Virologia vegetale - Appunti

VIROLOGIA VEGETALE Prof. E. Stefani

La virologia è l’area più recente della patologia vegetale semplicemente perchè i virus sono delle

entità molto piccole, quanto a fine 800’ si riuscì a stabilire con certezza causa ed effetto cioè che

patogeni di diverso tipo potevano attaccare le piante, quindi con la verifica dei postulati di kock.

I virus vennero scoperti solamente con l’avvento della microscopia elettronica perché anche con la

microscopia ottica i virus non si vedono, quindi la virologia nacque come sperimentazione di

qualcosa che trasmette malattia ancora negli anni 20’-30’ ma i virus furono scoperti solo dopo la

seconda guerra mondiale e negli ultimi decenni sempre più virus sono stati scoperti e sono state

associate a delle malattie delle piante. Qualcuno chiama i virus vegetali fitovirus per differenziarli, è

vero fino ad un certo punto che i virus vegetali attaccano le piante e basta tranne in qualche caso

dove abbiamo il virus che possono colpire insetti o animali tassonicamente inferiori, ma possono

provocare malattie anche nelle piante, la loro capacità che hanno sviluppato è di integrare il loro

genoma in quello vegetale e causare anche malattie nelle piante, quindi quello dei virus è un mondo

micro biologico in costante evoluzione. Tutt’oggi si conoscono parecchie centinaia di malattie ad

eziologia virale i cui agenti sono virus, ma sono anche viroidi, studi di biologia molecolare hanno

consentito di rintracciare sequenze nucleotidiche infettive chiamate viroidi con una morfologia

completamente diversa, di recente scoperta, un po’ quello che è successo in patologia clinica con i

prioni, quindi i viroidi sono sequenze nucleotidiche infettive, i viroidi non sono presenti in patologia

clinica è una caratteristica del mondo vegetale, sono una sequenza di rna, infettiva, trasmissibile,

una sequenza che può essere trasmessa da cellula a cellula, può essere trasmessa con vettori, molto

stabile, ne parleremo poco dei viroidi.

Le malattie virali sono molto temute essenzialmente perché molte malattie virali sono gravi, sono

progressive ma soprattutto perché non si curano, non esiste nessun agro farmaco che possa curare

una pianta colpita da virosi, c’è un fenomeno che è chiamato ricovery che vuol dire recuperare,

ricovery è la convalescenza, è un fenomeno che è stato visto e non ben compreso, alcune malattie

virali, alcuni micoplasmi per esempio causano sintomi di media e lieve entità nella pianta

apparentemente progressivi poi come sintomatologia scompare e la pianta è come se fosse risanata,

questo succede anche con alcuni virus, virus che causano malattie molto leggere, dei sintomi

recuperabili, magari qualche giallume, qualche clorosi, i virus causano alterazioni morfologiche che

rimangono. I virus sono in grado in un certo senso di stimolare le difese della pianta, e il virus torna

in forma latente, non scompare però convive e questo è un discorso che è di grande pericolosità

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perché in altre condizioni quindi modificando la genetica delle selezioni non ci accorgiamo che

continuiamo a lavorare con del materiale contenente delle sequenze virali, queste virosi possono

riesplodere come sintomatologia su delle selezioni nuove cosa che regolarmente avviene come ad

esempio nelle drupaceae, alcuni virus del ciliegio materiale apparentemente sano utilizzato in

programmi di miglioramento genetico all’improvviso mostra delle alterazioni virali, si riattiva la

possibilità di espressione genica di questi geni virali, quindi il ricovery va molto bene per quanto

riguarda l’azienda agricola però è un fenomeno molto pericoloso nei progetti di miglioramento

genetico. La fisiologia stessa della pianta (l’età) e le molecole segnale della pianta possono attivare

o non attivare l’espressione dei geni virali, capita frequentemente che i virus penetrano all’interno

della pianta ospite e non manifestano sintomi, poi in una certa fase di vita della pianta il sintomo

viene manifestato, di norma i virus prediligono le piante giovani, piante di ciliegio o di susino non

ancora in produzione quindi appena piantate non mostrano sintomi, quando la fisiologia della pianta

si modifica perché comincia a fiorire e a produrre frutti allora il virus è attivo.

