Svelare i segreti genetici dell’immunità e della crescita delle piante

La storia evolutiva dei recettori immunitari delle piante

Le piante, come gli animali, hanno sviluppato nel corso della loro evoluzione sofisticati meccanismi di difesa per proteggersi dai patogeni che le minacciano. Un team di ricercatori del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) ha condotto uno studio approfondito sull’origine e l’evoluzione dei recettori immunitari delle piante, scoprendo importanti collegamenti con le proteine responsabili della crescita. Questa ricerca, pubblicata sulla rivista scientifica Nature Communications , apre la strada alla possibilità di ingegnerizzare colture agricole resistenti alle malattie attraverso la manipolazione genetica.

• La storia evolutiva dei recettori immunitari delle piante

• Le risposte immunitarie delle piante

• Tracciare l’evoluzione dell’immunità

• Scoperte chiave e implicazioni

Le risposte immunitarie delle piante

Le piante possiedono recettori di riconoscimento dei pattern (PRR) sulla superficie delle loro cellule, che hanno il compito di rilevare i patogeni come virus, batteri, funghi e oomiceti. Questi recettori si basano su due tipi di proteine, chiamate RLP (receptor-like proteins) e RLK (receptor-like kinases), che possono contenere ripetizioni ricche di leucina, ovvero sezioni in cui l’aminoacido leucina appare più volte. La capacità di questi recettori di rilevare i pattern molecolari associati ai patogeni dipende dalla presenza di queste ripetizioni.

Tracciare l’evoluzione dell’immunità

Per ricostruire il percorso evolutivo dell’immunità delle piante, il team internazionale guidato da Ken Shirasu e Yasuhiro Kadota del RIKEN CSRS ha esaminato il numero e i modelli dei recettori. Analizzando oltre 170.000 geni che codificano per RLK e circa 40.000 geni per RLP, ottenuti da dati pubblicamente disponibili di 350 specie vegetali, i ricercatori hanno scoperto che i RLK e gli RLP con ripetizioni ricche di leucina erano i tipi di recettori più abbondanti tra tutte le specie di piante, costituendo quasi la metà dei RLK e il 70% degli RLP.

Scoperte chiave e implicazioni

RLP e alcuni RLK contengono una regione speciale, chiamata “isola”, che è fondamentale per il riconoscimento di parti specifiche dei patogeni. L’indagine del team RIKEN CSRS ha rivelato che tra gli RLP che contengono le ripetizioni ricche di leucina, questa regione speciale era quasi sempre situata nello stesso posto; tra la quarta e la quinta ripetizione ricca di leucina. Questi RLP sono stati associati a risposte immunitarie. Inoltre, è stato scoperto che la regione dell’isola si trovava nella stessa posizione anche in alcuni RLK, quasi tutti appartenenti a un gruppo funzionale che regola la crescita e lo sviluppo.

L’analisi comparativa ha mostrato che la sequenza delle quattro ripetizioni sotto la regione dell’isola era molto simile tra i due tipi di rilevatori di proteine, suggerendo che hanno un’ascendenza evolutiva comune. In particolare, questi quattro insiemi di ripetizioni ricche di leucina contenevano sezioni necessarie per legarsi allo stesso co-recettore, chiamato BAK1. Ciò significa che gli RLP legati all’immunità e gli RLK legati alla crescita hanno ereditato la capacità di legarsi a BAK1 da un antenato comune.

“Curiosamente, abbiamo scoperto che lo scambio delle quattro regioni di ripetizioni ricche di leucina tra questi recettori non ne comprometteva la funzionalità”, afferma Bruno Pok Man Ngou, che ha condotto lo studio. Creando un recettore ibrido combinando un RLK legato alla crescita con un RLP legato all’immunità, si è ottenuto un recettore ibrido che riconosceva i patogeni e induceva sia risposte immunitarie che legate alla crescita. Ciò significa che gli scienziati dovrebbero essere in grado di ingegnerizzare recettori con nuove funzioni scambiando questi moduli.

Questo studio ha affrontato le origini dell’immunità delle piante a livello molecolare, dimostrando che l’analisi simultanea delle informazioni provenienti da più genomi vegetali può consentire una previsione semplice e precisa dei geni coinvolti nell’immunità e nella crescita delle piante. “Attualmente stiamo isolando recettori immunitari da varie piante utilizzando queste informazioni, puntando a applicazioni pratiche come lo sviluppo di colture resistenti alle malattie in futuro”, afferma Shirasu.