Gli scienziati del Max Planck Institute for Plant Breeding Research e dell'Università di Colonia in Germania, insieme ai colleghi cinesi, hanno svelato come il grano si protegge da un patogeno mortale. Le loro scoperte, pubblicate sulla rivista Nature , potrebbero essere sfruttati per rendere importanti specie di colture più resistenti alle malattie.

In quanto alimento base per il 40 % della popolazione mondiale, è difficile sopravvalutare l'importanza del grano per la sicurezza alimentare.

La resilienza delle colture in un clima che cambia e la resistenza alle malattie infettive saranno i fattori limitanti per la futura stabilità alimentare. Nel caso del grano, uno degli agenti patogeni più significativi dal punto di vista economico è la ruggine del gambo, un fungo vizioso che può avere effetti devastanti sui raccolti.

Sebbene la ruggine degli steli abbia infettato il grano fin dall'epoca precristiana, grazie agli sforzi di allevatori e fitopatologici è stato possibile prevenire eventuali epidemie significative nelle principali aree di coltivazione del grano del mondo negli ultimi 50 anni del 20 ^esimo secolo. Sfortunatamente, questo quadro roseo è andato in frantumi nel 1998, con l'emergere di una nuova variante altamente virulenta della ruggine del gambo del grano in Uganda.

L'Ug99, come è noto, può aggredire fino all'80% delle varietà di frumento mondiali determinando, in alcuni casi, la completa perdita di resa dei campi infetti. Nel tentativo di fornire alle colture una resistenza contro i patogeni vegetali nuovi ed emergenti, gli scienziati e gli allevatori delle piante spesso setacciano le varietà selvatiche di alcune delle nostre colture di base alla ricerca di geni che possano fornire un'immunità efficace. L'emergere dell'Ug99 ha dato un impulso particolare a tali sforzi e ha portato all'identificazione di Sr35, un gene che protegge dall'Ug99 quando viene introdotto nel grano tenero.

Ora, gli scienziati guidati da Jijie Chai e Paul Schulze-Lefert dell'Università di Colonia e del Max Planck Institute for Plant Breeding Research di Colonia, in Germania, e Yuhang Chen dell'Accademia cinese delle scienze, in Cina, hanno decodificato la struttura dell'Sr35 proteine ​​del grano. Questo ha permesso loro di spiegare come Sr35 protegge il grano Farro contro l'Ug99.

Sr35 è un esempio di un recettore della ripetizione ricca di leucina (NLR) che lega nucleotide all'interno delle cellule vegetali che rileva la presenza di agenti patogeni invasori. L'attivazione di NLR è innescata dal riconoscimento di "effettori" patogeni, piccole proteine ​​che vengono consegnate nelle cellule vegetali invadendo i microrganismi al fine di indebolire la pianta. Ogni NLR in genere si lega a un tipo di effettore.

Quando Sr35 viene attivato, cinque recettori si assemblano in un grande complesso proteico, che i ricercatori chiamano "resisosoma Sr35". Tali resistosomi hanno la capacità di agire come canali nella membrana cellulare vegetale. Questa attività del canale mette in moto potenti risposte immunitarie che culminano nel suicidio delle cellule vegetali nel sito dell'infezione come una sorta di sacrificio di sé per proteggere il resto della pianta.

In questo studio, i ricercatori sono riusciti per la prima volta a risolvere la struttura e descrivere la funzione immunitaria di un resistosoma di una specie vegetale.

Gli scienziati hanno iniziato sintetizzando sia Sr35 che il suo corrispondente effettore Ug99 in cellule di insetti, una strategia che ha permesso loro di isolare e purificare grandi quantità di resistosomi Sr35, e hanno utilizzato la microscopia elettronica criogenica, una tecnica in cui i campioni vengono congelati a temperature criogeniche consentendo il determinazione di strutture biomolecolari a risoluzione atomica.

Alexander Förderer, che ha guidato lo studio, afferma:"Nella struttura di Sr35 potremmo identificare quelle parti della proteina che sono importanti per il riconoscimento dell'effettore Ug99. Con questa intuizione, spero che possiamo generare nuovi NLR che possono essere applicati sul campo proteggere le varietà di grano d'élite dall'Ug99 e contribuire in questo modo alla sicurezza alimentare globale."

Forti della loro conoscenza della struttura del resistosoma Sr35, Alexander Förderer e i suoi coautori Ertong Li e Aaron W. Lawson hanno deciso di determinare se ora potevano riutilizzare i recettori non funzionali di varietà suscettibili d'élite di orzo e grano per riconoscere l'Ug99 effettore. Si sono posati su due proteine ​​che, sebbene simili a Sr35, non riconoscono Ug99. Quando si sono scambiati gli elementi di Sr35 noti per contattare l'effettore Ug99, gli scienziati hanno potuto trasformare queste proteine ​​in recettori per l'effettore Ug99.

Secondo Paul Schulze-Lefert, "Questo studio illustra anche come la natura abbia utilizzato un principio di progettazione comune per costruire recettori immunitari. Allo stesso tempo, questi recettori si sono evoluti in modo tale da mantenere la flessibilità per generare nuove varianti recettoriali che può fornire immunità ad altri agenti patogeni microbici come virus, batteri o nematodi".

Jijie Chai sottolinea che le intuizioni acquisite in questo studio "aprono l'opportunità di migliorare la resistenza delle colture ingegnerizzando proteine ​​​​di resistenza delle piante che riconoscono una serie di diversi effettori patogeni". + Esplora ulteriormente

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