Virologia e biotecnologie fitopatologiche

BARRIERE CHIMICHE

Fitoanticipine: Ne fanno parte tutte le molecole a spiccata azione antimicotica. Possono essere emesse all'esterno di radici i foglie oppure accumulate in cellule morte o vacuoli.

Difensine: polipeptidi che ostacolano la nutrizione del patogeno (funghi e insetti) e ne rallentano la crescita.

Lectine: proteine glicosilate che si accumulano nella parete cellulare e nei vacuoli e che si legano selettivamente a differenti combinazioni di zuccheri, glicoproteine e glicolipidi partecipando al sistema di ricognizione dellapianta. Se si attacca ad un ifa fungina può ridurne la crescita lasciando tempo alla pianta di mettere in atto meccanismi di difesa.

RIP (Ribosome Inactivating Protein): Depurinano l'RNA ribosomale dell'adenina (rompendo il legame Nglicosidico) nella posizione 4324, rendendo i ribosomi incapaci di sintetizzare proteine. Pertanto inibiscono la trasmissione meccanica dei virus e conferiscono resistenza aspecifica.

Burst ossidativo:

attraverso l'ossigeno molecolare vengono prodotte specie reattive a O2 (ROS): agenti ossidanti con alta reattività e proprietà microbiche e fitotossiche. DIFESE ATTIVE (O INDUCIBILI) - I pochi patogeni che hanno superato la prima linea di difesa (passiva) sviluppando caratteristiche adeguate (es: inibizione enzimi di difesa della pianta) entrano a contatto con la parete cellulare: o Rappresenta l'ostacolo principale per qualsiasi patogeno che voglia entrare in contatto con il protoplasto dell'ospite. o Tale patogeno dovrà necessariamente possedere una batteria di enzimi che, in maniera combinata, degradino le pectinasi, le cellulasi, le emicellulasi e le proteasi. - Alcuni cambiamenti che avvengono nella parete cellulare in risposta all'infezione: o Deposizione di callosio e suberina o Impregnazione con composti fenolici ossidati o Accumulo di calcio, silicio e zolfo o Lignificazione e cambiamento nel contenuto proteico - Possibili funzioni di questi.

• Barriera meccanica
• Aumento della resistenza agli enzimi di degradazione
• Ridotta diffusione di composti dall'ospite al patogeno e viceversa

Nelle piante, se il patogeno ha superato l'ostacolo della parete cellulare, può accadere che:

• Non venga riconosciuto (combinazione compatibile): il processo di infezione può instaurarsi, con l'invasione incontrollata dei tessuti dell'ospite
• Venga riconosciuto (combinazione incompatibile): il processo di infezione viene arrestato più o meno interamente a seguito ai drastici cambiamenti che avvengono nelle cellule venute a contatto (o penetrate) dal patogeno e alle cellule circostanti

Al riconoscimento fa seguito una cascata di eventi, a livello cellulare e biochimico nei quali sono coinvolti una serie di messaggeri secondari.

Questi, a loro volta, sono responsabili della traduzione di vari segnali molecolari che, a livello nucleare, inducono la trascrizione di geni, codificanti per...

proteine di difesa ed enzimi coinvolti nelle difese inducibili

RUOLO DELLE SPECIE REATTIVE DELL'OSSIGENO [ROS]

• Attraverso l'ossigeno molecolare vengono prodotte specie reattive a O (ROS): agenti ossidanti con alta reattività e proprietà microbicide e citotossiche
• Ruolo di H O (Perossido di Idrogeno) nei meccanismi di difesa:
  • Nell'apoplasto svolge un'azione tossica diretta verso i patogeni oltre a favorire la formazione di legami incrociati tra le glicoproteine di parete ricche di idrossiprolina (HPRGPs)
  • Nella cellula funge da segnale per l'attivazione dei geni di difesa, in particolare quelli delle proteine di patogenesi (PRs) e di PAL (fenilalalina ammonio liasi), che porta alla sintesi e alla successiva deposizione di lignina
• Il livello di H O è, in condizioni fisiologiche, bilanciato dal sistema detossificante dell'ascorbato glutanione, dalle catalasi, dall'ascorbato perossidasi (APX), e altri composti

antiossidanti. In particolare, APX riduce H₂O ad acqua ossidando l'acido ascorbico (AA) a deidroascorbico (MDHA)

SINTESI DEI COMPOSTI DI DIFESA

• Fenilpropanoidi: composti costituiti da un anello aromatico alla quale è legata una corta catena alifatica laterale a 3 atomi di Carbonio. I principali prodotti di questa catena di reazione sono dei composti implicati nella formazione di barriere fisiche e chimiche per ostacolare il patogeno (lignina, cutina, suberina, fitoalessine)
• Fitoalessine: (dal greco phyto alexos= protettore delle piante) Composti a basso peso molecolare, del tutto assenti o poco concentrate nelle piante sane. La loro azione è aspecifica verso un ampio spettro di patogeni, e si esplica solo nei primi stadi dell'infezione. Prodotte anche dagli ospiti suscettibili ma in tempi più prolungati, tali da renderli inefficaci. Prima dimostrazione della loro esistenza nel 1940 da Muller e Borger con tuberi di patata e ceppi di Phytophthora

infestans (Tubero della patata) o Le fitoalessine giocano un ruolo importante nella difesa delle piante:

