Scoperto il meccanismo con cui i nematodi cisticoli riprogrammano le cellule delle radici

Un gruppo di ricerca capeggiato da scienziati dell'università dell'Iowa ha scoperto una parte del mistero che sottende l'attività dei nematodi cisticoli.
Nematode è un espressione di uso comune in agricoltura che sostituisce il più lungo termine scientifico di 'nematelminto', che si riferisce ad un gruppo di piccoli vermi presenti nel terreno, definiti più estesamente 'vermi cilindrici'.
Le famiglie italiane prendono di slito conoscenza di questi organismi nel momento in cui i loro figli piccoli, giocando con la terra e mettendo poi le mani in bocca, contraggono gli ossiuri, che sono dei nematelminti, frequentemente parassiti intestinali dei bambini e sono appunto abbastanza simili a quelli che colpiscono la soia. Un altro nematode, la filaria, provoca invece una grave affezione parassitaria detta filariasi, o filariosi, che si può contrarre mangiando carni di animali cresciuti allo stato brado, non ben cotte, o costituenti salumi non ben stagionati.

L'attacco dei nematodi galligeni cisticoli causa un grave quadro fitosanitario in varie piante coltivate, che si presenta con i sintomi di una vera e propria malattia, poiché questi vermiciattoli riprogrammano il funzionamento delle cellule delle radici delle piante che colpiscono, tra cui vi sono, ad esempio, la soia, la barbabietola da zucchero e la vite. L'attacco genera dei veri e propri tumori, cioè delle proliferazioni cellulari globose, al cui interno si sviluppano i nematodi, sfruttando le sostanze nutritive prodotte dalla pianta. A questo quadro sintomatologico si aggiunge spesso la circostanza che questi parassiti sono anche vettori di virosi (malattia virali; ad esempio, nella soia: il nanismo giallo), il cui quadro sintomatologico si assomma a quello della semplice parassitosi radicale, contribuendo a danneggiare le coltivazioni.

Il principale fattore che rende problematica la presenza dei nematodi cisticoli è che essi possono permanere a lungo vitali nel terreno, avvalendosi delle dette cisti, che rappresentano anche forme di resistenza agli agenti climatici avversi. Esse possono essere trasportate ovunque dal vento e dall'acqua e la loro permanenza attiva nel terreno è agevolata da umidità moderata e temperature miti; al contrario le temperature elevate e la sommersione del suolo, col trascorrere del tempo, diminuiscono la presenza di cisti vitali nel terreno. E' utile precisare infine che questa infestazione è tipica dei terreni in monocoltura e si verifica quindi almeno al secondo anno di ripetizione della coltura sullo stesso terreno (ristoppio).

Conseguentemente per eliminare l'infestazione dei nematodi cisticoli bisogna andare alla radice del problema, sia con misure agronomiche di carattere preventivo, sia cercando di sviluppare delle varietà di colture resistenti. In tal senso i ricercatori attivi in questo studio stanno cercando un percorso sperimentale per bloccare a monte l'azione del parassita e poi introdurre la resistenza nelle piante, attraverso biotecnologie, creando così nuove varietà.

E' comunque essenziale capire come s sviluppa l'infestazione dei nematodi cisticoli: essi vivendo dentro le dette cisti, si muovono infatti pochissimo e si nutrono sempre delle stesse cellule; inoltre come fanno molti parassiti, sebbene indeboliscano la pianta, stanno sempre attenti a non ucciderla, poiché non hanno assolutamente voglia di spostarsi su un'altra pianta: semplicemente la sfruttano, riducendone per conseguenza la capacità produttiva.
Per poter stabilire la loro attività parassitaria essi quindi necessitano di modificare, o meglio riprogrammare il codice genetico della pianta, in modo che essa si comporti nella maniera a loro più conveniente. Ciò che hanno studiato i ricercatori dell'università dell'Iowa è quindi come fa il nematode ad agire sul codice genetico della pianta, per ottenere il risultato voluto.

