Proteggere le colture: i ricercatori aprono New Avenue per combattere un virus delle piante diffuso

Il virus del mosaico di cetriolo è un virus particolarmente devastante per le colture. Circa 90 specie di afidi trasmettono il virus, che colpisce più di 1.200 specie vegetali. Questi includono numerose colture agricole come zucca, cetrioli, cereali e piante medicinali e aromatiche. Le piante infette sono facilmente identificate da un modello di mosaico caratteristico sulle loro foglie. Una volta infette, le piante non riescono a prosperare e i loro frutti non possono essere venduti. Ad oggi, non esistono agenti approvati contro CMV. Tuttavia, il nuovo lavoro dei ricercatori della MLU potrebbe fornire una soluzione a lungo termine. L’idea di base è quella di combattere il virus dirigendo le difese naturali della pianta nella giusta direzione.

Quando un virus infetta una pianta, usa le cellule della pianta come ospite. Il virus si moltiplica attraverso il suo materiale genetico sotto forma di molecole di acido ribonucleico (RNA) nelle cellule vegetali. Una volta iniettate, queste molecole di RNA estranee innescano una risposta iniziale dal sistema immunitario della pianta. Le forbici enzimatiche speciali riconoscono e tagliano le molecole di RNA virale. Questo processo produce piccoli RNA interferenti (siRNA), che si sono diffusi in tutta la pianta e scatenano una seconda fase della risposta immunitaria. Le molecole di siRNA si legano a speciali complessi proteici e le guidano alle molecole di RNA del virus. Una volta lì, le proteine ​​iniziano a abbattere le molecole di RNA dannose del virus convertendole in frammenti innocui e degradabili.

“In generale, questo processo di difesa non è molto efficace. Un’infezione virale produce molte molecole di siRNA diverse, ma solo pochi hanno un effetto protettivo”, afferma il professor Sven-Erik Behrens dell’Istituto di Biochimica e biotecnologia presso la MLU. Il suo team ha sviluppato un metodo per identificare molecole di siRNA che sono altamente efficienti nel processo. In un ulteriore passo importante, ora sono stati in grado di combinare molte di queste molecole di siRNA in cosiddette molecole di RNA a doppio filamento efficienti (EdsrNA), che sono particolarmente adatte per l’uso nelle piante. Questi edsrnas agiscono come una sorta di “pacchetto” che viene suddiviso nei siRNA subito dopo essere entrati nelle cellule vegetali. In questo modo, un gran numero di molecole di siRNA altamente efficace può esercitare un effetto protettivo e antivirale sul punto.

Il team ha condotto numerosi esperimenti di laboratorio sulla pianta del modello Nicotania benthamiana ed è stato in grado di dimostrare che gli agenti attivi a base di Edsrna proteggono in modo affidabile dal virus del mosaico del cetriolo. “Le piante nei nostri esperimenti sono state infettate da un carico virale molto elevato: tutte le nostre piante non trattate sono morte”, spiega Behrens. Al contrario, l’80-10 per cento delle piante trattate è sopravvissuto. C’è un altro vantaggio speciale degli agenti Edsrna: quando il pacchetto viene scomposto, viene prodotto un mucchio di molecole di siRNA efficienti che attaccano esclusivamente il virus in diversi siti. Ciò aumenta significativamente l’effetto protettivo. “I virus dell’RNA come il virus del mosaico del cetriolo sono pericolosi perché possono evolversi rapidamente. Inoltre, il materiale genetico di questo virus è costituito da tre parti separate, che possono essere confuse, aumentando ulteriormente la possibilità di nuove mutazioni. Per ottenere la massima protezione contro il virus, i nostri ingredienti attivi mirano a diverse parti del genoma”, afferma Behrens. Il team ha anche ottimizzato il processo di screening per siRNA efficienti e può adattare la procedura per colpire nuove mutazioni virali entro due o quattro settimane. “Il tempo è un fattore importante: quando emerge una nuova variante virus, possiamo modificare molto rapidamente l’agente attivo di conseguenza”, spiega Behrens. L’approccio può anche essere applicato ad altri agenti patogeni e parassiti.

Fino ad ora, le sostanze sono state somministrate manualmente in laboratorio, per iniezione o sfregandole nelle foglie della pianta. Il team sta lavorando con il farmacista e lo specialista della consegna di droghe, il professor Karsten Mäder presso la MLU per rendere le sostanze a base di RNA più durevoli e più facili da applicare alle piante. Ad esempio, potrebbero essere spruzzati. Allo stesso tempo, i ricercatori stanno pianificando prove sul campo per testare le sostanze basate su RNA in condizioni reali. E stanno parlando con le aziende della futura produzione industriale. Inoltre, i potenziali nuovi prodotti per la protezione delle colture devono ancora passare attraverso un processo di approvazione, quindi ci vorrà un po ‘di tempo prima che un prodotto per combattere il virus del mosaico di cetriolo entri nel mercato. “Tuttavia, siamo convinti che il nostro approccio sia fattibile. Il primo prodotto di protezione delle colture con un ingrediente attivo a base di RNA è stato recentemente approvato negli Stati Uniti”, afferma Behrens.

I redattori della “ricerca degli acidi nucleici” hanno selezionato il documento dai ricercatori della MLU come “articolo innovativo”. Solo il 2-3 % degli articoli pubblicati in “Nucleic Acids Research” riceve questa designazione speciale ogni anno. Circa 1.300 articoli sono apparsi sulla rivista nel 2024.

Il lavoro è stato finanziato dalla German Research Foundation (DFG), dal Ministero federale dell’Istruzione e della ricerca (BMBF) e dallo stato di Sassonia-Anhalt.