cuscuta, una pianta parassita che ogni anno causa gravi danni alle colture negli Stati Uniti e nel mondo, può silenziare l'espressione dei geni nelle piante ospiti da cui ottiene acqua e sostanze nutritive. Questa regolazione genica tra specie diverse, che include geni che contribuiscono alla difesa della pianta ospite contro i parassiti, non è mai stato visto prima da una pianta parassita. La comprensione di questo sistema potrebbe fornire ai ricercatori un metodo per progettare piante resistenti al parassita. Un documento che descrive la ricerca di un team che include scienziati della Penn State e della Virginia Tech appare il 4 gennaio. 2018 sulla rivista Natura .

"Dodder è un parassita obbligato, nel senso che non può vivere da solo, " ha detto Michael J. Axtell, professore di biologia alla Penn State e autore dell'articolo. "A differenza della maggior parte delle piante che ottengono energia attraverso la fotosintesi, la cuscuta sottrae acqua e sostanze nutritive da altre piante collegandosi al sistema vascolare ospite mediante strutture chiamate haustoria. Siamo stati in grado di dimostrare che, oltre ai nutrienti che fluiscono nella cuscuta dalla pianta ospite attraverso l'austoria, dodder passa microRNA nella sua pianta ospite che regolano l'espressione dei geni ospiti in modo molto diretto".

I microRNA sono frammenti molto brevi di acido nucleico, il materiale di DNA e RNA, che possono legarsi agli RNA messaggeri che codificano per le proteine. Questo legame del microRNA all'RNA messaggero impedisce la produzione della proteina, bloccando direttamente il processo o attivando altre proteine ​​che tagliano l'RNA messaggero in pezzi più piccoli. È importante sottolineare che i piccoli resti dell'RNA messaggero possono quindi funzionare come microRNA aggiuntivi, legame con altre copie dell'RNA messaggero, causando un ulteriore silenziamento genico.

"Dodder sembra attivare l'espressione di questi microRNA quando entra in contatto con la pianta ospite, " ha detto James H. Westwood, professore di patologia vegetale, fisiologia, e scienza delle infestanti al Virginia Tech e un altro autore dell'articolo. "Ciò che è stato davvero interessante è che i microRNA prendono di mira in modo specifico i geni dell'ospite che sono coinvolti nella difesa della pianta contro il parassita".

Quando una pianta viene attaccata da un parassita avvia una serie di meccanismi di difesa. In uno di questi meccanismi, simile alla coagulazione del sangue dopo un taglio, le piante producono una proteina che coagula il flusso di nutrienti verso il sito del parassita. Il microRNA della cuscuta prende di mira l'RNA messaggero che codifica per questa proteina, che poi aiuta a mantenere un libero flusso di nutrienti al parassita. Il gene che codifica per questa proteina di coagulazione ha una sequenza molto simile in molte specie vegetali, ei ricercatori hanno dimostrato che il microRNA della cuscuta prende di mira le regioni della sequenza genica che sono le più conservate tra le piante. A causa di ciò, la cuscuta può probabilmente mettere a tacere questa proteina della coagulazione, e quindi parassitizzare, una grande varietà di specie vegetali.

I ricercatori hanno sequenziato tutti i microRNA nel tessuto dal solo parassita, la sola pianta ospite, e una combinazione di due. Confrontando i dati di sequenziamento di queste tre fonti, sono stati in grado di identificare i microRNA della cuscuta che erano entrati nel tessuto vegetale. Hanno quindi misurato la quantità di RNA messaggero dei geni presi di mira dai microRNA di cuscuta e hanno visto che il livello di RNA messaggero dell'ospite era ridotto quando erano presenti i microRNA di cuscuta.

"Insieme ai precedenti esempi di piccoli scambi di RNA tra funghi e piante, i nostri risultati implicano che questa regolazione genica tra specie può essere più diffusa in altre interazioni pianta-parassita, " disse Axtell. "Allora, con questa conoscenza, il sogno è che alla fine potremmo usare la tecnologia di editing genetico per modificare i siti bersaglio dei microRNA nelle piante ospiti, impedendo ai microRNA di legarsi e silenziare questi geni. La resistenza ingegneristica al parassita in questo modo potrebbe ridurre l'impatto economico del parassita sulle piante coltivate".