Biotecnologia per la difesa delle piante - Appunti

Altri domini dei geni R, domini PK che sono dei domini proteine chinasici, PTO, SA21, e ci sono

domini superavvolti che a me piacciono molto e sono gli zipper: sono domini superavvolti,

conosciuti come leucin zipper perchè contengono un motivo HXX – HXXX li riconoscete subito, i

leucin zipper sono caratteristici perchè contengono questo motivo, H = residuo idrofobico, e X è il

polare, elettronicamente carico, abbiamo delle leucine messe in modo molto regolare lungo questa

sequenza tanto a farla chiamare zipper a leucina, questi domini super avvolti sono coinvolti nella

etero omo dimerizzazione delle proteine in particolari fattori di trascrizione, i leucin zipper non

interagiscono direttamente con il dna, abbiamo dei residui di leucina che si uniscono e si chiudono a

cerniera con legami di Vander Vals, si legano e dimerizza, è il complesso che va a riconoscere la

sequenza nucleotidica, interdigitazzione in italiano, ci sono queste 2 eliche che si inseriscono una

dietro all’altra e si inseriscono dove c’è il sito di leucina.

E’ molto chiaro che i geni R sono instabili, la base della specificità dei geni R sta nella porzione

LRR che è quella che mi varia maggiormente, quindi cambiamenti nella sequenza aminoacidica

come avvengono? Mutazione o riarrangiamento, quando si va studiare un gene R dobbiamo studiare

il rapporto KA KS, è un rapporto fondamentale per capire se il nostro gene R avrà o non avrà

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successo, questo è un rapporto che mi indica la variabilità e la stabilità della variazione nella

sequenza aminoacidica, in pratica KA e KS sono 2 valori che indicano la possibilità di variare uno o

+ aa di una sequenza mantenendo però lo stesso tipo di funzione o variando la sequenza di uno o +

aa variando la funzione, quando KA è minore di KS abbiamo la conservazione della funzione,

abbiamo un cambiamento nella sequenza LRR quindi la possibilità magari di riconoscere qualcosa

di diverso, però conserva la funzione di LRR, se noi abbiamo un KA maggiore di KS non ha più la

capacità di riconoscere e non ha + la capacità magari di trasmettere un segnale, varia

completamente la funzione e quindi questa modificazione andrà poi persa. Quindi quando noi

andiamo a studiare la funzione LRR di un prodotto genico e cerchiamo di far si che nuove varianti

di un patogeno vengano riconosciute dobbiamo certamente variare la sequenza aminoacidica, ri

arrangiare senza mai perdere d’occhio il rapporto KA-KS in modo che la funzione venga conservata

ampliando il numero di popolazioni patogene che la funzione LRR mi riconosce, mas non perdendo

la possibilità che questo dominio ha di trasmettere segnali a valle per attivare delle risposte cellulari,

altrimenti può avvenire anche un riconoscimento con incapacità di trasmissione del segnale.

Per modificare la sequenza aminoacidica lo faccio con delle tecniche di laboratorio, oppure te la

costruisci tu e vedi come funzione la secrezione e se è stabile, se riconosce e se attiva la reazione,

partendo da un gene R già noto devi costruirti le possibilità che ha questo gene di essere utilizzato,

se questo gene ha possibilità di costruire, di codificare più di un LRR mantenendo la sua porzione è

un gene buono altrimenti la minima sub popolazione che si sviluppa in un patogeno non funzione +

il tuo gene, allora riassumendo come i geni R conferiscono la resistenza? Diamo un qualche

concetto base, segnale di avirulenza quindi il nostro elicitore, la presenza di un gene di resistenza

quindi c’è un recettore in grado di sentire questo segnale, questo elicitore e l’attivazione di risposte

e qui ritorniamo alle prime lezioni quindi scoppio ossidativo, rafforzamento della parete vegetale,

induzione di proteine patogeniche PR proteins, sintesi di fito alessine oppure risposta iper sensitiva

e abbiamo quindi una possibile resistenza alla malattia, ovviamente una risposta cellulare singola

può attivare un secondo percorso: ricordate risposte primarie, secondarie e terziarie, la primaria è

quella a livello di cellula singola quindi una HR è una risposta primaria, le secondarie sono quelle

che si attivano intorno alla cellula colpita, risposte terziarie la SAR, quindi la risposta che può

avvenire a distanza notevole dal punto di ingresso del patogeno e dal punto di contatto elicitore e

proteina recettrice. Qui abbiamo tutte le varie possibilità: qui abbiamo un patogeno che esprime

degli elicitori, geni AVR o delle mico tossine, poligalatturonasi, lipasi, cioè tutte le possibilità che

voi potete avere come risposta cellulare, dalla necrosi ipersensitiva alla produzione di chinasi,

catalasi fito alessine, glutanasi, difensine, tionine tutte cose che abbiamo già visto.

