Le piante parassite migliorano l'eterotrofismo integrando geni dell'ospite nel DNA

La lotta ai parassiti delle piante coltivate si è sempre basata su una grande quantità di conoscenze scientifiche sia riguardo le piante, che i loro ospiti che le danneggiano in varia misura e riguardo un po' tutto l'ecosistema delle coltivazioni. Le ricerche basate sulle innovazioni genetiche e biotecnologiche degli ultimi anni hanno ulteriormente arricchito questo bagaglio culturale, facendo della difesa delle piante una materia ingegneristica a tutti gli effetti, dove cioè l'uso dell'ingegno è la strada maestra per produrre soluzioni ai molti problemi che periodicamente affliggono le coltivazioni, coordinando razionalmente i contributi che ciascuna disciplina può offrire.

Una degli ultimi filoni di ricerca riguarda un gruppo di parassiti sui quali meno sono state finora disponibili informazioni, ma che anch'esso incide molto in alcune regioni della terra sulla produttività delle piante coltivate. Stiamo parlando delle piante parassite, che così sono chiamate perché sono in grado di creare un rapporto di continuità tra i loro tessuti e quelli di altre piante, tramite delle strutture denominate austori (termine riferito anche agli analoghi organi dei funghi parassiti). Gli austori convogliano verso le piante parassite gli elaborati fotosintetici prodotti durante la fotosintesi della pianta ospite.

Le piante parassite sono quindi organismi prevalentemente eterotrofi (alcune non sono in grado di effettuare la fotosintesi), che al pari di molti insetti, acari, nematodi, funghi, batteri, virus, sottraggono alla pianta la sua capacità produttiva. Al contrario le erbe infestanti sono semplicemente altre erbe, se vogliamo biodiversità vegetale, che crescono nel contesto della coltivazione, competendo per gli stessi elementi nutritivi, acqua e luce.

Ciò che accomuna tutte queste avversità delle piante è comunque il fatto che esse sono favorite da condizioni ambientali tipiche dell'ambiente di coltivazione, in cui una coltura, un insieme di moltissime piante tra loro uguali, assume costantemente nel tempo uno stesso habitus vegetativo (occupa uno stesso spazio, prelevando la stessa radiazione luminosa) e stesse preferenze alimentari, che operano quindi come un fattore selettivo della biodiversità locale, che anno dopo anno si seleziona e sopravvive nella misura in cui riesce a competere con la coltivazione, divenendo gradualmente per essa più pericolosa, al protrarsi della presenza della coltura sullo stesso appezzamento (monocoltura).

Tornando alle piante parassite ciò che è stato scoperto è che, nel loro stretto contatto con le piante da cui prelevano il nutrimento, esse riescono anche a sottrarre porzioni di DNA costituenti interi geni, che successivamente integrano nel loro genotipo, al pari di come fanno ad esempio i batteri. Questo trasferimento di DNA, molto raro nelle piante superiori, da un lato aumenta la variabilità genetica delle piante parassite, rendendole più resistenti alle avversità e per altro verso, come riferiscono gli autori dello studio di seguito riportato, permette a tali piante di utilizzare i geni esterni per rendere più agevole l'attacco alla pianta parassitizzata. Come ciò concretamente si verifichi non è ancora noto, ma i ricercatori ritengono che per una sorta di hackeraggio delle difese a livello del codice genetico, subentrerebbero delle istruzioni idonee a favorire l'attacco della pianta parassita.

Come riferisce Claude dePamphilis, professore di biologia alla PennState University (Pennsylvania, USA), i ricercatori del suo gruppo di studio hanno identificato ben 52 trasferimenti orizzontali di DNA (=HGT; non dipendenti da processi di riproduzione sessuata) tra una pianta ospite e la pianta parassita Orobanche (nome volgare: succhiamele; ingl. broomrapes) un'insidiosa erba parassita presente anche in Italia. I ricercatori del gruppo di studio del professor dePamphilis ritengono che questa scoperta ci permetterà di decifrare i segreti delle piante parassite, che potranno essere utili per contrastarle e ridurre l'incidenza della loro attività sulla produzione agricola.

Come riferisce dePamphilis: 'Queste piante parassite della famiglia delle Orobancaceae che noi stiamo studiando includono alcune delle più devastanti erbe infestanti le colture agricole. La scoperta dell'HGT (=trasferimento orizzontale di DNA) è realmente una parte del nostro sforzo di cercare di meglio comprendere come le piante parassite agiscano e come noi possiamo meglio controllarle. La nostra speranza è di poter utilizzare questa informazione, per trovare le migliori strategie per produrre, o incrociare piante ospiti resistenti'.

Egli aggiunge poi:'Le piante parassite sembrano avere un molto più ampio tasso di trasferimento orizzontale di geni, rispetto alle piante non parassite e pensiamo che ciò sia a causa del molto intimo rapporto di connessione che esse hanno con il loro ospite'.

Dopo aver asportato ogni sorta di sostanza elaborata avente valore nutritivo, le piante parassite prelevano anche RNA e DNA, integrandone una parte nel genoma, come arma da utilizzare contro la pianta ospite'.

I ricercatori hanno diffuso queste informazioni di ricerca tramite il numero del 24 ottobre 2016 degli atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America (PNAS).

Tra le piante parassite più dannose non vi è solo l'Orobanche, ma anche la striga, o Erba Strega (witchweed), una delle maggiori cause di perdita di produzione nell'Africa sub-sahariana (articolo precedentemente pubblicato riguardo questa pianta).

Per identificare i trasferimenti orizzontali di DNA i ricercatori hanno confrontato dei dati che provengono dal Progetto sul Genoma delle Piante parassite, che la Fondazione Nazionale per la Scienza degli Stati Uniti aveva realizzato per analizzare la storia evolutiva di migliaia di geni di piante parassite.

I ricercatori hanno in particolare concentrato l'attenzione sui trascrittomi di piante parassite, cioè le sequenze geniche trascritte in forma di RNA messaggero (destinato alla sintesi proteica), che essi ritenevano essere alla base del trasferimento, essendo in grado di spostarsi tra ospite e pianta parassita.
Le tre piante parassite il cui m-RNA è stato analizzato sono tutte della famiglia delle Orobanchaceae:

Come termine di riscontro è stata utilizzata la pianta non parassita Lindenbergia philippensis e sequenze geniche di anche altre 22 altre piante non parassite.

La fonte riferisce che i ricercatori credevano di poter dimostrare che il trasferimento dell'RNA avveniva tra le piante ospiti utilizzate nelle prove e le piante parassite; ma analizzando le sequenze geniche esterne rinvenute nel genoma delle dette piante parassite, a confronto con gli m-RNA (sequenze omologhe trascritte) provenienti dalle piante ospiti utilizzate nella prova, essi avrebbero dedotto (in assenza di corrispondenza) che le sequenze geniche esterne erano riconducibili ad altre piante precedentemente parassitizzate, il cui DNA era poi stato incorporato all'interno delle piante parassite studiate.

Successivo obbiettivo di questo studio sarà ora di comprendere il meccanismo di trasferimento genico, nella speranza di riuscire prima o poi anche a sviluppare, attraverso l'ingegneria genetica, piante migliorate, in grado di impedire il trasferimento genico orizzontale ed in definitiva di proteggersi dalle piante parassite.

Fonte/i: PennState University (Pennsylvania, USA), 24 ottobre 2016

Autore dell'articolo: , 31 ottobre 2016

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