I meccanismi di difesa che le piante usano per riconoscere e rispondere a un comune parassita – il bruco – sono nati da un singolo gene che si è evoluto nel corso di milioni di anni.
Lo studio pubblicato nella rivista eLife rileva che alcune piante, come la soia, hanno perso questo gene protettivo nel corso del tempo, suggerisce che la riproduzione delle piante o l’ingegneria genetica per reintrodurre il gene, potrebbe proteggere dalla perdita del raccolto.
Lo stato di salute di una pianta dipende dal sistema immunitario che eredita, ciò significa ereditare determinati tipi di recettori di riconoscimento, possono identificare agenti patogeni e peptidi derivati dagli erbivori e innescare una risposta immunitaria appropriata.
Simon Snoeck, ricercatore presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Washington, Stati Uniti, tra gli autori dello studio, ha detto:
«Ereditare i giusti tipi di recettori di riconoscimento può consentire alle piante di identificare le minacce e di affrontare malattie e parassiti. Sebbene siano note molte molecole derivate da parassiti che attivano le risposte immunitarie nelle piante, le nostre conoscenze sono limitate su come le piante abbiano evoluto la capacità di percepire nuove minacce».
Il team di ricercatori per colmare questa lacuna ha:
– cercato di definire gli eventi evolutivi fondamentali che hanno permesso alle piante di rispondere a una minaccia comune come il bruco. Era già noto che le specie di un gruppo di legumi – tra cui i fagioli mung e i piselli dall’occhio nero – sono in grado di rispondere in modo unico ai peptidi prodotti dalla bocca dei bruchi mentre sgranocchiano le foglie delle piante;
– esaminato a fondo i genomi di questo gruppo di piante per verificare se un recettore comune di riconoscimento dei modelli, chiamato Inceptin Receptor INR (Recettore della superficie cellulare. L’INR è specifico per selezionare specie leguminose e può strutturare la gamma di ospiti di insetti in questa famiglia di piante), fosse cambiato nel corso di milioni di anni, acquisendo o perdendo la capacità di riconoscere i bruchi;
– scoperto che un singolo gene del recettore, risalente a 28 milioni di anni fa, corrisponde perfettamente alla risposta immunitaria delle piante ai peptidi dei bruchi;
– scoperto che tra i discendenti dei più antichi antenati delle piante che per primi hanno evoluto il gene recettore, alcune specie che non potevano rispondere ai peptidi dei bruchi avevano perso il gene.
Il team di ricercatori per capire come questo antico gene abbia acquisito la capacità di riconoscere i nuovi peptidi degli agenti patogeni odierni, hanno utilizzato una tecnica chiamata “Ricostruzione della sequenza ancestrale”, in cui hanno combinato le informazioni di tutti i geni recettoriali moderni per prevedere la sequenza originale di 28 milioni di anni fa, questo recettore ancestrale era in grado di rispondere ai peptidi dei bruchi. Tuttavia, una versione leggermente più vecchia, con 16 cambiamenti nella sequenza del recettore, non è stata in grado di farlo.
Il team di ricercatori ha detto che questa storia genetica, insieme a modelli computerizzati che mostrano come le strutture antiche e attuali del recettore possano essere diverse, fornisce indizi su come il recettore si sia evoluto. Suggerisce che più di 32 milioni di anni fa ci sia stato un inserimento determinante di un nuovo gene nel genoma della pianta ancestrale, seguito da una rapida evoluzione di diverse forme del nuovo recettore, una di queste forme ha acquisito la capacità di rispondere ai peptidi dei bruchi, questa nuova capacità è ora condivisa da decine di specie di legumi discendenti, comprende fagioli, fave, ceci, piselli, lenticchie.
Adam Steinbrenner, professore assistente presso il Dipartimento di Biologia dell’Università di Washington, autore dello studio ha detto:
«Abbiamo identificato la comparsa e la perdita secondaria di un tratto specifico dell’immunità nel corso dell’evoluzione delle piante. Speriamo in futuro di saperne di più sui processi a livello di genoma che generano una nuova diversità di recettori, e di identificare recettori immunitari ancora sconosciuti all’interno dei gruppi di piante. Man mano che si renderanno disponibili sempre più dati genomici, questi metodi identificheranno i recettori “mancanti” che sono tratti utili da reintrodurre nelle piante per aiutare a proteggere le colture».
