L’interruzione della “comunicazione” con le piante potrebbe limitare le infezioni da nematodi di cisti di soia

I ricercatori hanno identificato una singola proteina nei nematodi in cisti che innesca dozzine dei segnali chimici chiamati effettori che i microscopici nematodi rilasciano all’interno delle radici per dirottare le cellule vegetali e si rendono una casa, ha affermato Thomas Baum, un distinto professore di patologia vegetale, entomologia e microbiologia presso l’Università dello Stato di Iowa.

Sebbene la proteina – un fattore di trascrizione che si lega ai geni, attivarli o disattivati ​​- sia probabilmente uno dei tanti che regolano la produzione di effettori, i ricercatori hanno scoperto che senza di essa l’infezione da nematodi è gravemente ridotta, secondo lo studio recentemente pubblicato in Atti della National Academy of Sciences. Ciò potrebbe portare a gravi progressi nel ridurre la distruttività dei nematodi della cisti di soia, che gli statunitensi degli agricoltori statunitensi quasi 90 milioni di bushel in produzione l’anno scorso – di gran lunga il parassita più dannoso del raccolto.

“Ora abbiamo un bersaglio validato, un evento molecolare tangibile che coinvolge un singolo fattore di trascrizione. È una prova del concetto che apre le porte a vari nuovi modi di pensare alla gestione dei nematodi”, ha affermato Baum, co-autore dello studio.

Una conversazione chimica

Per anni, i nematologi come Baum hanno studiato effettori nella speranza che il targeting possa ridurre le infezioni da parte dei nematodi di cisti, che sono anche prevalenti in altre colture come barbabietole da zucchero e patate. Quegli sforzi sono stati un po ‘un gioco di colpi di colta, ha detto Baum. I nematodi producono centinaia di effettori distinti, fornendo ridondanza e capacità di adattamento rapido.

“Ti porti via un effettore e un nematode ride e dice:” Ne ho altri 10 “, ha detto.

Tuttavia, gli effettori sono il meccanismo molecolare chiave per le invasioni dei nematodi nelle radici delle piante. I vermi sono sofisticati agenti patogeni che dopo la schiusa del suolo si fanno strada in una radice. Una volta dentro, cercano una singola cella da subentrare. Quando trovano quello che stanno cercando, iniziano non nutrendosi ma comunicando.

“Il linguaggio che usano sono sostanze chimiche, non parole”, ha detto Baum. “Gli effettori trasmettono un messaggio a una cella vegetale e cambia, trasformandosi in un tipo di cellula non di solito trovato in una radice di soia. Quindi tutte le cellule vicine cambiano e si fondono insieme per formare un nuovo enorme organo la cui sola funzione sta alimentando il verme.”

Trovare SUGR-1

Poiché gli sforzi individuali per colpire i singoli effettori hanno scarso effetto, i ricercatori hanno dovuto scavare più a fondo. I nematodi di cisti producono i loro effettori nelle loro ghiandole esofagee. Nella ricerca precedente, il laboratorio di Baum ha sequenziato sia l’intero genoma del nematode della cisti di soia che il trascrittoma delle sue cellule di ghiandola, che documenta l’espressione dell’RNA nel tempo. Confrontando le due serie di dati, i ricercatori possono identificare i geni responsabili degli effettori dei nematodi e della loro produzione.

Baum ha generato lo stesso tipo di dati per un collaboratore stretto presso l’Università di Cambridge nel Regno Unito che studia il nematode della cisti della barbabietola da zucchero, che è quasi identico al nematode della cisti di soia. Il gruppo di ricerca collaborativo, gestito da Sebastian Eves-Van Den Akker, basato sui dati, utilizzando un metodo di analisi della rete genica per identificare un fattore di trascrizione nelle ghiandole del nematode che diventa attivo quando vengono prodotti effettori. La loro analisi ha mostrato che 58 geni effettori sono innescati da questo fattore di trascrizione, che chiamano il regolatore del ghiaccio subventrale (SUGR-1).

Ma cosa attiva SUGR-1? Sulla base degli esperimenti del gruppo di Eves-Van Den Akker, ciò è dovuto ai segnali delle radici che i ricercatori hanno definito effectostimuline. Ciò spiega perché SUGR-1 si è attivato quando il team di ricerca di Cambridge lo ha esposto agli estratti di radici da piante che sono noti host di nematodi.

“La cosa più eccitante per me di questo documento è l’immagine che dipinge di un ciclo auto-rinforzante che guida l’infezione da nematodi delle piante”, ha detto Eves-Van Den Akker. “Rompono le cellule vegetali, percepiscono che alcuni segnali rilasciati e rispondono in un modo che aumenta la loro capacità di rompere le cellule ospiti”.

Come potrebbe funzionare nei campi

Attualmente, la rotazione delle colture e le cultivar allevate per avere una certa resistenza ai nematodi sono le principali misure di controllo per la gestione dei nematodi della cisti di soia. La migliore comprensione di come i nematodi ingannano le piante nel diventare ospiti disponibili dovrebbero eventualmente espandere quella cassetta degli attrezzi, ha detto Baum.

Le aziende di allevamento potrebbero sviluppare varietà di soia geneticamente progettate per produrre RNA che una volta consumati dai nematodi, impedisce l’attivazione di SUGR-1. Il blocco dell’effetto -ottimuline con trattamenti chimici, l’editing genico o l’allevamento è un’altra opzione. I metodi non avrebbero bisogno di essere completi, poiché la semplice riduzione della virulenza sarebbe significativa.

“Con i nematodi, non devi necessariamente uccidere ogni worm. Se riduco le infezioni del 40%, è un grosso problema. Farebbe una vera ammaccatura nei danni delle colture”, ha detto Baum.

I risultati hanno anche il potenziale per la medicina veterinaria e il trattamento medico umano, poiché diversi tipi di nematodi sono parassiti dannosi negli animali.

‘Solo l’inizio’

Baum ed Eves-Van Den Akker prevedono di continuare a lavorare insieme sulla ricerca di cisti dei nematodi, poiché è stata una fruttuosa partnership per anni, ha affermato Baum.

“Se dovessi redigere il modo in cui vuoi interagire con un collaboratore scientifico, sarebbe proprio così. Ti basi l’uno sull’altro e condividi liberamente per fare progressi che aiutano entrambi i campi”, ha detto.

Baum ha detto che si aspetta che studi futuri scopriranno di più sulla meccanica genetica e molecolare della produzione di effettore, che dovrebbero offrire ulteriori modi per interrompere la segnalazione cruciale tra i nematodi della cisti e i loro ospiti vegetali.

“SUGR-1 è solo il primo che è saltato fuori dalla pagina. Ma sappiamo che ce ne sono altri. Questo è solo l’inizio. Ci saranno molti obiettivi”, ha detto.