Svelato il DNA di Huangweibingjun: Nuovo Terrore del Cotone?

Ehi appassionati di scienza e misteri della natura! Oggi vi porto nel cuore di una battaglia silenziosa ma devastante, quella che si combatte nei campi di cotone. Immaginate file e file di piante rigogliose, pronte a regalarci la fibra preziosa che veste il mondo… e poi, all’improvviso, un nemico invisibile inizia a colpire. Le foglie ingialliscono, appassiscono, la pianta soffre e la produzione crolla. Uno dei colpevoli più temuti è un fungo dal nome quasi impronunciabile per noi italiani: Verticillium dahliae.

Questo microscopico guastafeste è un patogeno terricolo, vive nel suolo e da lì sferra i suoi attacchi, causando una malattia chiamata verticillosi. Non si accontenta del cotone, eh no! Colpisce circa 400 specie di piante diverse: patate, pomodori, meloni, spinaci… un vero flagello per l’agricoltura. Pensate che solo in Cina, nel 2021, si stima abbia causato una riduzione del raccolto di cotone tra il 15% e il 20%. Mica bruscolini!

Ma la natura, si sa, è in continua evoluzione, e così anche i suoi “cattivi”. Recentemente, i ricercatori hanno isolato un nuovo ceppo di questo fungo da radici di cotone malate nella provincia cinese di Henan. Lo hanno chiamato “huangweibingjun”. E qui entriamo in gioco noi, o meglio, la potenza della genomica! Per capire veramente chi abbiamo di fronte, qual è il suo potenziale distruttivo e, magari, come fermarlo, abbiamo deciso di fare una cosa: leggere il suo intero libretto di istruzioni genetiche. Esatto, abbiamo sequenziato il suo genoma.

Chi è questo “huangweibingjun”?

Prima di tuffarci nei segreti del suo DNA, diamo un’occhiata più da vicino a questo nuovo arrivato. Quando lo si coltiva in laboratorio su un terreno nutriente (il classico PDA, Potato Dextrose Agar), forma delle colonie dall’aspetto soffice, bianco-crema, che si espandono rapidamente. Al microscopio, si vedono i suoi miceli (i filamenti che compongono il fungo) e tantissime piccole spore ovali, i conidi, pronte a diffondersi.

Ma l’aspetto non basta. Grazie all’analisi del DNA, in particolare di alcune sequenze proteiche chiave, abbiamo potuto costruire il suo albero genealogico. Abbiamo scoperto che “huangweibingjun” è un parente stretto di un altro ceppo di V. dahliae chiamato “getta_getta”, ma si distingue nettamente da altri ceppi noti come VdLs.17 o Gwydir1 A3. È come scoprire un nuovo ramo in una famiglia complessa e un po’ problematica! Confrontando i geni di huangweibingjun con quelli di altri sei ceppi “parenti”, abbiamo visto che condividono un nucleo di ben 6.594 geni (i cosiddetti “core genes”), ma ognuno ha anche le sue peculiarità.

Dentro il DNA: Cosa Abbiamo Scoperto?

E allora, cosa ci racconta questo genoma appena decifrato? Beh, innanzitutto le dimensioni: il DNA di huangweibingjun è composto da circa 35,84 milioni di basi (Mb), con un contenuto di Guanina e Citosina (GC) del 59,835%. Questo DNA è organizzato in sei “pezzi” principali, che chiamiamo cromosomi (o meglio, scaffold principali in questa fase dell’assemblaggio: scaffold7561, scaffold7329, scaffold7795, scaffold5491, scaffold5473 e scaffold4511).

Analizzando più a fondo, abbiamo predetto la presenza di circa 9.901 geni. La maggior parte di questi (oltre il 99%!) ha trovato una corrispondenza in database biologici noti come NR (Non-Redundant), mentre percentuali minori sono state annotate su database più specifici come Swissprot, KEGG (per i percorsi metabolici) e GO (Gene Ontology, per le funzioni biologiche). È come avere una lista di pezzi di un motore e iniziare a capire a cosa serve ciascuno.

Un dato interessante riguarda il confronto con altri ceppi. Sebbene il genoma di huangweibingjun sia simile per dimensioni ad altri ceppi (come XJ592 e XJ511, anch’essi intorno ai 34-35 Mb), presenta alcune differenze. Ad esempio, il suo contenuto GC è più alto rispetto a molti altri ceppi noti, e anche le statistiche di assemblaggio come N50 e L50 (che indicano la “contiguità” del genoma assemblato) mostrano un profilo unico. Queste differenze, anche se sottili, possono avere grandi implicazioni sul comportamento del fungo.

