Il fungo Ustilago maydis attacca il mais e può causare danni significativi al suo ospite. Per fare questo, prima assicura che la pianta offra poca resistenza all'infezione. La precisione chirurgica che applica è dimostrata da un nuovo studio dell'Università di Bonn, ora pubblicato sulla rivista New Phytologist . Nel lavoro sono stati coinvolti anche l'Istituto Gregor Mendel di Vienna e l'Istituto Leibniz di genetica vegetale e ricerca sulle piante coltivate a Gatersleben.

Ustilago maydis attacca e si riproduce nelle parti aeree della pianta del mais. Nel sito dell'infezione si forma spesso un'enorme crescita di tessuto simile a un tumore. Queste galle possono raggiungere le dimensioni della testa di un bambino. Le crescite sono innescate da molecole rilasciate dal fungo, chiamate effettori. Manipolano il metabolismo della pianta e sopprimono il suo sistema immunitario. Promuovono anche la crescita e la divisione cellulare nel mais. Per fare ciò, interferiscono con una via di segnalazione vegetale regolata dall'ormone vegetale auxina.

"Il fungo utilizza questa via di segnalazione dell'auxina per i propri scopi", spiega il Prof. Dr. Armin Djamei, che dirige il Dipartimento di Patologia Vegetale presso l'Istituto INRES dell'Università di Bonn. "Questo perché l'enorme crescita del tessuto divora energia e risorse che poi mancano per la difesa contro Ustilago maydis. Inoltre, il fungo trova un apporto ideale di nutrienti nelle escrescenze e lì può moltiplicarsi bene". La formazione delle galle caratteristiche è quindi decisamente nell'interesse del patogeno.

"Volevamo quindi scoprire come il fungo promuove questi processi di proliferazione", afferma Djamei. "Per fare questo, abbiamo cercato materiale genetico nel fungo che gli consenta di controllare la via di segnalazione dell'auxina della sua pianta ospite e quindi la sua crescita cellulare". La complessa ricerca è iniziata sette anni fa presso l'Istituto Gregor Mendel di Vienna. Successivamente, il ricercatore sulle colture ha continuato il lavoro presso l'Istituto Leibniz di Gatersleben e successivamente presso l'Università di Bonn.

Pathogen riprogramma il suo host

Insieme ai suoi collaboratori, Djamei è stato in grado di identificare cinque geni che il fungo utilizza per manipolare la via di segnalazione dell'auxina della pianta ospite. Questi cinque geni, chiamati Tip1 a Tip5, formano ciò che è noto come un cluster:se si immagina l'intero genoma di Ustilago maydis come una fitta enciclopedia, questi cinque giacciono, per così dire, su pagine successive.

I geni sono manuali di costruzione:il fungo ne ha bisogno per produrre le rispettive proteine. "Le proteine ​​codificate dai cinque geni Tip possono legarsi a una proteina nella pianta di mais nota agli esperti come Topless", spiega il dott. Janos Bindics. Ex dipendente del Gregor Mendel Institute, lui e la sua collega, la dottoressa Mamoona Khan, hanno eseguito molti degli esperimenti chiave dello studio.

Topless è un interruttore centrale che sopprime vie di segnalazione molto diverse nella pianta. Gli effettori fungini prodotti dai cinque geni Tip prevalgono su questa repressione e lo fanno in modo molto specifico per le vie di segnalazione a beneficio del fungo, come la via di segnalazione della crescita guidata dall'auxina. Al contrario, altre vie di segnalazione controllate da Topless non sono interessate. "In senso figurato, il fungo agisce con precisione chirurgica", sottolinea Djamei. "Fa esattamente ciò di cui ha bisogno per infettare al meglio la pianta del mais."

Approfondimenti per la ricerca di base

Esistono numerosi agenti patogeni che interferiscono con la via di segnalazione dell'auxina degli ospiti che infettano. Esattamente come spesso non è del tutto compreso. Può darsi che il Topless svolga un ruolo importante in questo processo anche in altre colture. Dopotutto, la proteina ha avuto origine diverse centinaia di milioni di anni fa e da allora il suo ruolo centrale non è quasi cambiato. Esiste quindi non solo nel mais, ma in una forma simile in tutte le altre piante terrestri. Ad esempio, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare che gli effettori Tip di Ustilago maydis interferiscono anche con la via di segnalazione dell'auxina di altre specie vegetali.

I risultati potrebbero quindi aiutare a comprendere meglio i processi di infezione in importanti malattie delle piante. I risultati sono particolarmente interessanti per la ricerca di base:"Attraverso questi, sarà possibile per la prima volta influenzare in modo molto mirato effetti specifici della via di segnalazione dell'auxina e quindi chiarire l'effetto di questi importanti ormoni vegetali in modo ancora più preciso, " dice Armin Djamei.