Un patogeno dirotta il programma di maturazione dei frutti nelle piante di agrumi
Questi risultati aprono la strada a nuovi approcci per combattere il cancro degli agrumi
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Il patogeno batterico Xanthomonas citri, che causa la malattia dell'afta negli agrumi, attiva parti selezionate del programma di maturazione dei frutti all'interno delle foglie infette. Normalmente, questo programma fa sì che gli agrumi si ammorbidiscano e si addolciscano con il rilascio di zuccheri. Ma il batterio dirotta questo macchinario specifico del frutto nel tessuto fogliare infetto, inducendo l'ospite a liberare zuccheri che altrimenti non sarebbero accessibili a Xanthomonas come fonte di nutrimento. Di conseguenza, il patogeno può crescere fino a un centinaio di volte più velocemente. La sofisticata strategia utilizzata dal batterio Xanthomonas per infettare le piante di agrumi è stata scoperta da un team di ricerca internazionale guidato dal professor Thomas Lahaye del Centro di biologia molecolare delle piante dell'Università di Tubinga. Questo studio fornisce nuove conoscenze su come i patogeni microbici dirottano i programmi di sviluppo della pianta ospite per accedere a sostanze nutritive altrimenti inaccessibili. Questi risultati aprono la strada a nuovi approcci per combattere il cancro degli agrumi e sono stati pubblicati sulla rivista Science.
Nella coltivazione di agrumi come limoni, arance e mandarini, il cancro degli agrumi è una delle malattie delle piante più importanti dal punto di vista economico. L'infezione da Xanthomonas citri provoca la comparsa di macchie marroni e pustole piene di liquido sulle foglie e sui frutti degli agrumi colpiti, che assomigliano a piccole ulcere - da qui il nome di afta degli agrumi. Le piante perdono prematuramente le foglie e i frutti infetti, con conseguenti perdite significative di resa. "Era noto che molti patogeni, tra cui i batteri Xanthomonas, prendono di mira gli zuccheri legati alla parete cellulare delle piante", spiega il dottor Trang Phan del Centro di biologia molecolare delle piante dell'Università di Tubinga, primo autore dello studio. "Eravamo interessati ai trucchi che questi piccoli batteri usano per estrarre i nutrienti dalle pareti cellulari della pianta, perché queste rappresentano una barriera protettiva quasi insormontabile per molti patogeni".
Un piccolo investimento con grandi risultati
"Il batterio Xanthomonas citri utilizza un complesso proteico simile a una siringa per iniettare varie pro-teine effettrici nelle cellule vegetali. Queste proteine batteriche manipolano in modo specifico i processi cellulari delle cellule ospiti per promuovere l'infezione", spiega Thomas Lahaye. "Abbiamo studiato una proteina effettrice particolarmente importante che viaggia lungo le autostrade di trasporto interne dell'ospite per entrare nel nucleo cellulare - il centro di controllo della cellula ospite - per capire come promuove l'infezione in quel punto". Una volta all'interno del nucleo, l'effettore batterico attiva la produzione di un regolatore vegetale che attiva un programma di maturazione i cui componenti sono normalmente prodotti solo nei frutti. "Poiché il batterio costringe l'ospite a eseguire questo programma di maturazione specifico per il frutto nelle foglie, gli zuccheri legati alla parete cellulare vengono rilasciati direttamente nell'area in cui cresce il batterio: un chiaro vantaggio nutrizionale che accelera la crescita del batterio", spiega Lahaye.
Trang Phan e il coautore Dr. Jan Grau dell'Istituto di Informatica dell'Università di Halle-Wittenberg hanno valutato congiuntamente gli ampi dati del progetto, in particolare quelli del sequenziamento, utilizzando la bioinformatica. Un confronto dei geni attivati nelle foglie di agrumi infette (programma nativo) e nei frutti in maturazione (programma dirottato) ha rivelato notevoli somiglianze tra i due gruppi di geni. Questi parallelismi hanno dimostrato che il programma attivato dal batterio nelle foglie imita essenzialmente il programma naturale di maturazione dei frutti. Partendo da questa intuizione, il team ha dimostrato che la proteina di controllo degli agrumi - e la sua controparte del pomodoro - attivano programmi di maturazione strutturati in modo simile sia nei pomodori che negli agrumi. "Producendo proteine effettrici che riprogrammano i processi di sviluppo dell'ospite a loro vantaggio, i batteri sono in grado di utilizzare grandi quantità di zuccheri legati alla parete cellulare con poco sforzo", spiega Trang Phan.
Consigli pratici per la coltivazione degli agrumi
Questi approfondimenti sul decorso dell'infezione delle piante di agrumi da parte di Xanthomonas citri e sulla regolazione della maturazione dei frutti forniscono al team di ricerca nuove indicazioni per lo sviluppo di piante resistenti al parassita. "Se da un lato la nostra ricerca mirava a chiarire come il patogeno manipola l'ospite, dall'altro abbiamo acquisito nuove conoscenze su come le piante orchestrano la maturazione dei frutti. Queste conoscenze potrebbero ora servire come base per l'utilizzo di metodi standard di modificazione genetica per mettere a punto il processo di maturazione. In futuro, le nostre scoperte potrebbero aiutare a regolare la durezza e la dolcezza di pomodori e agrumi", afferma Lahaye.
"La ricerca di base fornisce sempre spunti concreti per applicazioni che possono risolvere sfide globali. I nostri ricercatori danno un contributo importante in questo senso", afferma la professoressa Karla Pollmann, presidente dell'Università di Tubinga.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Trang Thi-Thu Phan, Rodrigo Silva Araujo Streit, Gerald V. Minsavage, Joachim Kilian, Paloma de los Angeles Aguilera, Nan Wang, Nicolas Brich,... Mario Tyago Murakami, Chang Liu, Jan Grau, Thomas Lahaye: Xanthomonas coordinates type III–type II effector synergy by activating fruit ripe-ning pathway. Science
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