Resistenza ai virus mediata dalla coat protein

L’impatto della “resistenza ai virus mediata dalla coat protein” nella patologia vegetale applicata e nella ricerca di base.

In tutto il mondo, i virus delle piante provocano gravi riduzioni della resa produttiva e in alcuni casi persino la morte dell’impianto. Lo sviluppo di colture resistenti ai virus attraverso la riproduzione tradizionale può richiedere molti anni e in alcuni casi non è nemmeno possibile.

Questo argomento evidenzia i cambiamenti significativi apportati alla ricerca sulla patologia vegetale di base e applicata alla produzione di alimenti commerciali accumulati negli ultimi 30 anni.

Nel periodo attuale è ancora maggiore l’attenzione riposta sulla problematica di infezioni da virus, in seguito alle epidemie diffuse in Sicilia: di TYLCV, TSWV, TOBRFV e ToLCNDV su piante di pomodoro e zucchino che stanno decimando le produzioni.

È di fondamentale importanza porre l’attenzione sulle condizioni igienico sanitarie da rispettare negli ambienti di coltivazione, per evitare la proliferazione dei vettori e garantire l’immediata eliminazione delle piante infette.

Tenere a bada i vettori è necessario per limitare la propagazione dei virus,  gli insetti maggiormente responsabili di questa diffusione sono gli aleurodidi, specificatamente Bemisia Tabaci conosciuta anche come mosca bianca degli orti.

Nel corso del tempo gli esseri umani hanno sviluppato una serie di approcci e strategie tecniche per affrontare il problema delle malattie da virus delle piante. Le strategie disponibili per i coltivatori includevano buone pratiche igienico sanitarie, varietà di piante per la resistenza, controllo chimico dei vettori di insetti e occasionalmente, protezione incrociata tra virus.

Per il controllo dei virus la strategia più usata è una combinazione di servizi igienico sanitari e la crescita di piante geneticamente resistenti ai virus. I geni della resistenza di virus possono mostrare modalità di eredità recessive, additive o dominanti… I coltivatori cercano spesso di limitare la diffusione del virus mediante il controllo chimico degli insetti vettori (afidi, aleurodidi).

Gli afidi ad esempio trasmettono in maniera non persistente per pochi secondi, quindi possono diffondere il virus prima che l’insetticida possa ucciderli, rendendo le strategie di controllo inutili.

Un’altra strategia è la protezione incrociata, si è registrato che le piante già infette con un ceppo di TMV erano resistenti all’infezione con un secondo ceppo di TMV strettamente correlato. La protezione incrociata potrebbe avere applicazioni pratiche per il controllo delle malattie da virus in agricoltura. Se una pianta potrebbe essere inoculata per la prima volta con un ceppo lieve di un virus, la pianta riuscirà a sostenere l’attacca di un ceppo più grave. L’utilizzo maggiore della resistenza incrociata è stato quello degli agrumi dall’infezione di CTV ma anche su PRSV su papaya e su ZYMV su zucchino. La principale limitazione di questa strategia è che spesso i geni efficaci di resistenza ai virus che si verificano naturalmente sono spesso difficili da trovare, da gestire in un programma di allevamento e in alcuni casi non disponibili.

Resistenza mediante Coat-protein

Nel 1985, Sanford e Johnston hanno pubblicato il concetto di resistenza derivata da parassiti mediate la clonazione del gene appropriato dei parassiti modificandone l’espressione se necessario e trasformandolo nel genoma ospite.

Quando il gene viene espresso nell’ospite questo potrebbe produrre segnali errati che potrebbe interferire con il normale ciclo di replicazione e infezione del parassita. Questa disfunzione potrebbe quindi determinare un fenotipo di resistenza. Questo concetto è stato particolarmente interessante come una strategia di resistenza per i virus delle piante per diversi motivi.

In primo luogo, tutti i virus vegetali indipendentemente dal loro gruppo tassonomico sono tutti parassiti obbligati intracellulari, per cui questo approccio potrebbe essere applicato a qualsiasi virus. Poi, la maggior parte dei virus vegetali hanno meno di 10 geni, per cui questa strategia potrebbe essere sperimentata sperimentando solo pochi geni. In fine la strategia potrebbe essere applicata senza conoscenza dettagliata di tutte le funzioni di un gene o di una proteina dei virus.

Nel 1986 è stato riportato il primo esperimento di resistenza genetica al virus dimostrando una resistenza a TMV nelle piante di tabacco transgeniche progettate per esprimere il gene della coat protein TMV. All’epoca, l’ipotesi era che le proteine codificate dal virus costituissero probabilmente determinanti per il fenomeno della protezione trasversale (incrociata). Hanno scoperto che le piante CP reagivano in modo diverso dalle piante di tabacco non transgeniche. Le piante CP hanno mostrato una maggiore resistenza all’infezione da TMV.

Alcune specie di piante hanno mostrato una percentuale inferiore di piante infette da TMV rispetto ai controlli non transgenici e quelli che si sono infettati hanno sviluppato sintomi dopo l’inoculazione rispetto alle piante non transgeniche. Aumentando il livello di inoculo, il ritardo nella comparsa dei sintomi è stato ridotto.

La “resistenza mediata dalle proteine del capside” CRPM è stato testato su virus di almeno altri cinque taxa. Fu registrato un ritardo nella comparsa dei sintomi e/o una riduzione della gravità dei sintomi. Sono state generate più linee di piante transgeniche che esprimono il CP del CMV da un transgene. Alcune piante di patate  progettate per esprimere il virus della patata PVY CP da un transgene sono risultate resistenti alla sfida del PVY.

Ricerca di base su PDR

Sebbene la CPMR sia stata testata con virus provenienti da diversi taxa la nostra comprensione dei meccanismi alla base della CRPM è stata maggiormente influenzata dallo studio di ingegneria sulla resistenza virale verso tobamovirus o potyvirsu.

I risultati accumulati negli ultimi 30 anni hanno suggerito che il modo in cui la CPMR funziona dipenda in parte dal sistema virale e dalla particolare pianta transgenica analizzata. Il transgene CP espresso sembra essere necessario per la resistenza.

Tuttavia, nella maggior parte degli esempi il meccanismo di resistenza non coinvolge affatto una proteina virale, ma è invece un fenomeno mediato dall’RNA.

Questi esperimenti riproduttivi hanno chiaramente dimostrato che una resistenza virale efficace potrebbe essere ottenuta in assenza di qualsiasi proteina virale e quindi  deve essere mediata dall’RNA. Queste osservazioni sono state la base per ulteriori ricerche.