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La molecola microbica che trasforma le piante in zombi

Un meccanismo di manipolazione recentemente scoperto utilizzato dai batteri parassiti per rallentare l’invecchiamento delle piante potrebbe offrire nuovi modi per proteggere le colture alimentari minacciate da malattie.

I parassiti manipolano gli organismi di cui vivono per soddisfare i loro bisogni, a volte in modi drastici. Quando sono sotto l’incantesimo di un parassita, alcune piante subiscono cambiamenti così estesi da essere descritte come “zombi”. Smettono di riprodursi e servono solo come habitat e ospite per i patogeni parassiti.

Fino ad ora, c’è stata poca comprensione di come ciò avvenga a livello molecolare e meccanicistico.

La ricerca del gruppo Hogenhout del John Innes Center e dei suoi collaboratori, pubblicata su Cell , ha identificato una molecola di manipolazione prodotta dai batteri del fitoplasma per dirottare lo sviluppo delle piante . Quando si trova all’interno di una pianta, questa proteina provoca la rottura dei principali regolatori della crescita, innescando una crescita anormale.

I batteri del fitoplasma appartengono a un gruppo di microbi noti per la loro capacità di riprogrammare lo sviluppo delle piante ospiti. Questo gruppo di batteri è spesso responsabile delle “scope delle streghe” che si vedono sugli alberi, dove un numero eccessivo di rami cresce vicini tra loro.

Queste escrescenze cespugliose sono il risultato del fatto che la pianta è rimasta bloccata in uno stato vegetativo di “zombie”, incapace di riprodursi e quindi di progredire verso uno stato “per sempre giovane”.

I batteri del fitoplasma possono anche causare malattie devastanti delle colture, come l’Aster Yellows, che causa significative perdite di resa sia in colture di cereali che in foglie come lattuga, carote e cereali.

La professoressa Saskia Hogenhout, autrice corrispondente dello studio, ha dichiarato: “I fitoplasmi sono un esempio spettacolare di come la portata dei geni può estendersi oltre gli organismi per avere un impatto sugli ambienti circostanti.

“I nostri risultati gettano nuova luce su un meccanismo molecolare alla base di questo fenotipo esteso in un modo che potrebbe aiutare a risolvere un grave problema per la produzione alimentare. Evidenziamo una strategia promettente per l’ingegneria delle piante per raggiungere un livello di resistenza durevole delle colture ai fitoplasmi”.

Le nuove scoperte mostrano come la proteina batterica nota come SAP05 manipola le piante sfruttando alcuni dei macchinari molecolari dell’ospite.

Questo meccanismo, chiamato proteasoma, di solito scompone le proteine ​​che non sono più necessarie all’interno delle cellule vegetali. SAP05 dirotta questo processo, facendo sì che le proteine ​​vegetali, importanti per la regolazione della crescita e dello sviluppo, vengano effettivamente gettate in un centro di riciclaggio molecolare.

Senza queste proteine, lo sviluppo della pianta viene riprogrammato per favorire i batteri, innescando la crescita di molteplici germogli e tessuti vegetativi e mettendo in pausa l’invecchiamento della pianta.

Attraverso esperimenti genetici e biochimici sulla pianta modello Arabidopsis thaliana , il team ha scoperto in dettaglio il ruolo di SAP05.

È interessante notare che SAP05 si lega direttamente sia alle proteine ​​dello sviluppo della pianta che al proteasoma. Il legame diretto è un modo recentemente scoperto per degradare le proteine. Di solito, le proteine ​​che vengono degradate dal proteasoma vengono preventivamente etichettate con una molecola chiamata ubiquitina, ma non è questo il caso.

Le proteine ​​dello sviluppo delle piante che sono prese di mira da SAP05 sono simili alle proteine ​​che si trovano anche negli animali. Il team era curioso di vedere se SAP05 influisse quindi anche sugli insetti che trasportano i batteri da pianta a pianta. Hanno scoperto che la struttura di queste proteine ​​ospiti negli animali è abbastanza diversa da non interagire con SAP05 e quindi non influisce sugli insetti.

Tuttavia, questa indagine ha permesso al team di individuare solo due amminoacidi nell’unità del proteasoma necessari per interagire con SAP05. La loro ricerca ha mostrato che se le proteine ​​vegetali vengono scambiate per avere invece i due amminoacidi presenti nella proteina degli insetti, non vengono più degradate da SAP05, impedendo la crescita anormale della “ginestra delle streghe”.

Questa scoperta offre la possibilità di modificare solo questi due amminoacidi nelle colture, ad esempio utilizzando tecnologie di modifica genetica, per fornire una resilienza duratura ai fitoplasmi e agli effetti di SAP05. 

La modulazione parassitaria dello sviluppo dell’ospite mediante degradazione proteica indipendente dall’ubiquitina, appare in Cell https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01012-6

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