Uno studio ha meglio compreso come la cuscuta parassitizzi le piante, danneggiando le coltivazioni

Un recente studio ha compreso nel dettaglio il meccanismo utilizzato dalla cuscuta per inattivare le difese delle piante e prevalere nei loro confronti, al fine non solo di mantenere una stabile attività parassitaria, ma anche prevenire la selezione di meccanismi di difesa delle piante, che potrebbero altrimenti permettere loro di disfarsi di questo insidioso parassita.

La cuscuta è una pianta parassita che sviluppa degli austori, cioè strutture idonee a prelevare direttamente acqua e sostanze nutritive dalle piante attaccate (es. pomodoro), con il conseguente vantaggio che questo parassita vegetale non ha bisogno di effettuare fotosintesi. Inoltre la cuscuta ha una vegetazione filamentosa, che sviluppa dei grovigli così estesi da ostacolare l'attività delle macchine agricole, utilizzate per la raccolta delle produzioni.

L'oggetto della ricerca effettuata presso l'università della Pennsylvania ha a che fare con i micro-RNA, ovvero particolari tipi di RNA che, in questo caso, sono omologhi agli RNA messaggeri (m-RNA) delle piante parassitizzate, poiché le loro basi sono complementari a quelle degli m-RNA. Conseguentemente i micro-RNA si attaccano in modo complementare agli RNA messaggeri, impedendo la trascrizione del loro codice genetico e quindi bloccando la sintesi proteica; si tratta quindi, in definitiva, di un meccanismo di regolazione genica, che sfrutta la complementarietà tra le basi nucleotidiche, che normalmente serve a unire le due catene del DNA.

Il gruppo di ricerca della Penn State University (Pennsylvania; USA) è stato diretto dal professore di biologia Michael Axtel il quale, riguardo questi ultimi aspetti, riferisce: “Se questo processo fosse dannoso per la pianta ospite, ci aspetteremmo che i geni bersagliati cambino col tempo, a causa della selezione naturale, o anche per caso. Questo genere di processo spesso conduce a ciò che chiamiamo una 'corsa agli armamenti evolutivi', dove l'ospite e il parassita si alternano nel cambiare leggermente la sequenza dei loro geni, al fine di alzare la posta. Noi volevamo sapere se il caso era davvero questo.”

In effetti, in una certa misura, le piante attaccate dal parassita riescono a modificare il codice genetico degli RNA messaggeri bersaglio, attraverso la selezione di forme adattative prive di tale complementarietà , ma il parassita, per parte sua, riesce rapidamente a scavalcare questo adattamento, recuperando la complementarietà perduta.

Gli studiosi sono arrivati a queste semplici conclusioni, avendo rilevato che il meccanismo di regolazione genica, che inattiva la sintesi proteica delle piante colpite, è indotto da 4 differenti specie di cuscuta e che i micro-RNA inattivanti la sintesi proteica delle piante attaccate risultano unici in ogni specie e spesso anche in ogni pianta di ciascuna specie. A quel punto essi hanno classificato i detti micro-RNA in 18 super-famiglie, sulla base di eventuali sequenze nucleotidiche tra loro simili: ciascuna super-famiglia è stata costituita intorno a un insieme di 3 - 5 micro-RNA, tra loro differenti.

I ricercatori che han preso parte a questo studio hanno poi cercato, tra le molte specie coltivate ospitanti la Cuscuta, quelle le cui triplette nucleotidiche fossero il bersaglio dei micro-RNA: fu così possibile capire che i relativi RNA messaggeri non sono in gran numero modificati e che essi risultano molto simili tra le varie specie parassitizzate (nonostante ci sia una intensa pressione selettiva, dovuta all'attività parassitica della cuscuta).
I ricercatori hanno quindi considerato che la preservazione immutata, in tante piante differenti, di stessi geni (mRNA) riguardava probabilmente solo quelli che partecipavano alla sintesi di proteine importanti per la sopravvivenza di tali piante e che se tali geni, nell'adattarsi al parassita, avessero invece subito qualche significativa modifica, ne sarebbe conseguita una variazione del significato del codice trascritto durante la sintesi delle proteine, tale da determinare una variazione delle proteine prodotte, con la conseguenza, nel caso di quelle enzimatiche, del verificarsi di un'alterazione di importanti funzioni fisiologiche della pianta.