Qui abbiamo 3 immagini di manifestazioni virali caratteristiche anche delle nostre zone, abbiamo la

rizomania della barbabietola da zucchero, dovrebbe avere un fittone molto ingrossato, mentre il

virus non ha fatto altro che infettare la parte ipogea e modificare la distensione cellulare in modo da

avere questa barba radicale e non il prodotto desiderato, oppure la sharka delle drupaceae malattia

che si è insediata negli ultimi anni nella nostra regione con l’alterazione a livello del prodotto che

consistono in queste agnellature colorate e quando il frutto si sviluppa si deforma, oppure un altro

virus x e y della patata (doppia infezione) che porta ad una alterazione cromatica della foglia di

patata quindi con difficoltà a compiere una normale fotosintesi clorofilliana, la pianta si sviluppa

meno, le foglie si accartocciano, se voi fate caso tutti questi sintomi sono indice di infezione

sistemica, i virus nelle loro manifestazioni sintomatiche fanno capire che c’è qualcosa di sistemico

in giro, in effetti tutti gli organi possono essere colpiti dai virus, alcuni in modo + accentuato, altri

in modo + lieve, nel caso della sharka delle drupaceae abbiamo i frutti che vengono colpiti,

abbiamo i fiori, i germogli che sono + raccorciati, quindi sintomi che fanno capire che c0pè

qualcosa in circolo nella nostra pianta ospite. Sintomatologia: virus e viroidi presentano sintomi

molto molto ampie, alcune caratteristici altri abbastanza comuni come le clorosi, agenti biotici o

agenti biotici possono alterare quella che è la sintesi della clorofilla o il mantenimento di questa

sintesi perché magari i patogeni vanno ad agire sulle membrane tilacoidali, ingiallimenti sono altre

alterazioni del colore, quindi una alterazione nella posizione dei pigmenti come qlt e come qnt,

arrossamenti per esempio, imbrunimenti, ingiallimenti; un sintomo caratteristico dei virus è il

mosaico, quando voi vedete una foglia mosaicata, quindi con queste clorosi che seguono il percorso

delle nervature possiamo con assoluta certezza dire che abbiamo una infezione virale, mosaico del

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tabacco, del pomodoro, del cetriolo etc. sintomo sistemico e nel mosaico sono interessate gli organi

fotosintetizzanti, le foglie, non si può parlare di mosaicatura del frutto o del tubero, le foglie perché

il mosaico è un ingiallimento molto pronunciato che segue le nervature delle foglie, poi un altro

sintomo abbastanza caratteristico dei virus come anche per i fitoplasmi e qualche batterio vascolare

è il nanismo, piante che sono apparentemente normali, ma di dimensioni molto ridotte, la riduzione

delle dimensioni può creare dei problemi di produttività, la riduzione delle dimensioni delle

drupaceae del susino per esempio causa diminuzione del valore del frutto, il nanismo della medica

produrrà una riduzione della qnt di fieno, di foraggio; poi alterazione della morfologia di foglie,

fiori, frutti e germogli e in genere sono distorsioni, quindi i virus possono interagire con i

meccanismi di distensione cellulare che non avviene in modo corretto tanto che fiori e frutti

possono essere distorti per accartocciamenti, ripiegamenti fogliari, germogli che perdono la

dominanza apicale, perdita della dominanza apicale della gemma e tutte le altre gemme partono in

contemporanea producendo un affastellamento della pianta, con le proliferazioni i tedeschi hanno

un termine molto bello su una patologia forestale di epidemiologia ancora sconosciuta che colpisce

le conifere, loro dicono che la conifera fa il nido di cicogna, la conifera che ha una classica pianta a

dominanza apicale fatta a piramide e all’improvviso mostra una proliferazione di tutte le gemme

dell’apice facendo un ciuffo enorme come se la cicogna avesse fatto il nido sulla punta dell’abete o

del pino, ancora molto + localizzati e in genere sintomi tardivi: maculature come nella sharka,

striature e variegature, striature sono clorosi, ingiallimenti, imbrunimenti allungati e sono tipiche

delle monocotiledoni striature dell’orzo, del frumento, le variegature sono la stessa tipologia di

fenomeno però interessa le dicotiledoni e la clorosi si espande nella lamina fogliare a ventaglio.

Da notare che l’età dell’ospite, lo stadio vegetativo, la fenologia, le condizioni climatiche, quindi

diverse condizioni ambientali che possono incentivare lo sviluppo del sintomo oppure renderlo +

debole o addirittura il sintomo può scomparire, possiamo avere un ricovery temporaneo dovuto a

una variazione dei fattori ambientali che non è un vero ricovery è semplicemente la scomparsa di un

sintomo per ricomparire appena le condizioni ambientali lo permettono mentre nel ricovery vero il

sintomo scompare per un lungo periodo. Come dicevamo i sintomi sono sempre riferibili a delle

infezioni sistemiche, non vedremo il cancro, non vedremo tumori localizzati, non vedremo galle o

macchiettature localizzate su un certo organo, vedremo come si dice una sindrome.

