RICERCA ITALIANA     

Struttura e funzioni nella patogenesi di proteine non catalitiche prodotte da Funghi e Oomiceti fitopatogeni.

Università degli Studi di Firenze

Abstract

L’evoluzione delle piante terrestri è stata caratterizzata dall’acquisizione da parte delle piante di una risposta primaria di resistenza che i è evoluta per riconoscere aspetti comuni (Pathogen-Associated Molecular Patterns = PAMP) dei microrganismi fitopatogeni ed è nota come resistenza attivata dai PAMP (PAMP-triggered resistance = PTR). Il riconoscimento da parte delle piante dei PAMP induce le piante a mettere su un sistema di difesa altamente efficace contro la maggior parte dei potentiali microrganismi fitopatogeni. La PTR è associata con una serie di eventi capaci di bloccare la crescita del patogeno, cioè la segnalazione delle MAP kinasi, la sovraespressione di geni correlati con la difesa, la produzione di specie reattive d’ossigeno e il deposito di callosio per rafforzare la parte cellulare nel sito d‘infezione. Molto lavoro è stato fatto per catalogare le molecole dei microrganismi che attivano la PTR; le evidenze sperimentali indicano che i PAMP hanno una unzione essenziale per la vita dei microrganismi e sono strutturalmente conservati in un vasto range di patogeni. Lo studio delle risposte di resistenza delle piante include un interesse scientifico di base (vedi le similarità tra l’immunità innata tra animali e piante) e una generale attenzione per l’utilizzazione pratica delle conoscenze acquisite nei programmi di difesa delle colture agrarie e forestali. Diverse proteine a basso peso molecolare, prive di attività catalitica ma comunque molto attive nei >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Aniello Scala Università degli Studi di FIRENZE

Obiettivo del Programma di Ricerca

Diverse proteine a basso peso molecolare, prive di attività catalitica ma comunque molto attive nei confronti delle piante, vengono prodotte dai funghi fitopatogeni. Queste proteine possono sia indurre necrosi cellulare che sopprimere i sistemi di difesa della pianta oppure modificare la struttura della membrana cellulare. In diversi casi queste proteine stimolano i sistemi difensivi della pianta inducendo la sintesi di fitoalessine , agendo direttamente contro il patogeno. Templeton e coll. (1994, MPMI 7:320-325) hanno classificato le proteine prodotte da funghi fitopatogeni secondo i seguenti parametri: a) numero dei residui di cisteina (4-8 o più), b) il peso molecolare relativamente piccolo (<150 aminoacidi) e c) il ruolo di queste proteine nella patogenicità. Fino ad ora nelle più importanti Protein Data Bases sono riportate quattro famiglie di queste proteine: le idrofobine, la famiglia della cerato-platanina, la famiglia della PcF e le elicitine. Differentemente da quanto si può pensare, le proteine AVR codificate dai geni di avirulenza, Flor’s sensu, non possono essere inserite fra queste famiglie avendo fra di loro una grande differenza di sequenza aminoacidica. Lo scopo generale di questo Progetto è quello di approfondire il ruolo patogenico o nella fitness di tre proteine extracellulari e biologicamente attive, prodotte da Ascomiceti fitopatogeni oppure, in un caso, da Oomiceti. Queste proteine sono state oggetto di molti studi da parte di Ricercatori >>>

Risultati parziali attesi

1. La costituzione e conservazione di una collezione di numeri ceppi fungini appartenenti ai generi Ceratocystis, Ophiostoma, Aspergillus and Geosmithia, questi ultimi anche in seguito ad un estensivo campionamento in diverse localià italiane da aggiungere ai 40 isolati ricevuti dal dott. Miroslav Kolarik, Department of Botany, Faculty of Science, Charles University, Republica Ceka.
2. Realizzazione di saggi biologici ripetibili, capaci di verificare la capacità di alcune proteine appartenenti alla famiglia della cerato-platanina ti indurre la sintesi di fitoalessine, la necrotizzazione di cellule vegetali, la morte cellulare programmata, la sovra-espressione di geni e di proteine correlate con la difesa, la resistenza localizzata e/o sistemica a patogeni in piante adulte e in giovani piante micro-propagate di platano e in pioppo.
3. Sviluppo di un approccio proteomico (2D-elettroforesi e identificazione delle proteine tramite spettrometria di massa) e della tecnologia dei microarrays per studiare rispettivamente le proteine e i geni sovraespressi.
4. Sviluppo di saggi di RT-PCR con lo scopo di conoscere l’espressione spazio-temporale di geni del platano e del pioppo coinvolti nella reazione di difesa elicitata da CP e da suoi omologhi anche con lo scopo di trovare eventuali differenze nelle attività tra le proteine saggiate.
5. Realizzazione di saggi biologici ripetibili, capaci di verificare la capacità di PcF e di sue forme mutate di indurre la >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Le piante terrestri si sono co-evolute con i microrganismi fin dall’inizio della colonizzazione della terra avvenuta circa 700 milioni di anni fa (Heckman et al 2001, Science 293:1129-1133) e questa co-evoluzione è stata caratterizzata dall’acquisizione da parte delle piante di meccanismi di difesa estremamente efficienti contro la maggior parte dei microrganismi potenzialmente patogenici (Chisholm et al 2006, Cell 124:803-814). La risposta primaria di resistenza prende il nome di resistenza indotta dai PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns-Triggered Resistence, PTR) e si è evoluta per riconoscere caratteristiche comuni dei patogeni mediante recettori della pianta ospite. L’ulteriore evoluzione di proteine secrete dai patogeni ha portato all’acquisizione da parte della pianta di proteine che riconoscono in maniera specifica questi effettori batterici, fungini e virali. Questo reciproco riconoscimento tra effettori del patogeno (proteine AVR) e proteine della pianta (proteine R) è stato definito geneticamente da Flor come meccanismo di resistenza “gene per gene” (Flor 1971, Annu Rev Phytopathol 9:275-296). In presenza dell’associazione AVR-R prende inizio un meccanismo di segnalazione, e la resistenza dell’ospite viene attivata. In assenza di questa interazione il patogeno elude il riconoscimento da parte dell’ospite e prolifera all’interno dell’ospite determinando l’instaurarsi della malattia. Inoltre le piante hanno evoluto dei meccanismi di difesa sistemica >>>