Nuovi approfondimenti sui patogeni fungini delle piante
I patogeni fungini rappresentano una minaccia diffusa e grave per le colture globali, poiché influenzano le rese di molte piante di grande importanza economica. I patogeni fungini biotrofi colonizzano il tessuto vegetale vivente e secernono nella pianta gli effettori, proteine che dirottano e manipolano i processi cellulari. Comprendere i processi esatti con cui questi funghi patogeni infettano le piante è fondamentale per il futuro dell’agricoltura e della sicurezza alimentare. sa Tuttavia, la ricostruzione sintetica di patogeni vegetali eucariotici rappresenta una sfida sia dal punto di vista tecnologico sia a causa della mancanza di conoscenze. «I patogeni eucariotici hanno un numero molto elevato di (potenziali) fattori di virulenza, le cui funzioni non sono state comprese nemmeno lontanamente», spiega Gunther Doehlemann, professore di biologia vegetale all’Università di Colonia e coordinatore del progetto conVIRgens. Nonostante ciò, nel progetto conVIRgens, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, Doehlemann e la sua équipe hanno cercato di ricostruire sinteticamente le strategie di virulenza dei patogeni fungini eucariotici per capire meglio come attaccano le piante.
Analizzare le strategie di virulenza dei funghi con l’editing genetico
Alcuni biotrofi, come le ruggini e l’oidio, sono difficili da studiare perché sono patogeni obbligati (necessitano di ospiti per compiere il loro ciclo vitale) e quindi difficili da coltivare. Ma alcuni funghi carboni come Ustilago maydis (che provoca il carbone del mais) hanno uno stadio di lievito, che consente agli scienziati di ricrearli più facilmente in laboratorio. La strategia originale del progetto consisteva nel disarmare U. maydis mutando gli effettori del patogeno con la tecnologia di editing genetico CRISPR-Cas9. «Abbiamo generato diversi ceppi mutanti CRISPR-Cas9 di Ustilago, che hanno una virulenza compromessa e che vengono usati per comprendere le funzioni molecolari delle proteine effettrici», spiega Doehlemann. Durante il progetto è stata anche trovata una strategia alternativa: è stato costruito un ceppo ibrido di U. maydis, poi sfruttato con CRISPR-Cas9 per scoprire il repertorio di virulenza sottostante. Alcuni dei risultati sorprendenti di questa nuova tecnica saranno disponibili quando la ricerca sarà pubblicata tra qualche mese.
Applicazioni pratiche per contrastare la resa minore delle colture
Il gruppo di conVIRgens si augura che i risultati ottenuti possano essere utili alla comunità scientifica più ampia, anche attraverso applicazioni pratiche della ricerca per contrastare le rese minori dei raccolti. «La dissezione del repertorio di effettori di U. maydis ha effettivamente svelato l’insieme di fattori di virulenza necessari per generare tumori nelle piante», osserva Doehlemann. «Questo era uno degli obiettivi principali del progetto e riteniamo che sia un grande vantaggio per la comunità scientifica.» Il progetto ha stabilito che U. maydis è uno strumento per caratterizzare funzionalmente gli effettori di funghi biotrofi obbligati, come i funghi della ruggine e dell’oidio. «Il nostro approccio ha contribuito a caratterizzare meglio gli arsenali di virulenza di questi organismi, con implicazioni dirette per la ricerca diretta a ridurre le perdite di raccolto», aggiunge.
Ricerca futura sulle funzioni molecolari degli effettori dei patogeni
Il gruppo di ricerca intende usare le conoscenze e i metodi sviluppati nel progetto per acquisire nuovi approfondimenti funzionali sulle funzioni molecolari degli effettori dei patogeni. Un esempio su tutti sono gli effettori degli attivatori trascrizionali, identificati nel corso del progetto. «Studieremo il funzionamento di questi effettori in diversi patogeni vegetali», spiega Doehlemann. L’équipe ha anche scoperto che gli effettori fungini sono coinvolti nella competizione dei patogeni fungini con altri microbi, una rivelazione che aperto una nuova linea di ricerca che la squadra intende perseguire.
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