RICERCA ITALIANA     

Potenziali bersagli molecolari dell'ospite e del patogeno per ottenere piante coltivate resistenti alle malattie

Università degli Studi della Tuscia

Abstract

La produzione di varietà resistenti alle malattie rappresenta un importante contributo per una agricoltura più rispettosa dell'ambiente. In questo ambito, è auspicabile la costituzione di genotipi resistenti rafforzati in quei particolari sistemi naturali di difesa che presiedono al controllo contemporaneo di differenti patogeni. A tal proposito è utile considerare che la parete vegetale costituisce un ostacolo da superare per la maggior parte dei microrganismi fitopatogeni, sia nella fase di penetrazione dell'ospite sia nel corso della colonizzazione del tessuto, e quindi, il suo rafforzamento dovrebbe risultare in un incremento delle capacità difensive della pianta verso un ampio spettro di patogeni. Aumentare la resistenza della componente pectica potrebbe rappresentare un approccio particolarmente efficace poiché perseguibile tramite strategie complementari,in quanto la pectina è il substrato di importanti fattori di patogenicità, come la poligalatturonasi (PG).
In questo progetto di ricerca, il rafforzamento della componente pectica della parete cellulare viene perseguito tramite l’espressione singola o combinata di due inibitori proteici, l’inibitore proteico della poligalattronasi (PGIP) e l’inibitore proteico della pectin metil esterasi (PMEI), in piante coltivate di particolare importanza economica, quale il frumento ed il pomodoro. La PGIP e il PMEI dovrebbero agire in concerto limitando l’attività idrolitica della PG, sia attraverso l’azione >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Renato D'ovidio Università degli Studi della TUSCIA

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto prevede un primo obiettivo generale relativo al potenziamento del sistema di difesa delle piante alle malattie. In particolare, le attività si concentreranno sul potenziamento di fattori normalmente presenti nella parete cellulare dato che questo comparto rappresenta una delle prime barriere che il patogeno incontra nel suo tentativo di colonizzazione del tessuto ospite. Un aspetto rilevante di questo obiettivo risiede nel tanto auspicato trasferimento di conoscenze da piante modello a piante coltivate. Infatti, molte delle conoscenze disponibili nella specie modello Arabidopsis sugli inibitori di parete e sulle modalità di infezione virale verranno verificate su piante coltivate, ed in particolar modo sul frumento e pomodoro, data la loro rilevante importanza economica. Relativamente a quest’ultimo aspetto, uno degli obiettivi intermedi sarà anche la verifica degli eventuali effetti prodotti dalla proposta manipolazione del sistema difensivo su specifiche componenti proteiche e polisaccaridiche, responsabili delle proprietà tecnologiche della farine o semole di frumento.
Questo primo obiettivo generale non ha solo una finalità applicativa ma prevede anche di raggiungere obiettivi conoscitivi sulle modalità di infezione e di difesa del tessuto ospite. Obiettivi intermedi saranno, infatti, l’acquisizione di informazioni relative alle basi molecolari della traslocazione cellula-cellula di tomamovirus e sull’eventuale induzione della risposta di difesa >>>

Risultati parziali attesi

-Mediante l’espressione separata e combinata degli inibitori proteici delle PG (PGIP) e PME (PMEI) saranno ottenute piante di frumento transgenico più resistenti ai patogeni fungini necrotrofi quali Fusarium graminearum, F. culmorum, e Bipolaris sorokiniana e piante di Arabidopsis resistenti a Botrytis cinerea. La possibilità di aumentare la resistenza delle graminacee alle Fusariosi contribuirà a ridurre i livelli di contaminazione da micotossine nei prodotti cerealicoli. La produzione e la qualità del frumento, data la sua rilevante importanza economica potrà beneficiare enormemente di un simile risultato.
-Mediante espressione della PMEI in Arabidopsis e pomodoro sarà ridotta la traslocazione dei Tobamovirus nella pianta e saranno ridotti i sintomi dell’infezione. Questo approccio può essere alternativo all’ottenimento di piante transgeniche resistenti ai virus mediante il meccanismo di silenziamento post-trascrizionale.
- Saranno ottenute dal germoplasma di frumento nuove PGIP capaci di inibire le PG dei funghi.
- Verranno prodotte PGIP mutate mediante PCR “error prone” e mutagenesi sito-diretta più efficienti verso le PG dei funghi. Queste PGIP potranno essere utilizzate per ottenere piante transgeniche più resistenti ai patogeni fungini.
- Saranno ottenuti mutanti di F. verticillioides e di F. graminearum knock-out per i geni pg. La dimostrazione della ridotta virulenza verso le rispettive piante ospiti, supporterà l’importanza di una >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Durante la fase di penetrazione e di colonizzazione dei tessuti vegetali, gli organismi patogeni necrotrofi producono quantità elevate di enzimi che degradano la parete cellulare, e molecole tossiche capaci di determinare la morte del tessuto (Oliver and Ipcho, 2004). Gli enzimi idrolitici, prodotti in sequenza e/o in concerto tra loro, degradano le componenti strutturali della parete vegetale (pectina, emicellulosa e cellulosa) e della lamella mediana (pectina) e permettono al patogeno di crescere intercellularmente e/o di penetrare la parete cellulare. La maggior parte delle ricerche sulle depolimerasi dei funghi riguarda le pectinasi e tra queste la endo-poligalatturonasi (PG) e la endo-pectato e pectin liasi (PL e PML) (Annis e Goodwin, 1997). La capacità di queste pectinasi di macerare il tessuto e la loro espressione nelle prime fasi del processo infettivo le rendono candidati fattori di patogenicità. Esperimenti di distruzione genica hanno dimostrato la loro importanza nella patogenicita' di alcuni funghi (ten Have et al., 1998, Shieh et al., 1997, Rogers et al.,2000; Oeser et al., 2002). In altri casi, verosimilmente a causa della natura poligenica delle pectinasi, i mutanti non mostravano alterazioni nella patogenicità (Di Pietro e Roncero, 1998; Scott-Graig et al., 1998). Non è noto se la distruzione di una specifica attività (es. PG) possa essere compensata dall'aumento di altre attività quali ad esempio PL o PML. Comunemente si ritiene che le pectinasi >>>