Vediamo qualche sintomo: sintomo dell’accartocciamento fogliare, si vede la foglia che si ripiega,

le enazioni che sono queste alterazioni della distensione delle nervature riportando ad alterazioni

della morfologia della foglia in questo caso della fava, abbiamo poi il nanismo e questo è trifoglio e

la differenza di taglia è notevole, e delle deformazioni qui abbiamo un tubero, è una malattia virale

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anche questa che va a colpire sia le foglie che il fusto che i tuberi che è la parte commerciale della

patata, il prodotto viene alterato nella qlt e non è + commerciabile.

Cosa porta i virus a dare dei sintomi variabili dal punto di vista qlt e qnt: è certamente la

caratteristica dell’ospite, del patogeno o fenomeni ambientali come abbiamo visto nella piramide

della malattia, ceppo virale + o meno virulento: anche qui come per gli altri patogeni la virulenza è

una caratteristica come anche l’aggressività dei virus, lo stesso virus del mosaico del tabacco

possiamo avere diversi ceppi di diversa aggressività, di diversa virulenza, in effetti in virologia

vegetale troverete spesso s ed m malattia grave e malattia lieve meno grave dovuta alla caratteristica

del ceppo virale, oppure una diversa suscettibilità dell’ospite: anche gli ospiti si differenziano nei

confronti di uno stesso ceppo virale per mostrare dei sintomi + gravi, meno gravi, è presente

certamente una resistenza, una suscettibilità, una via di mezzo che è la tolleranza, resistenza è

geneticamente basata su dei geni di resistenza orizzontale o verticale, la suscettibilità è un oggetto

del corredo genetico, la tolleranza è una predisposizione che ha l’ospite ad accettare una

determinata qnt di patogeno, a contrastare l’infezione intanto che il patogeno rimane sa un livello

basso all’interno della pianta ad esempio se il patogeno ha difficoltà ad essere traslocato, e ancora

l’età dell’ospite: di norma le piante giovani sono + suscettibili.

Un’altra cosa molto interessante che aiuta il breeding: noi vediamo 2 specie vegetali affini, abbiamo

l’orzo e abbiamo un orzo selvatico, una pianta affine selvatica, il virus del nanismo giallo dell’orzo

(il barley yellow virus) colpisce e provoca notevoli danni sull’orzo quello coltivato, mentre lo stesso

virus su selvatico affine non provoca sintomi, quindi spesso noi troviamo delle tolleranza nelle

specie selvatiche dell’ospite e questo è molto utile perché dobbiamo andare a ricercare eventuali

finti di resistenza nel selvatico, il problema è che avere piante resistenti ti producono tuberi o semi

che siano agronomicamente accettabili e qui il discorso è molto + difficile perché nel caso delle

patate il tubero contiene sostanze abbastanza velenose e questo è uno dei caratteri che non si deve

dimenticare nel miglioramento genetico o sono dei fattori pericolosi oppure sono dei fattori anti

nutrizionali cioè non sono pericolosi però determinano la non assimilazione o assimilità di altre

sostanze come vitamine, un altro aspetto è la morfologia per quanto riguarda la patata e in questo

caso si deve trovare la morfologia giusta, il colore, abbiamo delle patate grigie che non sono

appetibili e questi sono tutti caratteri accessori, il primo carattere è quello di rintracciare delle

resistenze poi vedere se si possono migliorare i caratteri nutritivi e quelli anche estetici.

Cosa sono i virus? Ci sono una serie infinita di definizioni? Non sono né piante, né animaletti e

neanche microrganismi, una delle definizioni più semplici: il virus è un sistema biologico

elementare, quindi non esiste una cellula di virus, è errato parlare di cellula virale perché non è una

cellula, possiamo dire che i virus non sono altro che acidi nucleici a singola a o doppia elica rivestiti

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di un mantello proteico che si chiama capside, altra definizione: sono degli agenti infettivi costruiti

da acido nucleico: dna o rna a singola elica, a doppia elica e questi acidi nucleici sono racchiusi in

involucri proteici in grado di replicarsi. I virus sono un regna a parte.

