Per più di tre decenni, gli scienziati si sono chiesti come specifici geni di resistenza potessero diffondersi rapidamente tra diverse popolazioni di agenti patogeni delle colture, come gli agenti causali dell’esplosione del riso e della ruggine dello stelo del grano. Ora, un team di scienziati internazionali guidati da ricercatori dell’Università della California, Davis, ha determinato come questi geni dell’avirulenza (AVR) saltano tra le specie fungine facendo l’autostop su elementi mobili, rispondendo a una domanda di vecchia data che ha lasciato perplessi i patologi vegetali per decenni.

Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications.

"Il nostro team ha scoperto che alcuni geni AVR fanno parte di un gruppo distinto di elementi mobili che possono spostarsi rapidamente attorno ai genomi, non solo all'interno delle specie, ma anche tra diverse specie fungine", ha affermato l'autore principale dello studio Menglong Chen, studioso post-dottorato presso il Dipartimento. di Patologia Vegetale presso l'UC Davis. "Abbiamo chiamato questi elementi mobili Elementi in rapido movimento associati alla virulenza (RMEAV)."

I patogeni vegetali sono microrganismi, inclusi funghi, batteri e oomiceti, che possono causare malattie nelle piante. Molti importanti agenti patogeni delle piante contengono geni che codificano per le proteine ​​AVR. I geni AVR svolgono un ruolo importante nell'innescare la risposta immunitaria di una pianta e nel causare malattie. Le proteine ​​AVR vengono riconosciute dalle corrispondenti proteine ​​di resistenza alle malattie nella pianta ospite, determinando una reazione di difesa che può limitare o prevenire l'infezione. Pertanto, i geni AVR sono stati utilizzati per decenni negli sforzi di selezione delle piante per sviluppare varietà resistenti.

"Affinché la selezione della resistenza abbia successo, i geni della resistenza utilizzati devono essere durevoli, il che significa che possono fornire una resistenza efficace per un lungo periodo di tempo", ha affermato il coautore Brent Threlfall, assistente scienziato del progetto presso il Dipartimento di Patologia Vegetale dell'Università di Los Angeles. UC Davis. "Tuttavia, la rapida e frequente comparsa di nuovi ceppi patogeni in grado di superare queste resistenze ha vanificato questi sforzi."

I ceppi patogeni che emergono, spesso definiti ceppi "virulenti", contengono versioni nuove o mutate dei geni AVR. La capacità di questi geni AVR di cambiare significa che possono eludere il rilevamento da parte del sistema immunitario della pianta e causare malattie su piante precedentemente resistenti.

I ricercatori hanno utilizzato una varietà di approcci, tra cui la genomica comparativa, la bioinformatica, la biologia molecolare e gli studi funzionali per comprendere la misteriosa diffusione dei geni AVR tra le diverse specie fungine. Si sono concentrati su due dei patogeni fungini più distruttivi dei cereali in tutto il mondo, Magnaporthe oryzae, l'agente causale della malattia dell'esplosione del riso, e Zymoseptoria tritici, l'agente causale della Septoria tritici blotch nel grano.

Gli scienziati sono stati in grado di dimostrare che gli RMEAV sono repliconi autonomi che si replicano e si diffondono utilizzando il meccanismo di replicazione e trascrizione del fungo ospite. Hanno anche scoperto che gli RMEAV possono agire come elementi egoisti, nel senso che non forniscono alcun beneficio diretto al fungo ma possono comunque diffondersi con successo attraverso una popolazione.

"Comprendere i meccanismi alla base della rapida diffusione dei geni AVR tra le diverse specie fungine è fondamentale per sviluppare strategie volte a migliorare la durabilità dei geni di resistenza nelle colture", ha affermato l'autore senior dello studio Jian-Min Yuan, professore presso il Dipartimento di Patologia Vegetale dell'UC. Davis. "I nostri risultati forniscono nuovi indizi su come alcuni agenti patogeni possono adattarsi rapidamente e superare la resistenza delle piante, aiutandoci a rimanere un passo avanti nella battaglia contro malattie vegetali devastanti".