Come riferisce Nathalie Johnson, dottoranda in biologia vegetale alla Penn State University e prima autrice di questo studio: “Gli aminoacidi bersagliati sono quelli più conservati dentro la catena proteica”. In tal senso la dott.ssa Johnson precisa: “Conseguentemente noi consideriamo che la sequenza non possa cambiare per una selezione naturale, o anche (non può accadere) che la proteina si rompa.
Dato che l'ospite non può cambiare la sua sequenza, senza un effetto negativo sulla funzione delle proteine, il parassita evita completamente una corsa agli armamenti a livello genetico”.

I ricercatori riferiscono che possono avvenire modifiche dentro ciascuna delle super-famiglie di micro-RNA, ma esse sono perfettamente corrispondenti alla variazione dei geni bersaglio dell'ospite (gli m-RNA). Per altro verso tali modifiche degli m-RNA non risultano dannose, poiché possono riguardano al massimo la terza base nucleotidica di qualche tripletta di codice (ciascuna delle quali codifica un aminoacido di una catena proteica); tale circostanza non determina quindi effetti negativi sul codice trasmesso attraverso l'RNA messaggero e quindi sulle proteine da esso codificate.

Come ha indicato la dott.ssa Johnson: 'Sembra che la cuscuta crei parecchie ripetizioni dei suoi micro-RNA, al fine di poter contare sulle variazioni naturali nei geni bersaglio dell'ospite. Tale strategia da 'fucile da caccia' aiuta probabilmente il parassita ad avere anche successo contro un'ampia varietà di specie ospiti'.

In futuro i ricercatori sperano di esplorare le origini evolutive di questi micro-RNA, così come i meccanismi molecolari e cellulari della loro trasmissione dal parassita all'ospite.

In conclusione il prof. Axtel ha indicato: “I micro-RNA di queste super-famiglie sono sottostati a una naturale selezione mirata a questi siti conservati. Stiamo guardando i coltelli che sono già affilati, ma qual'è la loro origine? In passato ci sono stati studi di regolazione cross-specifica dei geni attraverso i piccoli RNA, ma questa è la prima evidenza che tali processi sono stati soggetti a selezione naturale”.

Il gruppo di ricercatori che han preso parte a questo studio include anche Claude dePamphilis, professore di biologia alla Penn State University. Tale studio è stato in parte sovvenzionato dall'Istituto Nazionale per il Cibo e l'Alimentazione (NIFA) del Ministero dell'Agricoltura degli Stati Uniti d'America e dall'Istituto Huck di Scienze della Vita della Penn State University.

Fonte/i: Penn State University, 17 dicembre 2019

Autore dell'articolo: , 31 dicembre 2019

Indirizzo permanente di questo articolo: https://www.agrolinker.com/?id=1860

© Riproduzione Riservata          Collegamento all'elenco dei feeds RSS di Agrolinker         

I commenti per questo articolo sono stati chiusi.

Alcuni articoli tematicamente collegati:
  1. Al crescere delle temperature le piante necessitano maggiormente di fitofarmaci

  2. Uno studio analizza il percorso di segnalazione del processo patogenetico nelle piante

  3. Recenti studi del processo infettivo del brusone del riso aiuteranno a sconfiggerlo

  4. Rivelato il funzionamento del meccanismo di segnalazione di pericolo che, nelle piante, è mediato dal jasmonato

  5. Uno studio approfondisce l'attività dei fitoplasmi fino a comprendere meccanismi e molecole di cui essi si servono per sfruttare il potenziale produttivo delle piante parassitizzate

Collegamento all'elenco dei feeds RSS di Agrolinker