmente coltivate nei paesi in via di sviluppo e attaccate da Phytophthora palmivora, come la palma da olio, il cacao, il cocco, l’albero della gomma e la papaia. «Poiché la strategia di infezione di Phytophthora è simile a quella di altri agenti patogeni, la ricerca potrebbe essere rilevante anche per microorganismi diversi, come Pythium, la ruggine e Fusarium», conclude Schornack. Le risorse pubblicate dal progetto aiuteranno i ricercatori a rilevare e caratterizzare Phytophthora palmivora e includono una descrizione del suo ciclo di vita e un trascrittoma annotato dell’infezione radicale.
Parole chiave
ACHILLES-HEEL, colture, agente patogeno, malattia, infezione, gene, resistenza, selezione, funghi, API, pianta, radici, tessuti
