CRISPR/Cas9-targeted mutagenesis of tobacco DMR6 homeologs reduces seedling susceptibility to Phytophthora nicotianae race 0
Questo studio dimostra che l'interruzione mediata da CRISPR/Cas9 dei geni di suscettibilità NtDMR6T e NtDMR6S nel tabacco riduce la suscettibilità delle piantine a *Phytophthora nicotianae* razza 0 modulando le vie legate alla difesa, offrendo una strategia promettente per il miglioramento della resistenza alla black shank nonostante la necessità di ulteriore validazione agronomica.
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Immaginate un mondo in cui le piante possiedono i propri sistemi immunitari, ma a volte, proprio i geni destinati ad aiutarle a crescere agiscono come una "porta sul retro" per far entrare le malattie. Questo è l'affascinante angolo della scienza noto come patologia vegetale, con un focus specifico sui "geni di suscettibilità". Pensate a una pianta come a una fortezza. Di solito, pensiamo alle difese come a mura e guardie (geni di resistenza) che combattono gli invasori. Ma i geni di suscettibilità sono più simili a botole nascoste o finestre lasciate aperte che il nemico usa per entrare. Se si trova un modo per chiudere quelle specifiche finestre senza rompere la fortezza, la pianta diventa molto più difficile da attaccare. Questo è un grande passo avanti perché molti dei raccolti che mangiamo, come tabacco, patate e pomodori, combattono costantemente contro funghi del suolo e oomiceti (un tipo di organismo simile a una muffa acquatica) che possono sterminare interi campi. L'obiettivo non è solo rendere le piante più forti, ma renderle più intelligenti eliminando le debolezze che il nemico sfrutta, creando potenzialmente colture che resistano alle malattie per lungo tempo senza aver bisogno di costante aiuto chimico.
Ora, restringiamo il campo a una battaglia specifica che si sta svolgendo nei campi di tabacco. Le piante di tabacco sono attualmente sotto assedio da parte di un patogeno fastidioso chiamato Phytophthora nicotianae, che causa una malattia nota come "black shank" (marciume nero). Inizia dalle radici, annerisce il fusto e può uccidere la pianta. Per molto tempo, gli agricoltori hanno cercato di combatterla con i "geni di resistenza", ma il patogeno è astuto; evolve rapidamente, cambiando la sua "uniforme" in modo che le vecchie difese non riesse più a riconoscerlo. Questo articolo, guidato da ricercatori dell'Istituto di Ricerca sul Tabacco e dell'Università di Wageningen, ha deciso di provare una tattica diversa: invece di costruire un nuovo muro, hanno deciso di chiudere la botola. Si sono concentrati su un gene specifico chiamato DMR6, che agisce come un gene di suscettibilità. In termini semplici, DMR6 è come un manager che scompone la naturale difesa chimica della pianta (acido salicilico). Se il manager lavora troppo duramente, le difese della pianta sono deboli. Se si licenzia il manager (o si rompe il gene), le difense rimangono forti.
I ricercatori hanno utilizzato uno strumento high-tech chiamato CRISPR/Cas9, che agisce come forbici molecolari, per tagliare e disabilitare i geni DMR6 nelle piante di tabacco. Poiché il tabacco è una pianta "doppia" (ha due set di cromosomi da antenati diversi), hanno trovato due versioni di questo gene, che hanno chiamato NtDMR6T e NtDMR6S. Hanno creato tre tipi di piante mutanti: una con il gene "T" rotto, una con il gene "S" rotto e una con entrambi i geni rotti. Quando hanno testato queste piante contro la malattia del black shank, i risultati sono stati chiari. Le piante con i geni rotti si sono ammalate molto meno rispetto alle piante normali. Il "doppio mutante" (con entrambi i geni rotti) era il più resistente di tutti, mostrando i punteggi di malattia più bassi. È come se avessero chiuso entrambe le botole, rendendo incredibilmente difficile l'ingresso al patogeno.
Ma ecco il problema: quando si rompe un gene, la pianta smette di crescere o appare strana? I ricercatori erano preoccupati per questo "effetto pleiotropico", dove riparare un problema crea un altro. Hanno coltivato le piante mutanti in serre e persino in una vera prova in campo a Jimo, in Cina. Hanno misurato tutto: quanto crescevano le piante, quante foglie avevano e la dimensione di quelle foglie. Sorprendentemente, le piante mutanti apparivano sane e alte quanto quelle normali. Infatti, una linea mutante era persino leggermente più alta! Ciò suggerisce che bloccare la botola DMR6 non ha danneggiato il motore di crescita della pianta, almeno nel breve termine.
Per capire perché i mutanti fossero così resistenti, gli scienziati hanno esaminato i "manuali di istruzioni" delle piante (il loro RNA) per vedere quali geni venivano attivati o disattivati. Hanno scoperto che, quando i geni DMR6 sono rotti, le piante iniziano a far accelerare i motori di difesa. I geni legati all'invio di segnali di allarme, alla produzione di sostanze chimiche protettive e al combattimento degli invasori stavano lavorando intensamente. È come se la pianta si fosse resa conto che la botola non c'era più e avesse immediatamente iniziato a pattugliare le mura con più aggressività. Tuttavia, gli autori sono cauti nel notare che, sebbene abbiano visto questi geni di difesa "parlare" di più, non hanno misurato direttamente le sostanze chimiche effettive o la crescita del patogeno all'interno della pianta in questo studio specifico. Quindi, sebbene l'evidenza suggerisca fortemente che il sistema di difesa sia attivo, essi lo definiscono una "risposta a valle" piuttosto che una prova definitiva di ogni singolo passaggio.
L'articolo conclude che l'editing di questi due geni DMR6 è una strategia promettente per rendere il tabacco resistente al black shank. Offre un nuovo modo per combattere la malattia che potrebbe durare più a lungo rispetto ai metodi tradizionali perché la pianta non sta solo aspettando che appaia un nemico specifico; è semplicemente più difficile da infettare in generale. Tuttavia, i ricercatori non dichiarano ancora una vittoria totale. Puntano il dito sul fatto che hanno testato solo un tipo di patogeno e una specifica varietà di tabacco. Inoltre, non hanno misurato la qualità finale delle foglie di tabacco essiccate (come il gusto o l'odore), il che è fondamentale per gli agricoltori. Suggeriscono che, sebbene questo sia un ottimo punto di partenza, sono necessari ulteriori test su diversi campi e con diversi ceppi di patogeni per assicurarsi che questa strategia della "botola chiusa" funzioni ovunque e non rovini accidentalmente la qualità del raccolto. È un passo molto speranzoso, ma il viaggio verso una pianta di tabacco perfetta e resistente alle malattie è ancora in corso.
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