A conserved tetrapolar mating system permits sexual hybridization and recombinant host phenotypes in wheat- and barley-adapted Puccinia striiformis
Nonostante la significativa specializzazione per l'ospite e la differenziazione a livello dell'intero genoma tra *Puccinia striiformis* adattata al frumento e quella adattata all'orzo, un conservato sistema di accoppiamento tetrapolare sull'ospite alternativo *Berberis vulgaris* consente l'ibridazione sessuale che produce progenie vitale con nuovi profili di interazione con l'ospite ricombinanti.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
I funghi che infettano le colture spesso si specializzano in un unico tipo di pianta, evolvendosi per diventare esperti nell'attaccare il frumento o l'orzo, ma fallendo nel sopravvivere sull'altro. Questa specializzazione agisce come una barriera, mantenendo separate le diverse popolazioni fungine e impedendo loro di mescolare i propri geni. Tuttavia, molti di questi patogeni vegetali possiedono un ciclo vitale sessuale nascosto che si svolge su un tipo di pianta completamente diverso, spesso un arbusto o un albero, lontano dai campi di cereali. Su questo ospite alternativo, i funghi possono accoppiarsi e produrre prole. Gli scienziati si sono a lungo chiesti se la stretta specializzazione osservata nei campi sia così profonda da impedire a questi funghi di accoppiarsi anche quando si incontrano sul comune arbusto. Se le barriere fossero abbastanza forti, i due gruppi sarebbero incapaci di produrre prole vitale, diventando di fatto specie separate. Se le barriere fossero deboli, potrebbero mescolarsi, creando nuove combinazioni di tratti che potrebbero permettere loro di infettare colture che prima non potevano colpire.
In uno studio recente, i ricercatori hanno cercato di testare questa possibilità utilizzando due forme strettamente correlate ma specializzate per l'ospite della ruggine striata. Una forma, nota come ruggine striata del frumento, infetta il frumento ma non l'orzo. L'altra, la ruggine striata dell'orzo, infetta l'orzio ma non il frumento. Nonostante le loro diverse abitudini nei campi, entrambe le forme utilizzano un comune arbusto, il berberis, come luogo per riprodursi sessualmente. I ricercatori hanno riunito queste due distinte forme fungine in un esperimento controllato su piante di berberis per vedere se potessero accoppiarsi. Hanno scoperto che le due forme, pur essendo specializzate per colture diverse, erano effettivamente in grado di incrociarsi. L'accoppiamento ha prodotto diciotto prole vitale, provando che le barriere genetiche tra di esse non sono complete. Questa scoperta è significativa perché dimostra che, anche se questi funghi appaiono e si comportano diversamente nei campi, conservano la macchina biologica per mescolare i propri geni quando ne hanno l'opportunità.
I ricercatori hanno poi esaminato la composizione genetica di questa nuova prole per capire come funzionasse l'accoppiamento. Hanno scoperto che i funghi utilizzano un sistema specifico per determinare la compatibilità, che coinvolge due interruttori genetici separati situati su cromosomi diversi. Affinché l'accoppiamento avvenga, i partner devono avere versioni diverse di questi interruttori. Lo studio ha confermato che i genitori adattati al frumento e quelli adattati all'orzo possedevano versioni compatibili di questi interruttori, permettendo loro di fondersi e riprodursi. Inoltre, la prole ha ereditato un mix di questi interruttori da entrambi i genitori, risultando in quattro diverse combinazioni genetiche. Questo schema ha confermato che l'accoppiamento seguiva le regole attese della riproduzione sessuale, dove i geni di entrambi i genitori vengono rimescolati e trasmessi alla generazione successiva.
Il risultato forse più sorprendente è stato ciò che è accaduto quando questi nuovi funghi ibridi sono stati testati contro piante di frumento e d'orzo. I genitori originali erano specialisti rigorosi: la forma del frumento non poteva infettare l'orzo, e la forma dell'orzo non poteva infettare il frumento. La prole, tuttavia, ha mostrato un nuovo tipo di comportamento. Alcuni degli ibridi potevano infettare sia il frumento che l'orzo, un tratto che nessuno dei due genitori possedeva. Altri potevano infettare una miscela di varietà di frumento e orzo che i genitori non potevano colpire. Ciò suggerisce che, combinando il materiale genetico di due genitori specializzati, il fungo può generare nuove capacità per superare le difese delle piante. Lo studio non ha riscontrato che gli ibridi diventassero super-infettivi su tutte le piante; piuttosto, hanno mostrato una gamma di nuove capacità, infettando talvolta varietà specifiche di entrambi i raccolti.
Questo lavoro dimostra che la separazione tra questi due gruppi fungini non è assoluta. Sebbene si siano evoluti per specializzarsi su colture diverse, non hanno perso la capacità di riconoscersi l'un l'altro come partner e di produrre prole sana quando si incontrano sul loro comune ospite sessuale. I ricercatori hanno dimostrato che questo mescolamento sessuale può creare nuove combinazioni genetiche che alterano il modo in cui il fungo interagisce con le sue piante ospiti. Nel contesto della protezione delle colture, ciò significa che l'evoluzione di nuove minacce fungine potrebbe non derivare sempre da cambiamenti lenti e graduali all'interno di un singolo gruppo. Inveve, l'incontro occasionale di diversi gruppi specializzati su un ospite selvatico potrebbe produrre improvvisamente ibridi con la capacità di infettare colture che prima non potevano raggiungere. Lo studio fornisce una prova diretta che la specializzazione dell'ospite e la capacità di mescolarsi sessualmente possono coesistere, lasciando aperta la porta all'emergere di nuovi ceppi fungini.
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