Interazione ospite-parassita: coinvolgimento di fotorecettori batterici nel processo di patogenesi e resistenza dell’organismo vegetale all’infezione nel sistema Pseudomonas syringae pv. tomato - pomodoro

Abstract

La scoperta di proteine in grado di percepire la luce, dette fotorecettori, nel genoma di microrganismi non fototrofi patogeni di piante ha suscitato notevole interesse nella comunità scientifica, che si è domandata quale potesse esserne il ruolo nella patogenicità di questi batteri. Ciò che sta emergendo è che la luce costituisca un segnale ambientale importante nell’interazione pianta-patogeno. Il progetto di ricerca ha lo scopo di studiare il ruolo dei fotorecettori batterici nel processo di infezione nel sistema Pseudomonas syringae-pomodoro. Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (Pst-WT) è un patogeno fogliare emibiotrofico, la cui diffusione è attualmente causa di ingenti perdite nei raccolti, con conseguenti danni economici. Questo microrganismo possiede diverse sequenze geniche codificanti per fotorecettori in grado di attivare diverse risposte fisiologiche (formazione di biofilm, attivazione di flagelli, produzione di biosurfattanti). Pst-WT possiede due batteriofitocromi (BphP) per la luce rossa nei quali il cromoforo è costituito da un tetrapirrolo chiamato biliverdina (BphP1 e BphP2) e un fotorecettore per la luce blu (LOV) in cui cromoforo è costituito da un flavin-mononucleotide (FMN), un derivato della riboflavina. Per studiare il ruolo dei fotorecettori nell’interazione pianta-patogeno, in questo studio sono stati utilizzati diversi ceppi batterici deleti in uno o più fotorecettori e un ceppo batterico deleto nel gene che codifica per l’enzima emeossigenasi (HO), coinvolto nella sintesi delle biline, precursori dei cromofori nei batteriofitocromi. Sono state analizzate, da un lato, le risposte di difesa indotte nella pianta a seguito dell’infezione con i diversi ceppi batterici; dall’altro, l’influenza della luce sulla fitness epifitica di questo microrganismo. Per capire meglio in che modo l’assenza dei fotorecettori possa influenzare l’attivazione delle risposte di difesa della pianta, sono state analizzate le seguenti risposte inducibili: la risposta ipersensibile, la deposizione di callosio e la via di segnalazione attivata dall’acido salicilico. La risposta ipersensibile è caratterizzata da una rapida morte cellulare delle cellule vegetali nel sito di infezione. L’analisi fenotipica delle foglie di pomodoro infiltrate con i diversi ceppi batterici ha mostrato una più precoce e intensa risposta ipersensibile rispetto a quanto osservato per il ceppo Pst-WT. Questo è stato confermato anche da misure di conducibilità elettrica. Inoltre, la presenza di crescita batterica in foglie non infiltrate e visibilmente sane ha permesso di dimostrare il movimento dei batteri all’interno della pianta lontano dal sito di infezione. L’analisi del quantitativo di callosio totale deposto dalle cellule vegetali in risposta all’infezione non ha mostrato differenze significative rispetto ai controlli. L’analisi Western effettuata sulla proteina PR-2, un’endoglucanasi attivata anch’essa in risposta all’infezione, ha mostrato invece un’upregolazione della proteina. I livelli elevati di questa proteina hanno permesso di spiegare almeno in parte il risultato ottenuto dall’analisi quantitativa del callosio totale. L’analisi quantitativa mediante analisi spettrofotometrica all’UV-vis dell’acido salicilico presente in foglie infiltrate con i diversi ceppi batterici, sebbene preliminare, ha mostrato un aumento del quantitativo di acido salicilico nelle foglie infiltrate rispetto ai controlli. Questo dato sembra essere confermato dall’analisi dell’espressione della proteina PR-1 indotta dall’acido salicilico, che ha mostrato una maggiore espressione nelle foglie infiltrate rispetto al controllo. Per capire meglio l’influenza della luce sulla fitness epifitica di Pst, è stato infine effettuato un saggio di motilità in vitro. Il saggio ha mostrato in condizione di buio una motilità dei ceppi batterici deleti simile a quella del ceppo Pst-WT, mentre nelle altre condizioni di luce è stata osservata una differente motilità dei ceppi batterici deleti rispetto al ceppo Pst-WT. Questo dato suggerisce un effetto della luce nel modulare questo comportamento dei batteri. In conclusione, i fotorecettori hanno mostrato un ruolo protettivo sulla virulenza di Pseudomonas syringae pv. tomato, in quanto la loro assenza causa danni precoci e ingenti al tessuto fogliare e determina una maggiore attivazione delle risposte di difesa della pianta. Inoltre, la luce è in grado di influenzare la motilità di questi batteri, poiché l’assenza dei fotorecettori causa una alterata motilità in vitro.