Le piante, come gli animali, possiedono un sistema immunitario che le difende da patogeni come virus, batteri, funghi e oomiceti. Per fermare gli invasori, è necessario prima rilevarli, e questo compito è svolto dai recettori di riconoscimento dei modelli situati sulla superficie delle cellule vegetali. La capacità di questi recettori di rilevare modelli molecolari associati ai patogeni dipende da due tipi di proteine, chiamate RLP e RLK, entrambe in grado di contenere ripetizioni ricche di leucina, sezioni in cui l’aminoacido leucina appare più volte.
La tracciabilità dell’evoluzione dell’immunità
Per tracciare l’evoluzione dell’immunità delle piante, un team internazionale di ricerca guidato da Ken Shirasu e Yasuhiro Kadota presso il RIKEN CSRS ha esaminato il numero e i modelli dei recettori. Hanno analizzato oltre 170.000 geni che codificano per RLK e circa 40.000 geni che codificano per RLP, ottenuti da dati pubblicamente disponibili di 350 specie vegetali. Hanno scoperto che gli RLK e gli RLP con ripetizioni ricche di leucina erano i tipi di recettori più abbondanti tra tutte le specie vegetali, costituendo quasi la metà degli RLK e il 70% degli RLP.
Scoperte chiave e implicazioni
Gli RLP e alcuni RLK sono noti per contenere una regione speciale, cruciale per il riconoscimento di parti di patogeni. L’indagine del team RIKEN CSRS ha rivelato che tra gli RLP che contengono le ripetizioni ricche di leucina, questa regione speciale era quasi sempre situata nello stesso posto; tra la quarta e la quinta ripetizione ricca di leucina. Questi RLP erano associati a risposte immunitarie. Hanno inoltre scoperto che la regione dell’isola era situata nella stessa posizione in alcuni RLK, quasi tutti appartenenti a un gruppo funzionale che regola la crescita e lo sviluppo.
L’analisi comparativa ha mostrato che la sequenza dei quattro ripetitori sotto la regione dell’isola era molto simile tra i due tipi di rilevatori di proteine, suggerendo che hanno un’ascendenza evolutiva comune. In particolare, questi quattro insiemi di ripetizioni di leucina contenevano sezioni necessarie per il legame con lo stesso co-recettore, chiamato BAK1. Ciò significa che gli RLP correlati all’immunità e gli RLK correlati alla crescita hanno ereditato la capacità di legare BAK1 da un antenato comune.
“In modo intrigante, abbiamo scoperto che lo scambio delle quattro regioni di ripetizioni ricche di leucina tra questi recettori non ne interrompeva la funzionalità”, afferma Bruno Pok Man Ngou, che ha condotto lo studio. Creando un recettore ibrido combinando un RLK correlato alla crescita con un RLP correlato all’immunità, si è ottenuto un recettore ibrido che riconosceva i patogeni e induceva sia risposte immunitarie che correlate alla crescita. Ciò significa che gli scienziati dovrebbero essere in grado di ingegnerizzare recettori con nuove funzioni scambiando questi moduli.
Prospettive future
Questo studio ha affrontato le origini dell’immunità delle piante a livello molecolare, mostrando che l’analisi simultanea delle informazioni da più genomi vegetali può consentire una previsione semplice e precisa dei geni coinvolti nell’immunità e nella crescita delle piante. “Attualmente stiamo isolando recettori immunitari da varie piante utilizzando queste informazioni, puntando a applicazioni pratiche come lo sviluppo di colture resistenti alle malattie in futuro”, afferma Shirasu.
