La lotta delle piante contro gli agenti patogeni dall’interno verso l’esterno
Le infezioni fungine e batteriche distruggono ogni anno fino al 40 % delle colture e, da generazioni, gli agricoltori proteggono i raccolti utilizzando pesticidi chimici; tuttavia, sebbene questi agenti contribuiscano alla sicurezza alimentare, il fatto che agiscano in modo indiscriminato li rende dannosi per l’ambiente nel suo complesso. Di conseguenza, la strategia «dal produttore al consumatore»(si apre in una nuova finestra), pilastro fondamentale del Green Deal europeo, mira a dimezzare l’impiego di pesticidi entro il 2030. Per abbandonare i pesticidi è necessario adottare un approccio completamente nuovo, che consenta di garantire la resilienza delle colture. Il progetto ImmunoZoneHubs, finanziato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), ha studiato le strategie innate già presenti nelle piante per combattere le infezioni.
Strategie basate sulla tecnologia applicate all’Arabidopsis thaliana
Originaria dell’Europa e appartenente alla famiglia delle crucifere, la specie dell’Arabidopsis thaliana(si apre in una nuova finestra) è ampiamente utilizzata per la ricerca sulla biologia cellulare delle piante: essa, infatti, rappresenta un organismo modello perché è facile da coltivare, ha un ciclo vitale rapido e dispone di un genoma di piccole dimensioni. Per comprendere le risposte immunitarie che si verificano nelle cellule di Arabidopsis, i ricercatori del progetto hanno applicato tecniche appartenenti a svariati campi, quali biochimica, biologia cellulare e genetica molecolare, nonché strumenti computazionali, strategie che, congiuntamente, hanno permesso di comprendere i meccanismi alla base della capacità delle piante di identificare e combattere le infezioni.
Meccanismi di regolazione della morte cellulare correlata all’immunità
La risposta immunitaria nelle piante, come negli animali, richiede che le cellule riconoscano un agente patogeno e lo distruggano, un processo basato sulla morte programmata delle cellule infette, oltre che su quella delle cellule che si sono riorganizzate in risposta all’agente patogeno e si trovano in uno stato di massima allerta immunologica. I ricercatori hanno scoperto che, quando il sistema immunitario viene attivato, la proteasi metacaspasi 1 (MC1)(si apre in una nuova finestra) cambia posizione all’interno della cellula e interagisce con componenti chiave del sistema immunitario, amplificando efficacemente la segnalazione dell’immunità cellulare; tuttavia, se non vengono tenute sotto controllo, tali cellule possono innescare una risposta autoimmune. Come spiega Laia Armengot, borsista MSCA: «Questi hub macromolecolari di MC1 vengono successivamente individuati e degradati dal meccanismo di riciclaggio interno della pianta, ovvero l’autofagia, il che rivela la presenza di un “interruttore di spegnimento” omeostatico che smantella il processo mediante il quale viene innescata la morte cellulare una volta repressa la minaccia.» Anche i geni marcatori svolgono un ruolo cruciale nel determinare la morte cellulare correlata all’immunità. «Un risultato chiave del progetto è la caratterizzazione funzionale di un gene marcatore che funge da indicatore affidabile dell’impegno al suicidio cellulare, rivelando nuove attività enzimatiche e funzioni subcellulari che regolano le decisioni di vita o morte delle cellule in risposta a stress ambientali, come l’attacco da parte di agenti patogeni», spiega Armengot.
Il potenziale per le applicazioni agricole
Una volta comprese le azioni dei geni marcatori e degli hub MC1 sia nelle colture agricole che nelle piante modello, le scoperte del progetto dispongono del potenziale di trasformare la produzione alimentare in Europa. «Comprendendo il modo in cui le piante limitano naturalmente le zone di morte cellulare e disattivano le cascate immunitarie», osserva Armengot, «i selezionatori potranno progettare colture “più intelligenti”, ingegnerizzate con una resistenza genetica intrinseca che è in grado di arrestare le infezioni, riducendo al minimo i danni collaterali arrecati ai tessuti e la perdita di resa.» I meccanismi di risposta immunitaria scoperti da ImmunoZoneHubs sono universali, non essendo specifici per alcun patogeno in particolare. Oltre a spiegare la risposta di una pianta alle minacce fungine o batteriche, essi potrebbero anche aiutare gli scienziati a comprendere la risposta di un organismo ad altri fattori di stress ambientale, quali il calore o la siccità. Grazie alla sua ampia gamma di strategie basate sulla tecnologia, il progetto ha reso raggiungibili gli obiettivi della strategia «dal produttore al consumatore».
