Virologia vegetale - Appunti

Virologia vegetale

Prof. E. Stefani

La virologia vegetale è l’area più recente della patologia vegetale semplicemente perché 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 Koch.

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 tassonomicamente 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 microbiologico 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.

Malattie virali e ricovery

Le malattie virali sono molto temute essenzialmente perché molte malattie virali sono gravi, sono progressive ma soprattutto perché non si curano, non esiste nessun agrofarmaco 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 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.

Manifestazioni e sintomatologia virale

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 c’è 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 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.

Esempi di sintomi

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 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.

Variabilità dei sintomi

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 a 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 antinutrizionali 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 o doppia elica rivestiti 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 regno 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 nucleico 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.

Caratteristiche comuni dei virus

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 endocellulari.

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: forme, struttura e composizione

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 nella 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 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.
• Virus bacilliformi che sembrano dei micro batteri, sono dei bastoncelli rigidi di 100-500 nm quindi molto al di sotto della dimensione dei batteri.
• 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 o 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