Dal punto di vista della morfologia, i virus hanno diversa morfologia dovuta semplicemente alla

diversa morfologia dell’involucro proteico, il filamento di acido proteico è quello, alcuni hanno

forme a biscioline, a bastoncello, questo sempre un mini batterio, icosaedri singoli e gemellati; la

fenologia ci permette di elencare alcune migliaia di virus patogeni conosciuti di vertebrati, piante,

batteri, esistono virus patogeni di alghe per la bonifica di aree marine, quindi ogni cellula di ogni

organismo può essere parassitizzata da un virus, compresi anche i funghi.

Tutti i virus hanno delle caratteristiche comuni: hanno delle dimensioni sub microscopiche e vuol

dire che non si vedono al microscopio, serve il microscopio elettronico che consiste di una

trasmissione di elettroni attraverso un campione che viene rilevato da un analizzatore di immagine

ricostruita in base alla velocità con cui l’elettrone attraversa il substrato, in questo modo è possibile

ingrandire dei tessuti, delle cellule anche di 300.000 volte, in questo modo riusciamo ad individuare

i virus, altra caratteristica comune dei virus ma non dei viroidi è la presenza di acido nucleico

avvolto da proteine, è chiaro che la sequenza nucleotidica sarà diversa come è chiaro che

l’involucro proteico è diverso da virus a virus sia chimicamente sia morfologicamente, non sono

delle cellule i virus e sono privi di metabolismo proprio quindi l’unica possibilità che hanno di

effettuare alcune piccole funzioni vitali tipo la replicazione lo fanno usando dei meccanismi

cellulari della cellula che infettano, quindi dipendono dalla cellula ospite, quindi sono dei patogeni

endo cellulare, al di fuori delle cellule i virus muoiono in pochissimo tempo, pochi minuti, qualche

piccola eccezione è data dai fluidi organici come sangue o urine, oppure le colture fuori terra questi

liquidi possono permettere la sopravvivenza dei virus per alcune ore al massimo dopo di che si

disattiva, non si può dire che muore perché non è una cellula, la disattivazione consiste in una

alterazione della morfologia e della chimica dell’involucro che non permette + a questo involucro di

venire a contatto con la cellula ospite.

Per quanto riguarda la penetrazione che vedremo, è sempre passiva, nei fitovirus c’è una difficoltà

in +, i vegetali hanno la parete cellulare quindi deve essere iniettato, deve venire a contatto con

delle aperture, delle ferite, o tramite insetti.

Fitovirus: ce ne sono di varie forme e il primo tentativo di classificazione dei virus è stato fatto

perché è stato notato che la forma e la dimensione di una specie virale si manteneva nel tempo,

quindi quando il virus si moltiplica, si replica ricostruisce se stesso nelle stesse identiche dimensioni

e nelle stessa identica morfologia, il capside se è formato da diverse unità proteiche sono sempre le

stesse tanto che può essere utile studiarne la morfologia, forme e dimensioni sono studiate al

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microscopio elettronico poi in base allo studio della conformazione delle proteine ci sono dei

modelli tridimensionali che ricostruiscono tridimensionalmente i virus, essenzialmente i virus sono

di tre tipi: tubuliformi cioè sono dei tubi molto lunghi flessuosi, a volte rigidi e la lunghezza varia

dai 600 ai 2.000 nm, la famiglia dei fidivirus che sono i + lunghi, poi abbiamo i virus bacilliformi

che sembrano dei micro batteri, sono dei bastoncelli rigidi di 100-500 nm quindi molto al di sotto

della dimensione dei batteri, poi abbiamo i virus isodiametrici che sono scatole con lo stesso

diametro a forma di icosaedri che possono essere singoli o gemellati con una dimensione di 20/90

nm, questo nel lucido è un tobanovirus ed è una immagine al microscopio elettronico a forma di

bastoncello, questo è un gemini virus che sono virus isodiametrici doppi.

Struttura e composizione: tutti i virus contengono un genoma quindi una molecola di acido

nucleico, dna o rna mai entrambi, e possono essere a filamento singolo o a doppio filamento, gli

inglesi dicono ds rna e ss rna singolo strend e dable strend, quello che si può notare nei single strend

rna è che si può trovare un + o un – davanti all’acido nucleico ed è la polarità, polarità negativa op

polarità positiva ed è semplicemente il modo di formare l’elica dell’acido nucleico, attorno all’acido

nucleico c’è una struttura proteica che si chiama capside che non è una proteina bella complessa che

avvolge tipo membrana ma è una struttura multiforme comporta da numerosissime sub unità tutte

uguali, è un mosaico di subunità che