I fiori diventano foglie

Alcune malattie delle piante fanno molto più che indebolire le foglie o rallentare la crescita. I fitoplasmi possono interferire con lo sviluppo in modo così drastico che i fiori perdono la loro identità abituale e iniziano invece a formare strutture simili a foglie.

Una nuova ricerca pubblicata sul *Journal of Biological Chemistry* spiega come una proteina dei fitoplasmi realizzi questa trasformazione.

Utilizzando tecniche strutturali basate sulla radiazione di sincrotrone, gli scienziati hanno dimostrato che la proteina batterica PHYLOY è in grado di mimare le caratteristiche dei regolatori dello sviluppo propri della pianta e di interferire con le istruzioni molecolari che normalmente portano alla formazione di un fiore.

Come un fiore perde la propria identità

I fitoplasmi sono batteri trasmessi tra le piante dagli insetti. I loro effetti possono variare dal nanismo a profonde alterazioni nello sviluppo della pianta. Nei casi più gravi, gli organi fiorali – inclusi sepali, petali, stami e carpelli – possono trasformarsi in strutture simili a foglie. Colture come girasole, sesamo e vite possono esserne colpite.

Le conseguenze in ambito agricolo possono essere gravi. Le malattie causate da fitoplasmi hanno già provocato ingenti perdite di raccolto in diverse aree del mondo. Ad esempio, le epidemie di "giallume letale" del cocco in Africa sono state associate a perdite fino al 40% in Tanzania e al 20% in Ghana.

I ricercatori temono inoltre che il problema possa diffondersi ulteriormente man mano che gli insetti vettori si spostano verso regioni più settentrionali, a seguito dei cambiamenti climatici.

La proteina responsabile del cambiamento

Il team di ricerca si è concentrato su una proteina del fitoplasma chiamata PHYLOY, una proteina di tipo "phyllogen" derivata dal ceppo *onion yellows* (giallume della cipolla) di *Candidatus Phytoplasma asteris*.

PHYLOY agisce su un gruppo di proteine ​​vegetali note come fattori di trascrizione MADS-box (MTF). Queste proteine ​​sono fondamentali per il normale sviluppo del fiore: operano in gruppi di quattro, si legano al DNA e attivano i geni che determinano quali organi fiorali debbano formarsi.

Quando il sistema funziona correttamente, la pianta riceve istruzioni precise per lo sviluppo. PHYLOY interferisce con tali istruzioni legandosi ai fattori di trascrizione e impedendo loro di assemblarsi e funzionare adeguatamente.

L'imaging a sincrotrone svela il meccanismo

Per comprendere come avvenga questa interazione, i ricercatori hanno utilizzato la tecnica di diffusione dei raggi X a basso angolo (SAXS) presso il sincrotrone europeo di Grenoble, in Francia. Gli esperimenti sono stati condotti sulla linea di luce BM29 e hanno esaminato le modalità di interazione di PHYLOY con tre importanti fattori di trascrizione di tipo MADS-box.

I risultati hanno mostrato che PHYLOY è in grado di interagire con una gamma di combinazioni di fattori di trascrizione più ampia di quanto gli scienziati avessero precedentemente ipotizzato.

Mark Tully, uno degli scienziati coinvolti nello studio, ha spiegato che i dati hanno rivelato una notevole flessibilità della proteina. Secondo il team di ricerca, tale flessibilità potrebbe consentire a PHYLOY di adattarsi e interagire con diverse proteine ​​dell'ospite, anziché dipendere da un unico bersaglio molecolare.

Una forma di mimetismo molecolare

La fase successiva ha previsto la modifica di singole porzioni delle proteine ​​mediante mutagenesi sito-specifica.

Alterando specifiche caratteristiche molecolari, i ricercatori sono riusciti a bloccare o favorire le interazioni tra PHYLOY e i fattori di trascrizione della pianta. Ciò ha dimostrato che la proteina batterica riconosce caratteristiche strutturali comuni a diversi fattori di trascrizione MADS-box (MTF).

Di fatto, PHYLOY agisce come un imitatore molecolare: riproduce alcuni aspetti delle proteine ​​regolatrici della pianta ospite in modo così fedele da interferire con il sistema che controlla lo sviluppo floreale.

Quando i normali fattori di trascrizione non riescono più a cooperare correttamente, il programma genetico responsabile della formazione di petali, stami e altre strutture del fiore subisce un'alterazione; di conseguenza, gli organi si sviluppano assumendo caratteristiche simili a quelle delle foglie.

L'importanza della scoperta

Chloe Zubieta, responsabile dello studio, ha spiegato che comprendere come i fitoplasmi dirottino i meccanismi di sviluppo della pianta potrebbe, in futuro, aiutare i ricercatori a mettere a punto strategie per ridurne l'impatto sull'agricoltura.

Il lavoro è attualmente incentrato sui meccanismi molecolari di base, piuttosto che sull'individuazione di un trattamento immediato per le colture infette. Il prossimo obiettivo è ottenere la struttura cristallina ad alta risoluzione del complesso formato da PHYLOY e dalle proteine ​​MADS-box.

Max Nanao, un altro scienziato del progetto, ha affermato che il team spera di combinare tali informazioni strutturali con tecniche di screening virtuale ad alto rendimento, al fine di individuare composti in grado di bloccare l'interazione.

I risultati, dunque, vanno oltre la semplice spiegazione di un insolito sintomo vegetale: rivelano esattamente come un patogeno possa sfruttare l'architettura delle proteine ​​stesse dell'ospite per riprogrammarne lo sviluppo. Questa scoperta a livello molecolare potrebbe, in futuro, costituire il punto di partenza per nuove strategie di protezione delle colture vulnerabili, man mano che le malattie da fitoplasmi si diffondono in nuove aree.