I funghi simbiotici e patogeni che interagiscono con le piante sono lontanamente imparentati e non condividono molte somiglianze genetiche. Confrontando i funghi patogeni delle piante e i funghi simbiotici delle piante, gli scienziati del Sainsbury Laboratory Cambridge University (SLCU) hanno scoperto che questi parenti remoti utilizzano un gruppo simile di proteine per manipolare e vivere all’interno delle piante.
Il gruppo di ricerca di Sebastian Schornack sta lavorando per identificare e caratterizzare nuovi effettori della micorriza arbuscolare (AM), proteine secrete dai funghi AM simbiotici per facilitare la colonizzazione delle radici delle piante. Come parte di questo stanno anche studiando se i funghi patogeni e simbiotici stiano usando strategie simili o diverse.
Utilizzando il programma per computer AlphaFold2 AI che prevede le strutture proteiche, il team è il primo a confrontare le proteine secrete da funghi simbiotici e patogeni. Hanno scoperto che i funghi simbiotici codificano la stessa famiglia di proteine che i funghi patogeni utilizzano per interagire e colonizzare le piante. I risultati sono stati pubblicati oggi in Nuovo fitologo.
“C’è un’enorme diversità nel codice genetico delle proteine effettrici in microbi strettamente correlati, quindi è ancora più difficile confrontare le proteine sequenze tra agenti patogeni e simbionti che sono più lontanamente correlati”, ha affermato il dott. Albin Teulet, che è il primo autore della ricerca. “Invece, abbiamo approfittato del recente sviluppo di AlphaFold2 per fare un confronto tra le strutture proteiche secrete da un fungo simbiotico e fungo patogeno. Ciò ha portato alla scoperta che esiste un gruppo di proteine strutturalmente molto simili precedentemente conosciute da agenti patogeni che sono anche presenti – spesso in numero maggiore – codificate nei genomi dei funghi simbiotici”.
Le relazioni pianta-fungo hanno un effetto drammatico sulla salute delle piante negli ecosistemi naturali e nell’agricoltura, sia positivi che negativi. I funghi AM sono l’associazione simbiotica più comune di piante con microbi, colonizzando le radici delle piante per promuovere l’assorbimento dei nutrienti, migliorare la crescita delle piante e persino aiutare a respingere i patogeni. Mentre i funghi patogeni, come i ceppi di Fusarium oxysporum, sono alcuni dei patogeni più devastanti al mondo con una vasta gamma di ospiti e stanno attualmente minacciando di spazzare via le piantagioni di banane e palme da olio di Cavendish. Fusarium ha anche dato il nome al gruppo di proteine che il team ha trovato: Fusarium oxysporum lycopersici proteine a doppio dominio (FOLD).
I ricercatori hanno classificato tutte le proteine secrete dal fungo simbiotico AM Rizofago irregolare e ha identificato una vasta famiglia di effettori simili a FOLD (MycFOLD) con un’elevata somiglianza strutturale con le proteine FOLD prodotte dal Fusarium oxysporum patogeno.
Gli effettori FOLD si trovano solo nei genomi dei funghi che formano associazioni con piante viventi. Ciò suggerisce che queste proteine sono alla base di meccanismi universali che consentono sia agli agenti patogeni che ai funghi simbiotici di vivere all’interno delle piante.
Il dottor Schornack ha affermato che scoprire che i funghi simbiotici e patogeni delle piante utilizzavano alcuni degli stessi strumenti ha fornito una nuova prospettiva sulla nostra comprensione dei simbionti fungini: come effettori durante la colonizzazione delle piante di funghi sia simbiotici che patogeni”.
“Se i funghi simbiotici e patogeni utilizzano gli stessi strumenti, ciò significa che escogitare modi per migliorare le relazioni AM nelle colture potrebbe rendere le colture più suscettibili ai patogeni allo stesso tempo. Tuttavia, queste scoperte ora aprono nuove domande da esplorare, come perché i funghi simbiotici hanno queste proteine che hanno anche i patogeni e cosa fanno realmente?”
I fondamenti delle interazioni pianta-microbo
Comprendere la somiglianza e la diversità degli effettori utilizzati da simbionti e agenti patogeni è fondamentale per comprendere i fondamenti delle interazioni pianta-microbo.
La relazione pianta-patogeno è stata ben studiata con molte delle proteine effettrici già note. Tuttavia, si sa meno sulle interazioni pianta-simbionte, come quelle tra piante e funghi AM.
Le piante che formano relazioni benefiche con i funghi simbiotici controllano tutte le fasi della colonizzazione: possono respingere o espellere i colonizzatori se ritengono che la colonizzazione fungina non sia necessaria, come negli ambienti del suolo con abbondanti scorte di nutrienti come il fosfato.
Tuttavia, i funghi AM dipendono dai nutrienti prodotti dalle piante e quindi hanno anche una propria strategia di sopravvivenza, in particolare nei casi in cui la relazione è indesiderata dalla pianta.
Durante il processo di infezione, i funghi patogeni sopprimono l’immunità della loro pianta ospite secernendo un cocktail di proteine effettrici. Anche se i funghi simbiotici sono benefici per le piante, anch’essi devono comunicare con la pianta o superare le barriere per colonizzare con successo le cellule vegetali.
È stato identificato solo un piccolo numero di proteine effettrici secrete dai funghi AM simbiotici. Il team di Schornack sta lavorando per scoprire altri effettori che svolgono un ruolo nella relazione pianta-simbionte.
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