I parassiti vegetali come batteri e funghi portano a significative perdite di resa in agricoltura. Al fine di sviluppare nuove strategie contro tali agenti patogeni, la comprensione della risposta immunitaria della pianta è di fondamentale importanza. Una squadra guidata dal biologo Prof Jörg Kudla dell’Università di Münster (Germania) ha identificato importanti componenti e meccanismi del macchinario molecolare che trasmette informazioni su un incontro patogeno all’interno dell’organismo vegetale. Lo studio, che ora è stato pubblicato sulla rivista Progressi scientificifornisce anche indizi su come le piante riescono a trasmettere segnali immunitari da cellule a cellule senza interrompere altre catene di segnalazione nelle cellule colpite.
Quando le piante sono infettate da agenti patogeni, montano una risposta immunitaria a due fasi, che prima si sviluppa direttamente nel sito di infezione e quindi si diffonde in tutto l’organismo. Ciò prepara le parti precedentemente incontrastate della pianta per un possibile attacco. I segnali di calcio svolgono un ruolo essenziale in questo processo. Quando il tessuto vegetale è danneggiato da un patogeno, innesca i segnali di calcio che vengono quindi trasmessi da cellula a cellula. Inoltre, le cellule usano una NADPH ossidasi (un enzima nella membrana cellulare) per rilasciare specie reattive di ossigeno come ulteriori molecole di segnalazione, che interagiscono quindi con i segnali di calcio per consentire la propagazione sistemica della risposta immunitaria. Fino ad ora, i ricercatori non hanno compreso appieno questa interazione tra le specie di ossigeno di calcio e reattivo e la regolazione della NADPH ossidasi mediante fosforilazione del calcio-dipendente.
Il team di Jörg Kudla ha mostrato per la prima volta che due diverse chinasi, entrambe attivate dal calcio, devono lavorare insieme per facilitare un’efficace proliferazione del segnale immunitario sistemico. Questo “modulo bi-chinasi” sensibilizza la NADPH ossidasi al calcio e consente l’attivazione sinergica di questo enzima, che produce quindi più specie di ossigeno reattivo. Una delle due chinasi dipendenti dal calcio era già noto, mentre la seconda è stata identificata dalla squadra come parte dello studio recentemente pubblicato. “Un tale modulo bi-chinasi attivato dal calcio non è mai stato descritto prima”, spiega Jörg Kudla.
Sulla base delle loro osservazioni, i biologi hanno proposto un modello che descrive in dettaglio i meccanismi della segnalazione immunitaria sistemica nelle piante: innescati da un patogeno, inizialmente una terza chinasi all’interno della cellula infetta innesca la generazione di specie extracellulari di ossigeno reattivo La superficie delle cellule vicine. Fino a questo punto, il processo è stato compreso. Il team ha ora scoperto che queste specie reattive dell’ossigeno non solo innescano nuovi segnali di calcio nelle cellule vicine, ma attivano anche il modulo bi-chinasi dipendente dal calcio, che a sua volta attiva il rilascio di specie reattive dell’ossigeno.
Ciò provoca un rinnovato afflusso di calcio nelle cellule vicine. In questo modo, il segnale si diffonde senza le stesse cellule colpite che entrano in contatto con il patogeno. “Sorprendentemente, abbiamo osservato che l’intensità del segnale di calcio in movimento è relativamente debole e tuttavia sufficiente per attivare la NADPH ossidasi attraverso il modulo bi-chinasi. Ciò è probabilmente causato dalla sensibilizzazione di questo enzima. Abbiamo chiarito i meccanismi molecolari di questa sensibilizzazione , “dice Jörg Kudla. “Sospettiamo anche che ciò consenta a questo debole segnale di calcio di diffondersi da una cellula a cellula senza interrompere altri processi dipendenti dal calcio che si verificano simultaneamente in queste cellule.” Non è ancora noto come le cellule regolano la forza del segnale di calcio.
Per la loro indagine, il team ha combinato vari metodi genetici, biologici e biochimici molecolari. L’indagine sulla propagazione dei segnali di calcio nei tessuti è stata condotta in piante transgeniche di Thale Cress (Arabidopsis thaliana), in cui i ricercatori hanno analizzato le proteine del biosensore per il calcio usando microscopia ad alta risoluzione. Per ulteriori indagini, sono state utilizzate colture cellulari umane in cui è stata ricostituita la via di segnalazione delle piante.
Accanto al gruppo di ricerca di Kudla, nel progetto è stato anche coinvolto anche il gruppo di Iris Finkemeier dell’Università di Münster. Gli altri autori sono membri del gruppo di ricerca guidato dal prof. Tina Romeis (precedentemente presso la Free University di Berlino e ora presso il Leibniz Institute of Plant Biochemistry di Halle).
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
