Alcuni ricercatori sostenuti dall’UE hanno scoperto che quando agiscono in isolamento, entrambi i sistemi immunitari di una pianta risultano inefficaci contro i batteri. Se invece uniscono le forze, i due meccanismi di difesa forniscono una forte resistenza contro gli attacchi degli agenti patogeni.
Le piante utilizzano due tipi di recettori immunitari per individuare le infezioni: i recettori sulla superficie della cellula e i recettori all’interno della cellula. I recettori della superficie cellulare individuano le molecole derivate da patogeni che si raccolgono tra le cellule vegetali, attivando la prima linea di difesa della pianta denominata immunità innescata da pattern (PTI, Pattern-Triggered Immunity). I recettori intracellulari rilevano le proteine effettrici batteriche che invadono le cellule ospiti della pianta per sopprimere i meccanismi di difesa dell’ospite e aiutare l’agente patogeno a sopravvivere. L’immunità attivata in questo caso è denominata immunità innescata da effettori (ETI, Effector-Triggered Immunity).
Ad oggi, i ricercatori si sono concentrati principalmente sulla PTI, ovvero l’immunità prodotta dai recettori della superficie cellulare, indagando raramente su quella mediata solo dai recettori intracellulari. Inoltre, non sono riusciti a delineare un quadro chiaro delle interazioni tra questi due meccanismi di difesa. Gli scienziati supportati dai progetti ImmunityByPairDesign e PERFECTION, finanziati dall’UE, hanno scoperto che ogni percorso immunitario che agisce da solo non è sufficiente a fornire una resistenza efficace contro i batteri. Quando tuttavia entrambi i meccanismi vengono attivati insieme, il batterio viene contrastato.
Il team di ricerca ha compiuto questo passo in avanti studiando l’immunità innescata da effettori senza indurre l’immunità innescata da pattern. A tal fine, è stata ingegnerizzata la pianta modello Arabidopsis thaliana, o arabetta comune, per utilizzare una sostanza chimica che avrebbe avviato la produzione di proteine effettrici all’interno delle cellule vegetali. Le proteine erano quelle di un batterio patogeno chiamato Pseudomonas syringae. «Il sistema effettore inducibile è stato generato inizialmente per studiare l’ETI senza interferenze da PTI. Tuttavia, ciò che abbiamo visto all’inizio non aveva senso perché l’immunità innescata da effettori da sola non sembrava fare molto. Abbiamo poi reintrodotto l’immunità innescata da pattern nel sistema e improvvisamente tutto è diventato chiaro», ha osservato Bruno Pok Man Ngou, ricercatore presso il The Sainsbury Laboratory (TSL), la sede britannica che ospita il progetto, in un articolo pubblicato sul sito web del TSL.È stato riscontrato che, mentre i due distinti meccanismi di difesa fornivano una difesa inadeguata quando agivano da soli, se combinati insieme si potenziavano a vicenda per fornire una forte resistenza contro il patogeno delle piante. Più specificamente, quando i recettori della superficie cellulare riconoscono un agente patogeno, attivano più proteine chinasi e nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADPH) ossidasi, componenti importanti nella risposta di una pianta agli attacchi dei patogeni. Il team ha scoperto che quando i recettori intracellulari a loro volta rilevano la presenza di effettori patogeni, aumentano l’abbondanza di protein-chinasi e NADPH ossidasi attraverso vari meccanismi. Allo stesso modo, la risposta dell’immunità innescata da effettori ipersensibile che dipende dai recettori intracellulari è notevolmente migliorata attraverso l’attivazione dei recettori sulla superficie cellulare.
Jonathan Jones, scienziato senior e professore sempre presso il TSL, ha dichiarato: «È stato un privilegio lavorare a questo importante progetto con un meraviglioso team di coautori. Da quando abbiamo operato una distinzione tra le difese attivate dai recettori della superficie cellulare e dai recettori intracellulari (PTI ed ETI) 15 anni fa, le domande sulle modalità di interazione di queste difese e su ciò che fa l’ETI in assenza della PTI sono rimaste senza risposta».
Questo lavoro migliorerà la comprensione scientifica dell’immunità delle piante e contribuirà alla produzione di colture più forti e resistenti alle malattie. I risultati della ricerca sono stati pubblicati all’interno della rivista «Nature».
PERFECTION (Probing mechanisms of pathogen effector recognition by plant Resistance proteins to elevate defence gene activation) si è concluso nel 2018. Il progetto ImmunityByPairDesign (Design and redesign of a plant immune receptor complex), della durata di sei anni, si concluderà a settembre 2021.
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