RICERCA ITALIANA     

L'APOPLASTO E L'INTEGRAZIONE DI PROCESSI CHE REGOLANO LO SVILUPPO E L'IMMUNITÀ INNATA DELLE PIANTE

Università degli Studi Roma Tre

Abstract

L’obiettivo primario del nostro progetto di ricerca è la comprensione di specifici eventi apoplastici che orchestrano processi di crescita e differenziamento associati allo sviluppo e meccanismi che determinano la capacità delle piante di resistere ai patogeni. Recenti evidenze indicano che i sistemi di percezione nell’apoplasto e di trasduzione di stimoli ormonali, o derivati da patogeni (elicitori), condividano elementi comuni e possano regolare vie di segnalazione coordinate. Le piante si basano per la difesa contro i patogeni su un sistema immunitario innato, analogo a quello degli animali, che include recettori chinasici con domini extracellulari formati da moduli ricchi in leucina (LRR-RLK) implicati nel riconoscimento degli elicitori. Questi includono i “profili molecolari associati ai patogeni” (PAMP) quali la chitina fungina e la flagellina batterica. Gli oligogalatturonidi (OG) sono elicitori di derivazione vegetale (HAMP) rilasciati dall'omogalatturonano della parete cellulare ad opera delle poligalatturonasi (PG) secrete dai patogeni durante le prime fasi di infezione. La formazione di OG è favorita da inibitori proteici delle PG (PGIP) presenti nella parete della cellula vegetale. Gli OG regolano alcuni importanti processi di sviluppo antagonizzando l’azione dell’auxina, e condividono con i PAMP vie di trasduzione e risposte di difesa. L'attivazione del sistema immunitario attraverso il riconoscimento specifico degli elicitori innesca una risposta di >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Riccardo Angelini Università degli Studi ROMA TRE

Obiettivo del Programma di Ricerca

L’obiettivo primario di questo progetto di ricerca è di chiarire specifici eventi apoplastici che orchestrano processi di crescita e differenziamento associati allo sviluppo con i meccanismi che determinano la capacità delle piante di resistere ai patogeni. L’evidenza che il co-recettore dei brassinosteroidi BAK1 sia necessario per la funzione di recettori coinvolti nell’immunità innata nella percezione nell’apoplasto di elicitori, quali i pattern molecolari associati ai patogeni (PAMP), e che questa interazione sia alla base di un processo di regolazione integrata della crescita e delle risposte di difesa, propone una nuova ottica di studio nell’ampio campo di ricerca che analizza i meccanismi fondamentali dello sviluppo e dell’immunità innata delle piante. Il dualismo difesa/sviluppo concerne anche gli elicitori di derivazione vegetale (HAMP: Host-Associated Molecular Patterns) quali gli oligogalatturonidi (OG). Gli OG, che regolano alcuni importanti processi di sviluppo e condividono con alcuni PAMP vie comuni di attivazione di risposte di difesa, sono rilasciati dall'omogalatturonano della parete cellulare ad opera delle poligalatturonasi (PG), secrete dai patogeni durante le prime fasi di infezione, grazie alla modulazione da parte di inibitori proteici apoplastici [PG inhibiting proteins (PGIP)]. Anche la produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) rappresenta una risposta comune all’attivazione dei meccanismi di difesa (PAMP e HAMP inducono burst >>>

Risultati parziali attesi

OBIETTIVO A. CARATTERIZZAZIONE STRUTTURALE DELLE INTERAZIONI PG-PGIP E DELLE PROTEINE CHE MEDIANO IL RICONOSCIMENTO DEI PAMP E HAMP. STUDIO DELLA VIA DI SEGNALAZIONE REGOLATA DAGLI OG.

A. 1. IDENTIFICAZIONE E CARATTERIZZAZIONE DI “HOT SPOTS” PER L’INTERAZIONE PG-PGIP
-Ci aspettiamo di identificare i requisiti strutturali minimi di PGIP per l’interazione con le diverse PG fungine.
-Ottenimento di mutanti di PGIP2 in grado di inibire PG che attualmente PGIP2 non riconosce.

A. 2. CRISTALLIZZAZIONE DEL COMPLESSO PG-PGIP2: UN APPROCCIO CHIMERICO
-L’aspettiva minima è quella di ottenere cristalli che diffrangano del complesso PG-PGIP e possibilmente di risolvere la struttura nei limiti temporali del progetto

A. 3. ANALISI STRUTTURALE DELL’INTERAZIONE FLS2-FLG22
-Il risultato atteso minimo sarà di aver ottenuto per la fine del progetto un sistema di espressione eterologa e di purificazione di FLS2-LRR e di aver testato su questo costrutto l’intero screen di prove di cristallizzazione in nostro possesso, sia per FLS2-LRR da sola che in complesso con flg22.
-Eventuali analisi cristallografica di FLS2-LRR sia da sola che in complesso con flg22.
- Disponibilità di costrutti per l’espressione di 2 recettori chimerici FLS2/EFR, fusi e non con GFP, e di piante transgeniche di Arabidopsis ecotipo Wassiliewskija (Ws, che normalmente non risponde alla flagellina) che esprimono questi recettori o la fusione >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L’apoplasto delle cellule vegetali, costituito principalmente dalla parete cellulare e dall’interfaccia membrana plasmatica/parete, è sede di importanti eventi di percezione e segnalazione sia di stimoli endogeni associati ai processi differenziativi e di sviluppo che stimoli esogeni associati agli stress biotici ed abiotici (23, 41). Recenti evidenze sperimentali indicano che i sistemi deputati alla percezione e trasduzione di questi stimoli siano spesso associabili e possano orchestrare vie di segnalazione che regolano in modo coordinato processi di differenziamento e risposte di difesa (11).

L’IMMUNITA’ INNATA.
In assenza di un sistema immunitario adattativo, le piante si basano per la difesa contro i patogeni su un sistema immunitario innato, analogo a quello identificato negli animali (36). Elementi principali di questo sistema sono i recettori codificati dalla linea germinale (PRR); questi sono implicati nel riconoscimento di molecole prodotte dal patogeno e definite "elicitori" (elicitori generici ed elicitori pianta-genotipo specifici). Gli elicitori generici includono i cosiddetti pattern molecolari associati ai patogeni (PAMP) quali la chitina fungina, la flagellina batterica. Gli oligogalatturonidi (OG), elicitori di derivazione vegetale (HAMP: Host-Associated Molecular Patterns), sono invece rilasciati dall'omogalatturonano della parete cellulare ad opera delle poligalatturonasi (PG) secrete dai patogeni durante le prime fasi >>>