Di recente, gli scienziati dell'Accademia cinese delle scienze hanno riassunto i recenti progressi della ricerca sulle risposte di difesa delle colture orticole ai patogeni fungini e nuove strategie per regolare l'induzione della resistenza delle piante, nonché problemi, sfide e direzioni di ricerca future.

I fitochimici con effetti antimicrobici sono componenti importanti dei sistemi di difesa delle piante. Tra questi fitochimici, le fitoalessine sono indotte da fattori esterni, mentre le fitoanticipine si verificano naturalmente o aumentano dopo l'induzione. I fitochimici antimicrobici sono classificati in base alla loro struttura chimica e sono principalmente fenolici, flavonoidi, cumarine, lignine, terpenoidi, alcaloidi, glucosinolati e stilbeni. I fenolici ei flavonoidi sono metaboliti secondari che costituiscono uno dei gruppi più comuni ed estesi di sostanze fitochimiche. Questi composti inibiscono i patogeni inducendo la perossidazione lipidica della membrana, che interrompe la permeabilità della membrana cellulare fungina e la funzione mitocondriale. Allo stesso modo, i terpenoidi inibiscono la crescita dei funghi e inducono anche resistenza alle malattie. Anche gli altri fitochimici mostrano un'attività antimicotica ad ampio spettro forte e stabile, suggerendo che potrebbero essere sviluppati come alternative ai fungicidi chimici.

Quando i patogeni fungini penetrano nelle barriere fisiche modificando o degradando le pareti delle cellule ospiti, i recettori di riconoscimento del pattern (PRR) possono riconoscere i pattern molecolari associati al danno (DAMP) conservati dalle piante o i pattern molecolari associati ai patogeni (PAMP) dai patogeni e attivare l'immunità innescata dal pattern (PTI). I patogeni fungini possono secernere effettori o fattori di virulenza, che possono essere riconosciuti dalle proteine ​​​​legate ai nucleotidi e ricche di leucina ripetute (NB-LRR o NLR) e da altre proteine ​​​​di resistenza delle piante (R). Tale riconoscimento può comportare un'ulteriore immunità attivata dall'effettore (ETI), che è postulata come una risposta PTI accelerata e amplificata. Un numero vario di geni NB-LRR mostra modelli evolutivi speciali tra le specie vegetali. Ad oggi, solo pochi geni NB-LRR sono stati confermati per funzionare in risposta a patogeni fungini. Un'ulteriore esplorazione approfondita dei potenziali NB-LRR e dei loro meccanismi d'azione potrebbe arricchire sostanzialmente il nostro arsenale per contrastare i patogeni fungini.

Per prevenire un'ulteriore invasione di agenti patogeni fungini, le piante hanno sviluppato una serie di risposte che includono la risposta ipersensibile (HR), la modifica della parete cellulare, la chiusura dello stoma, la deposizione di callosi, la produzione di fitoalessina e la degradazione della tossina. Dopo che le risposte di difesa locale sono state indotte, la segnalazione sistemica può attivare la resistenza in altri tessuti adiacenti. Sia PTI che ETI possono innescare la produzione e il trasporto a lunga distanza di molecole di segnalazione per indurre la resistenza acquisita sistemica (SAR) e la resistenza indotta da erbivori (HIR). Il SAR è mediato principalmente dalla segnalazione dell'acido salicilico (SA) e, in misura minore, dall'acido N-idrossipipecolico (NHP). A differenza del SAR, l'HIR è modulato dall'acido jasmonico (JA) e dall'etilene (ET). Il crosstalk tra SA, JA ed ET, sia sinergico che antagonistico, è comune e cruciale per le risposte di difesa contro i patogeni fungini.

L'uso eccessivo di fungicidi e agenti antimicrobici tradizionali ha aumentato la resistenza dei patogeni a questi composti e minaccia anche la sicurezza alimentare e l'ambiente. Pertanto, devono essere sviluppate nuove strategie per un controllo efficiente delle malattie per soddisfare i requisiti per lo sviluppo sostenibile del settore agricolo. Gli ultimi studi indicano che l'induzione della resistenza intrinseca nelle colture orticole attraverso elementi normativi è sia fattibile che efficiente. La scoperta del traffico di RNA tra i regni ha fornito nuove prospettive per la protezione delle colture. Il fungo necrotrofico B. cinerea può produrre piccoli RNA (sRNA) che funzionano come effettori per sopprimere l'immunità dell'ospite. A loro volta, le piante ospiti introducono sRNA in B. cinerea tramite vescicole extracellulari che sopprimono l'espressione dei geni associati alla patogenicità. La sovraespressione o il knockdown degli sRNA dell'ospite trasferiti può promuovere o ridurre la resistenza dell'ospite. L'RNA a doppio filamento ambientale (dsRNA) può essere assorbito da molti microbi eucariotici con efficienza variabile e l'applicazione topica di dsRNA con un'elevata efficienza di assorbimento dell'RNA può inibire notevolmente i sintomi delle malattie delle piante.

Il controllo traslazionale dell'mRNA attraverso la modifica di elementi regolatori può essere un altro modo efficiente per indurre resistenza nelle colture orticole. I frame di lettura aperti a monte (uORF) hanno ruoli regolatori diffusi nella modulazione della traduzione dell'mRNA negli eucarioti. Inoltre, linee di piante prive di transgene con caratteristiche migliorate sono facilmente ottenute con CRISPR/Cas9, che ha ampie implicazioni per il miglioramento delle colture. Poiché gli uORF si trovano ampiamente negli mRNA eucariotici, questi elementi regolatori potrebbero essere manipolati per aumentare la resistenza ad ampio spettro con effetti negativi minimi sulla crescita normale, promuovendo sostanzialmente il miglioramento genetico delle colture orticole.

"A causa dell'importanza della malattia fungina nella perdita pre e post-raccolta delle colture orticole, ci siamo concentrati sulle interazioni pianta-patogeno e sulla tecnologia di controllo. Inoltre, lo sviluppo e l'applicazione delle tecnologie omiche hanno fornito ampi set di dati a più livelli, che si sono ulteriormente ampliati approfondimenti sulle risposte di difesa contro i patogeni fungini", ha affermato il prof. Tian. Il documento di revisione ha anche esaminato i limiti degli studi precedenti e proposto direzioni di ricerca future per il miglioramento genetico della resistenza nelle colture orticole.

La ricerca è stata pubblicata in Horticulture Research .