I ricercatori hanno ritenuto opportuno utilizzare per i loro esperimenti il nematode cisticolo che colpisce la barbabietola da zucchero (Heterodera schactii), anziché quello che attacca la soia (Heterodera glycines). La ragione di questa scelta è che la necessità di comprendere il meccanismo fisiopatologico che sottende (in specie vegetali differenti) la parassitosi dei nematodi cisticoli è necessario che gli esperimenti vengano effettuati su una pianta che ben le rappresenti tutte; tale pianta (test) è l'Arabidopsis thaliana. Poiché però l'Arabidopsis non è attaccata dal nematode della soia, i ricercatori, hanno utilizzato, durante i loro esperimenti, il nematode galligeno della barbabietola da zucchero (Heterodera schactii), un parassita che danneggia quest'ultima coltura in tutto il mondo e comunque colpisce anche molte altre specie vegetali.

L'Arabidopsis thaliana è una crucifera (o brassicacea) abitualmente utilizzata negli esperimenti scientifici, poiché presenta caratteristiche rappresentative di piante differenti e quindi garantisce che i risultati ottenuti siano probabilmente riproducibili in tutte le altre piante di interesse agronomico. A causa dell'essere una pianta 'modello', l'Arabidopsis thaliana è stata quindi oggetto di moltissimi studi e la sua fisiologia è dettagliatamente nota, a livello molecolare e cellulare, ai ricercatori di tutto il mondo. Questa circostanza, hanno evidenziato i ricercatori, ha permesso anche che le attività di ricerca siano state effettuate in maniera molto più rapida, di quanto sarebbe stato possibile utilizzando piante differenti che, come richiesto in questo caso, devono anche essere abituali ospiti dei nematodi cisticoli (ovvero siano da esse parassitizzate).

La ricerca è stata condotta da Paramasivan Vijayapalani, assistente ricercatrice al Dipartimento di Patologia vegetale e Microbiologia, da Thomas Baum, 'Distinto Professore' in Agricoltura e Scienze della Vita (life sciences) e direttore del Dipartimento di Patologia vegetale e Microbiologia, all'Università Statale dell'Iowa. Il gruppo di ricerca includeva anche ricercatori dell'Università del Tennessee e dell'Università di Perpignan in Francia. I risultati sono stati pubblicati sul giornale scientifico The Plant Cell, della Società americana dei Biologi delle Piante.

Come riferisce Baum: 'La nostra scoperta principale è la comprensione del meccanismo di una delle maniere con le quali il nematode altera l'attività dei geni delle piante. Esso inietta un miscuglio di proteine all'interno delle cellule vegetali. Noi abbiamo scoperto che una di queste proteine del nematode altera la conformazione del materiale genetico della pianta ospite, reindirizzando il meccanismo di espressione dei geni della pianta in modo da abilitare il parassitismo.'
'Compredere questo patogeno e il sofisticato meccanismo che ha evoluto per cibarsi della pianta ospite è come un mosaico i cui pezzi stiamo ricomponendo. Questo è un pezzo chiave che alla fine dovrebbe permetterci di arrivare a vedere il quadro completo'.
'Abbiamo ancora molto da imparare', dice Vijayapalani e aggiunge:'Altre proteine attivatrici sono probabilmente coinvolte. Anche se, sapendo di più riguardo come i nematodi a cisti, per sopravvivere, reindirizzano i meccanismi molecolari dei loro ospiti è (anche) importante, per essere in grado di elaborare efficaci strategie di controllo, capire come ad esempio ingegnerizzare delle colture resistenti'.

Questa ricerca è stata sovvenzionata dall'Associazione dei Produttori di Soia dell'Iowa, dal Progetto centro-settentrionale di Ricerca sulla Soia, dall'Istituto per il Cibo e l'Alimentazione del Ministero dell'Agricoltura statunitense (NIFA) e dal Laboratorio francese per l'Eccellenza.

Fonte/i: Iowa State University, 14 novembre 2018

Autore dell'articolo: , 30 novembre 2018

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