• Sono accumulate de novo nei tessuti infetti
• Sono accumulate più precocemente nelle piante resistenti che in quelle più suscettibili
• La loro concentrazione nei tessuti è sufficiente per inibire la crescita microbica
• Inibitori della biosintesi di fitoalessine aumentano la sucettibilità della pianta all'infezione
• Ceppi di patogeni in grado di degradare le fitoalessine sono più aggressivi di quelli senza questa capacità detossificante
• È più importante l'esatto "timing" di sintesi e la localizzazione piuttosto che la concentrazione totale delle fitoalessine

- Proteine di patogenesi [PR]

Insieme delle proteine sintetizzate dalla pianta in risposta ad uno stress biotico o abiotico

Il loro accumulo, sia locale che sistemico, in risposta a ferita o infezione, è generalmente

associato all'instaurarsi della resistenza sistemica acquisita (SAR) In funzione della loro sequenza amminoacidica e delle proprietà, le PR sono divise in 17 famiglie, numerate nell'ordine in cui sono state scoperte (PR-1, PR-2, PR-3, ...) PR-1 ha attività antifungina ma è sconosciuto il bersaglio sul patogeno. L'accumulo di PR-1 da parte dell'ospite è al momento riconosciuta come il più affidabile marker biochimico di SAR. REAZIONE DI IPERSENSIBILITA [HR] Dimostrata un secolo fa da Marshall il quale aveva notato che alcune ruggini su graminacee resistenti portavano alla rapida decolorazione delle cellule adiacenti ai siti di infezione, che diventavano granulari e necrotizzavano. "Le cellule dell'ospite sono apparentemente così sensibili al patogeno che collassano e muoiono appena questo penetra" - HR è una forma di morte cellulare programmata (PCD) ovvero un suicidio cellulare per bloccare il

patogeno e preservare la pianta dal patogeno- HR si osserva nell'infezione con tutti i tipi di patogeni e conferisce un alto grado di resistenza all'ospite- È la forma di resistenza più diffusa ed efficiente con un solo grosso limite: implica il riconoscimento del patogeno da parte della pianta- Funzionamento:

• Il riconoscimento del prodotto genico del patogeno (elicitore) induce cambiamenti drastici del metabolismo ossidativo della cellula, con accumulo di composti tossici e lignificazione delle pareti
• La rottura della membrana e la disorganizzazione cellulare innescano cambiamenti metabolici nelle cellule adiacenti
• Si instaura un ambiente inibente che limita la crescita del patogeno, per minore disponibilità di nutrienti, sintesi di composti tossici e rafforzamento della parete cellulare

Più è rapido il riconoscimento patogeno-ospite e più è veloce HR. Questo fa sì che il numero di cellule coinvolte rimanga limitato e

La conseguente lesione sia invisibile ad occhio nudo. Più invece sarà grande il diametro della lesione e più lenta e/o meno efficace è stata la risposta.

Dal tessuto danneggiato vengono prodotti e diffusi alcuni segnali molecolari, al fine di allertare i tessuti limitrofi ed eventualmente innescare una resistenza di tipo locale (LAR) o sistemica (SAR).

IL RICONOSCIMENTO PATOGENO-OSPITE E LE BASI GENETICHE DELLA RESISTENZA

La resistenza della pianta potenzialmente ospite verso il patogeno si manifesta in seguito al suo riconoscimento.

Resistenza non ospite-specifica o basale: più diffusa in natura è indotta dal riconoscimento di strutture molecolari associate al patogeno.

Resistenza ospite-specifica: si esplica da parte di una cultivar nei confronti di una razza o di un ceppo di patogeno, sulla base del riconoscimento di specifici prodotti genici.

Tipi di resistenza sulla base del riconoscimento patogeno-ospite

Tipo I Nessun sintomo macro e/o

microscopicoNon ospite-specifica poligenica Tipo II HR da elicitore aspecificoHR da elicitore specifico (avr= geni di avirulenza) molto efficaceOspite-specifica monogenuica ma facilmente aggirabileGLI ELICITORI- Elicitore: Qualsiasi segnale molecolare prodotto direttamente o indirettamente dal patogeno, in grado di essere variamente riconosciuto dall'ospite e di stimolarne una risposta attiva di difesa- Aspecifici (o generali): inducono una resistenza non ospite-specificao Esogeni: prodotti dal patogeno (frammenti di parete cellulare, frammenti di flagelli, acidi grassi, steroli, acidi nucleici, proteine, glicopeptidi)o Endogeni: provenienti dalla pianta in seguito all'interazione con il patogeno (frammenti della parete della cellula vegetale rilasciati in seguito all'aggressione da parte degli enzimi litici del patogeno- Specifici: inducono una resistenza ospite-specifica.Rappresentano i prodotti dei geni di avirulenza (avr) del patogeno, inducendo una resistenza

La resistenza ospite-specifica (per esempio HR) conferisce un alto grado di resistenza all'ospite con un solo limite: può essere facilmente aggirata da mutazioni che coinvolgono uno dei due geni coinvolti nel riconoscimento.

SILENZIAMENTO GENICO POST-TRASCRIZIONALE [PTGS]

• Le cellule eucariotiche normalmente non contengono RNA a doppia elica (dsRNA) o RNA con estese regioni complementari che potrebbero appaiarsi: la loro presenza avvia immediatamente un meccanismo di degradazione mediato da piccoli RNA a basso peso molecolare.
• RNA antisenso sono stati fatti esprimere nelle cellule vegetali per silenziare un gene o per impedire la replicazione di un virus. L'espressione di un RNA antisenso avvia il meccanismo dell'interferenza e della degradazione di tutti gli RNA complementari.

Naturalmente i virus

contrattaccano producendo proteine antisilenziamento che sono in gr