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Molecole segnale sono la chiave della risposta della cellula vegetale, quindi una volta avvenuto il

riconoscimento, una volta avvenuto il contatto abbiamo le molecole chiave che citavamo già

all’inizio che adesso sono inquadrate in una reazione gene per gene, possiamo una volta che

sappiamo cosa il riconoscimento ha causato, possiamo intervenire anche senza riconoscimento, noi

sappiamo già ad esempio come accusare l’acido salicilico, acido salicilico che è una molecola

segnale di trasmissione del segnale + importante come acido giasmonico o etilene, noi sappiamo

che il riconoscimento ospite-patogeno attiva dei segnali molecolari, quindi noi possiamo lavorare su

+ livelli, o lavorare con la bio ingegneria ad inserire per esempio nella cellula vegetale una

particolare proteina in grado di sentire un elicitore e attivare una HR, oppure sappiamo che

quell’interazione a valle mi produce acido salicilico e noi lavoriamo a valle, non modifichiamo la

cellula vegetale, ma semplicemente usiamo l’acido salicilico come principio attivo, prodotto

chimico per stimolare le colture cellulari, dei tessuti, oppure possiamo usare l’acido salicilico nelle

colture stesse, colture protette, colture di serra. Riuscendo a percorrere tutti gli step che vanno dalla

conoscenza del patogeno, quindi i suoi meccanismi di patogenecità, conoscenza dell’ospite, la

cellula vegetale quello che ha e quello che attiva quando riconosce il patogeno sempre più a valle

fino alle molecole che sono coinvolte nella resistenza indotta noi decidiamo sistema dopo sistema in

quale punto migliore lavorare, se noi non vogliamo piante transgeniche è inutile che continuiamo a

dire che bisogna modificare inserendo questi geni, se non si accettano i prodotti transgenici

dobbiamo lavorare in un comparto diverso, quindi la conoscenza dell’interazione ci permette anche

di intervenire dove c’è finanziamento e dove un prodotto può essere apprezzato dal punto di vista

pratico. Anche fare ingenieria genetica lavorando a livello di cultivar o razza del patogeno, quindi

non inserendo geni estranei in una coltura, si può lavorare anche a livello di cultivar o di razza,

modificare o migliorare una coltura inserendo un carattere di tolleranza o resistenza però

appartenente alla stessa specie senza stravolgere geneticamente, queste sono le nostre molecole

segnale: acido salicilico, acido giasmonico, etilene, alcune sono volatile, altre solubili, aumento di

queste molecole è un segnale di interazione con il patogeno e quindi queste molecole possono

essere utilizzate perchè inducono tolleranza. Il possibile percorso quello dell’acido salicilico, è una

piccola molecola, molto mobile nel floema, reagisce con catalasi e ascorbato perossidasi, che cosa

fa l’acido salicilico? Attivazione dei geni codificanti per le proteine PR, patogenesis riletid protein,

non c’è ulteriore riconoscimento del patogeno, un patogeno è entrato, ha attivato la sintesi di acido

salicilico e questo a valle va ad incentivare la produzione di queste proteine che hanno sicuramente

un effetto contro il patogeno, poi non solo, modificazioni biosintetiche, sempre a valle di questa

condizione abbiamo una modificazione per esempio della via dell’acido scichimico, abbiamo una

produzione di sostanze che vanno a rafforzare tutta la cellula, poi espressione dei geni che

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codificano difensine, fino all’espressione di PAL che è l’enzima chiave della maggior parte delle

reazioni di difesa della pianta (fenilalanina ammonio liasi).

La resistenza quantitativa noi la contrapponiamo alla resistenza qualitativa, la resistenza qualitativa

è quella dell’ipotesi gene per gene, o c’è o non c’è con delle differenze notevoli tra genotipi

resistenti e genotipi non resistenti, la resistenza quantitativa che è anche chiamata resistenza poli

genica è stata chiamata in questo modo perché noi la possiamo quantificare, può essere bassa,

media, ci sono tutte le varianti possibili all’interno di una ampia popolazione, di una specie, diversi

popolazioni che presentano caratteristiche diverse, fenotipi diversi se messe in relazione ad un

patogeno particolare, questa resistenza è variabile perché è controllata da numerosi geni, geni che i

cui prodotti interagiscono fra di loro e queste popolazioni interagiscono anche con l’ambiente,

quindi c’è una modulazione della resistenza e questo fa si che l’espressione spesso è volentieri è

totale, è raro trovare una resistenza poli genica in cui non ci sono manifestazioni sintomatiche, non

c’è la minima incidenza della malattia, un po’ di malattia noi possiamo sempre averla è una

espressione parziale quindi della resistenza, gli sforzi che i genetisti fanno sono sforzi che si legano

alla ricerca di resistenze quantitative, di miglioramenti, di incroci che caratterizzano una

popolazione dio interesse agrario per la presenza di alcuni geni che contribuiscono ciascuno a creare

un fenotipo resistente o tollerante, noi dobbiamo studiare il fenotipo e lo studiamo in base alla

sviluppo nel tempo e nello spazio dei sintomi caratteristici della malattia, noi possiamo avere una

popolazione praticamente resistente fino a una popolazione della stessa specie di diversa cultivar

molto suscettibile al patogeno, dobbiamo quindi conoscere come misurare il fenotipo, come

caratterizzare il fenotipo, questo è fondamentale, non possiamo predire un fenotipo basandoci

semplicemente sulla presenza o meno di un cluster genico, di un pull di geni, bisogna vedere

l’espressione di questi geni, come avviene l’espressione, come avviene la modulazione tra i vari

prodotti e come queste basi genetiche vanno a formare il fenotipo, quindi è fondamentale avere la

possibilità di valutare statisticamente le caratteristiche, soprattutto la stabilità del nostro genotipo,

qui abbiamo la rappresentazione di 308 varietà di frumento caratterizzate in base alla suscettibilità a

puccinia striformis che è un agente di ruggine la razza 14E14, una razza de