La pianta parassita che prende il controllo dei geni della pianta ospite

Una regolazione genica che potrebbe fornire un metodo per progettare le piante resistenti ai parassiti

[4 gennaio 2018]

Le cuscuta (dodder), un genere di piante parassite appartenente alla famiglia delle Convolvulaceae che ogni anno causano gravi danni alle colture, possono ridurre al silenzio l’espressione dei geni nelle piante ospiti dalle quali ottengono acqua e sostanze nutritive. Questa regolazione interspecie, che include i geni che contribuiscono alla difesa della pianta ospite contro i parassiti, non era mai stata osservata in una pianta parassita. Comprendere come avviene questa presa di controllo genetica potrebbe fornire ai ricercatori un metodo per progettare le piante resistenti al parassita.

Uno studio finanzato dall’U.S. National Science Foundation e dall’U.S. National Institute of Food and Agriculture che descrive la ricerca effettuata da un team di scienziati della Pennsylvania State University e del Virginia Tech è pubblicato oggi su Nature.

Il principale autore dello studio, Michael J. Axtell, che insegna biologia alla Pennsylvania State University, spiega che «Il dodder è un parassita obbligato, il che significa che non può vivere da solo. A differenza della maggior parte delle piante che ottengono energia attraverso la fotosintesi, le cuscuta  estraggono l’acqua e i nutrienti dalle altre piante connettendosi al sistema vascolare ospite utilizzando strutture chiamate haustoria. Siamo stati in grado di dimostrare che, oltre alle sostanze nutritive che fluiscono nel dodder dalla pianta ospite attraverso la haustoria, il dodder passa i microRNA alla  sua pianta ospite, il che regola l’espressione dei geni ospiti in modo molto diretto»

I ricercatori statunitensi spiegano che I microRNA sono brevissimi pezzetti di acido nucleico – il materiale del DNA e dell’RNA – che possono legarsi a RNA messaggeri che codificano le  proteine. Questo legame del microRNA all’RNA messaggero impedisce che la proteina venga prodotta, bloccando direttamente il processo o innescando altre proteine ​​che tagliano l’RNA messaggero in pezzi più piccoli. È importante sottolineare che i piccoli resti dell’RNA messaggero possono quindi funzionare come microRNA aggiuntivi, legandosi ad altre copie dell’RNA messaggero, causando ulteriore silenziamento genico».

James H. Westwood, professore di patologia vegetale, fisiologia e scienza delle infestanti al Virginia Tech, sottolinea che  «Quando entra in contatto con la pianta ospite, il dodder sembra attivare l’espressione di questi microRNA. La cosa veramente interessante è che i microRNA mirano specificamente ai geni ospiti coinvolti nella difesa della pianta contro il parassita».

Quando una pianta viene attaccata da un parassita attua diversi meccanismi di difesa. In uno di questi meccanismi, simili alla coagulazione del sangue dopo un taglio, le piante producono una proteina che coagula il flusso delle sostanze nutritive dove è attaccata dal parassita. Il microRNA della cuscutar bersaglia l’RNA messaggero che codifica questa proteina, che quindi aiuta a mantenere un flusso di nutrienti accessibile al parassita. Il gene che codifica per questa proteina coagulante ha una sequenza molto simile in molte specie di piante e i ricercatori hanno dimostrato che la pianta parassita può rendere innocua questa proteina coagulante e quindi parassitare una grande varietà di specie vegetali.

I ricercatori hanno sequenziato tutti i microRNA presenti nel tessuto della pianta parassita, della pianta ospite e di una combinazione di entrambe. Confrontando i dati del sequenziamento provenienti da queste tre fonti, sono stati in grado di identificare i microRNA della cuscuta che erano penetrati nel tessuto vegetale. Hanno poi misurato la quantità di RNA messaggero di geni che erano stati presi di mira dai microRNA della cuscuta e hanno visto che il livello di RNA messaggero dell’ospite era ridotto quando erano presenti i microRNA di dodder.

Axtel conclude: «Insieme ai precedenti esempi di un piccolo scambio di RNA tra funghi e piante, i nostri risultati implicano che questa regolazione genica interspecie potrebbe essere più diffusa in altre interazioni tra parassiti e piante. Quindi, con questa conoscenza, il sogno è che alla fine potremmo usare la tecnologia di modifica dei geni per modificare i siti di destinazione dei microRNA nelle piante ospiti, impedendo ai microRNA di legare e silenziare questi geni. In questo modo, l’ingegneria della resistenza al parassita potrebbe ridurre l’impatto economico del parassita sulle piante coltivate».