Capire perché e come le piante si ammalano per gli attacchi dei batteri patogeni è una sfida complessa e al Max Planck Plant Breeding stanno conducendo studi particolarmente sofisticati. L’obiettivo è scoprire le interazioni complesse tra questi batteri e i loro ospiti tramite l’analisi dei cambiamenti nell’espressione della virulenza batterica e delle componenti immunitarie delle piante. Un’area di ricerca ancora poco esplorata proprio per la sua complessità.
Una delle sfide infatti è la profilazione delle risposte batteriche all’interno dei loro ospiti che prevede l’isolamento dell’RNA batterico, la molecola che trasferisce le informazioni genetiche dal DNA alle proteine attive.
Per superare questo ostacolo, gli autori principali di questo studio Tatsuya Nobori e Yiming Wang hanno utilizzato un metodo messo a punto per arricchire l’RNA batterico dalle foglie delle piante. Tuttavia, i livelli di RNA non danno molte indicazioni sui livelli di proteine e per affrontare questo problema, Nobori e Wang hanno analizzato sia l’espressione dell’RNA sia le proteine e le hanno correlate tra loro.
Per analizzare i modelli di espressione genica batterica durante l’infezione, gli autori hanno utilizzato il patogeno batterico noto e ben caratterizzato lo Pseudomonas syringae e la consueta Arabidopsis thaliana.
Wang e i suoi colleghi hanno scoperto grandi differenze tra i livelli di RNA e di proteine di P. syringae quando sono stati inoculati nelle piante rispetto ai batteri cresciuti in laboratorio, soprattutto all’inizio dell’interazione pianta-batteri, il che suggerisce che questi primi schemi dell’espressione genica batterica sono cruciali per l’esito dell’infezione.
Per determinare il ruolo dell’immunità delle piante nel modellare l’espressione genica batterica, gli autori hanno fatto uso di piante mutanti in cui specifici rami del sistema immunitario erano stati compromessi e hanno analizzato le diverse categorie di geni la cui espressione è stata influenzata. Questa analisi ha dimostrato che la segnalazione immunitaria delle piante controllata dall’ormone acido salicilico (SA) sopprime gli mRNA (RNA messaggero) batterici e le proteine che promuovono la patogenesi.
La raccolta di RNA batterico e di dati relativi all’espressione proteica ha permesso di determinare la modalità di impatto del percorso SA sull’mRNA e /o proteine batteriche durante l’infezione. Hanno osservato un livello generalmente elevato di accordo, il che suggerisce che il sistema di azione di SA mira a colpire l’espressione del mRNA batterico. In particolare, hanno anche scoperto che la modalità immunitaria della pianta mediata da SA colpisce specificamente le proteine che formano la punta di un “iniettore” utilizzato dai batteri per rilasciare le loro proteine virulente all’interno delle cellule ospiti e che la stessa modalità dell’immunità vegetale sopprime fortemente le proteine ma non l’espressione del mRNA relativo a fattori correlati al movimento batterico.
La ricchezza di dati sulle espressioni generati da Tsuda e dal suo team ha anche permesso di osservare come i singoli geni batterici sono regolati durante l’infezione. Per fare ciò, hanno correlato l’espressione di oltre 4.500 geni tra loro e hanno raggruppato insieme quei geni che mostrano modelli di espressione simili.
Questo approccio ha portato a due importanti traguardi: in primo luogo, l’analisi di co-espressione ha permesso di identificare gruppi di geni batterici precedentemente sconosciuti che contribuiscono alla crescita batterica; in secondo luogo, osservando che gruppi di geni altamente co-espressi contenevano anche regolatori trascrizionali noti di questi cluster, si potevano predire con successo regolatori trascrizionali precedentemente sconosciuti e confermare che questi in effetti controllavano l’espressione e la virulenza dei geni batterici.
Secondo Nobori, l’approccio per l’analisi del flusso di informazioni genetiche batteriche durante l’infezione delle piante può potenzialmente essere applicato anche alle interazioni delle specie colturali con batteri patogeni e può aiutare a identificare le tattiche utilizzate dai batteri per stabilizzare l’infezione e le relative strategie di difesa. Questo approccio suggerirebbe interventi preziosi per ottimizzare il breeding delle colture.
Lo studio “Multidimensional gene regulatory landscape of a bacterial pathogen in plants https://www.nature.com/articles/s41477-020-0690-7
