Cluster genetico nel fungo radicale identificato come interruttore del comportamento patogeno

Il fungo Colletotrichum tofieldiae: un alleato o un nemico per le piante?

Uno studio recente ha rivelato che il fungo Colletotrichum tofieldiae può sia favorire che ostacolare la crescita delle piante, a seconda dell’attivazione di un particolare gruppo di geni. Questa scoperta sfida le tradizionali distinzioni tra patogeni dannosi e microbi benefici. Comprendere e sfruttare queste caratteristiche potrebbe migliorare la sicurezza alimentare globale e ridurre gli sprechi.

• Il fungo Colletotrichum tofieldiae: un alleato o un nemico per le piante?

• Il fungo Colletotrichum tofieldiae e la sua doppia natura

• Funghi: nemici o alleati delle piante?

• Scoperte e implicazioni della ricerca

• Colletotrichum tofieldiae: un fungo benefico o patogeno?

Le muffe e le malattie causate dai funghi possono avere un grande impatto sulla durata di conservazione di frutta e verdura. Tuttavia, alcuni funghi beneficiano i loro ospiti aiutando la sopravvivenza delle piante.

Il fungo Colletotrichum tofieldiae e la sua doppia natura

Il Colletotrichum tofieldiae (Ct) è una muffa radicale che solitamente supporta lo sviluppo continuo della pianta anche quando questa è priva di fosforo, un nutriente importante per la fotosintesi e la crescita. I ricercatori hanno studiato una singolare variante patogena del fungo, chiamata Ct3, che al contrario inibisce la crescita della pianta. Confrontando le varianti benefiche e dannose del Ct, hanno scoperto che l’attivazione di un singolo gruppo di geni del metabolismo secondario fungino determina l’impatto negativo del fungo sulla pianta ospite.

Quando il gruppo di geni è stato interrotto, sia geneticamente che da un cambiamento nell’ambiente, il comportamento del fungo è passato da inibitore a promotor della crescita. Comprendere meccanismi come questo potrebbe aiutarci a ridurre gli sprechi alimentari sfruttando il ruolo benefico che i funghi possono avere sul cibo.

Funghi: nemici o alleati delle piante?

Quando le tue fragole fresche si coprono di muffa, o l’uva diventa grigia e si raggrinzisce sul fondo della ciotola della frutta, è sempre un po’ deludente e sgradevole. Il colpevole è tipicamente un fungo patogeno chiamato Botrytis , che devasta le colture alimentari a livello globale e si diffonde facilmente attraverso il vento e il suolo.

Tuttavia, ci sono molti funghi che hanno un rapporto meno distruttivo con le loro piante ospiti, formando addirittura partnership che possono aiutare la pianta a prosperare. Promuovere le caratteristiche benefiche dei funghi e sopprimere i risultati indesiderati (come la frutta ammuffita) potrebbe notevolmente aiutare la sicurezza alimentare globale e contribuire a ridurre una enorme quantità di sprechi alimentari.

Scoperte e implicazioni della ricerca

“I funghi associati alle piante mostrano stili di infezione variabili che vanno dal mutualistico (benefico) al patogeno (dannoso) a seconda dell’ambiente dell’ospite. Tuttavia, i meccanismi con cui questi microbi transitano lungo questi diversi stili di vita rimangono poco compresi”, ha detto il professore associato Kei Hiruma della Graduate School of Arts and Sciences dell’Università di Tokyo.

“Abbiamo analizzato le informazioni genetiche di diverse varianti di un fungo radicale chiamato Colletotrichum tofieldiae utilizzando l’analisi trascrittoma comparativa, che ci ha permesso di studiare le differenze nell’espressione genica tra ogni variante. Sorprendentemente, abbiamo scoperto che un singolo gruppo di geni del metabolismo secondario fungino, chiamato ABA-BOT, determina da solo se il fungo mostra tratti patogeni o mutualistici nei confronti della pianta ospite.”

Colletotrichum tofieldiae: un fungo benefico o patogeno?

Il Colletotrichum tofieldiae è un fungo che tipicamente beneficia le piante quando queste soffrono di una carenza di fosforo, aiutandole a prosperare nonostante la mancanza di questo nutriente vitale. È stato addirittura dimostrato che aumenta la crescita e il rendimento di colture economicamente importanti come il mais e i pomodori.

In questo studio, il team multi-istituzionale ha utilizzato il crescione come pianta ospite e ha prelevato sei varianti di Ct da diverse località geografiche per infettarla. Cinque varianti hanno promosso significativamente la crescita della pianta, come previsto, ma una sesta – chiamata Ct3 – è stata trovata a sopprimere l’assorbimento di nutrienti, inibendo la crescita della pianta e portando a sintomi di malattia. Quindi, cosa ha causato questo drastico cambiamento?

“Abbiamo identificato due punti chiave: primo, sul lato fungino, che Ct3 attiva il gruppo di geni di biosintesi ABA-BOT; e secondo, sul lato della pianta, che Ct3 induce i percorsi di segnalazione ABA della pianta ospite, attraverso i quali il fungo inibisce la crescita della pianta”, ha spiegato Hiruma. I ricercatori hanno scoperto che sia le varianti patogene che mutualistiche di Colletotrichum tofieldiae contengono il gruppo di geni ABA-BOT, ma le varianti mutualistiche non lo esprimono, cioè i geni non vengono attivati. La scoperta è stata una sorpresa, poiché convenzionalmente si pensava che patogeni e mutualisti avessero caratteristiche distinte, ma questi risultati suggeriscono che siano più strettamente correlati.

Quando il gruppo di geni è stato interrotto, sia a livello genetico che cambiando l’ambiente della pianta, il Ct3 è diventato non patogeno e addirittura benefico per l’ospite, promuovendo la crescita delle radici. Sebbene sia necessario ulteriore studio, sembra che il gruppo di geni ABA-BOT possa contribuire alla patogenesi in diversi funghi oltre alle specie Ct.

Ad esempio, potrebbe essere coinvolto nella patogenesi del Botrytis che affligge la nostra frutta e verdura domestica. “Se acquisiamo una comprensione completa dei meccanismi di regolazione che governano il gruppo di geni del metabolismo secondario fungino, possiamo ideare un metodo per sopprimere selettivamente la potenziale patogenesi in funghi altrimenti benefici, ottimizzando il loro utilizzo in agricoltura e sfruttando appieno la diversità microbica naturalmente presente negli ecosistemi del suolo”, ha detto Hiruma.

“Ho capito che anche i patogeni possono mostrare caratteristiche non dannose durante una parte significativa del loro ciclo di vita. Infatti, sto iniziando a contemplare la possibilità che quello che tradizionalmente chiamiamo patogeni possa effettivamente funzionare come microbi benefici in altre condizioni.”

Riferimento: “A fungal sesquiterpene biosynthesis gene cluster critical for mutualist-pathogen transition in Colletotrichum tofieldiae” di Kei Hiruma, Seishiro Aoki, Junya Takino, Takeshi Higa, Yuniar Devi Utami, Akito Shiina, Masanori Okamoto, Masami Nakamura, Nanami Kawamura, Yoshihiro Ohmori, Ryohei Sugita, Keitaro Tanoi, Toyozo Sato, Hideaki Oikawa, Atsushi Minami, Wataru Iwasaki e Yusuke Saijo, 6 settembre 2023, Nature