L’arsenale del Fungo: Proteine Segrete e Armi Chimiche

Qui le cose si fanno davvero intriganti. Analizzando i geni predetti, abbiamo cercato di capire quali “armi” possiede huangweibingjun per attaccare le piante. E ne abbiamo trovate parecchie!

Una scoperta chiave è l’abbondanza e la diversità delle proteine secretorie, quelle che il fungo rilascia all’esterno per interagire con l’ambiente e con l’ospite. Ne abbiamo identificate 688. Molte di queste sono enzimi specializzati nel degradare le pareti cellulari delle piante, le famose CAZymes (Carbohydrate-Active enZymes). Immaginatele come delle micro-ruspe molecolari che demoliscono le difese della pianta. Tra queste spiccano:

• Glicosidasi idrolasi (GHs): Ben 265 membri! Sono fondamentali per rompere i legami nei carboidrati complessi come la cellulosa. Abbiamo trovato famiglie specifiche (GH7, GH10, GH11, GH28, GH31) già note per essere coinvolte nell’attacco fungino.
• Polisaccaride liasi (PLs): 36 membri, specializzati nell’attaccare la pectina, un altro componente chiave delle pareti vegetali.
• Carboidrato esterasi (CEs): 93 membri, che aiutano le GHs nel loro lavoro di demolizione.
• Attività Ausiliarie (AAs): 107 membri, spesso coinvolte in processi ossidativi che aiutano a degradare materiali resistenti come la lignina.

Ma non è finita qui. Abbiamo identificato ben 1.057 proteine che potrebbero essere fattori di virulenza (VF), cioè molecole specificamente progettate per causare la malattia. Confrontandole con un database di fattori di virulenza fungini noti (DFVF), abbiamo visto che 57 di queste sono molto simili (con identità superiore al 70%) a proteine già conosciute per il loro ruolo in malattie causate da altri funghi patogeni, come Fusarium oxysporum (che causa avvizzimenti) o Magnaporthe oryzae (che causa il brusone del riso). Ad esempio, una proteina (8647_t) è identica al 100% a un fattore di virulenza di Fusarium! Questo suggerisce che huangweibingjun utilizza strategie di attacco simili a quelle di altri “professionisti” del crimine vegetale. L’analisi filogenetica di questi VF ha mostrato che alcuni di essi, pur provenendo da funghi diversi, sembrano essersi evoluti da antenati comuni, raggruppandosi insieme nel nostro albero evolutivo.

Abbiamo anche usato un altro database, chiamato PHI (Pathogen-Host Interaction), per cercare geni coinvolti nell’interazione tra il fungo e la pianta ospite. Ne abbiamo trovati 2.496, e tra questi, 33 sono stati classificati come potenziali fattori di ipervirulenza, cioè particolarmente “cattivi”. Tra questi ci sono proteine effettrici (che il fungo “inietta” nelle cellule vegetali per manipolarle), pectato liasi (che degradano la pectina) e fattori di trascrizione (che regolano l’espressione di altri geni di virulenza).

Infine, uno sguardo al suo metabolismo secondario. Questi sono composti che il fungo produce non per la crescita primaria, ma per altre funzioni, come difendersi dai competitori o resistere allo stress. Abbiamo trovato geni che suggeriscono la capacità di huangweibingjun di produrre polichetidi, terpenoidi e composti derivati dall’acido shikimico. E, attenzione, abbiamo anche trovato tre geni potenzialmente coinvolti nella biosintesi delle aflatossine! Le aflatossine sono micotossine molto pericolose, quindi questa è una scoperta da tenere d’occhio, anche se va confermata con ulteriori esperimenti. La presenza di geni per la degradazione di xenobiotici (sostanze estranee) suggerisce anche una buona capacità di adattamento a diversi ambienti.

Un Confronto tra “Parenti”

Come accennato, abbiamo confrontato huangweibingjun con altri ceppi di V. dahliae. L’analisi filogenetica lo colloca vicino a “getta_getta”, ma distinto da altri. Il confronto del contenuto genico (pan-genoma) mostra un nucleo comune di geni, ma anche geni specifici per ciascun ceppo, che potrebbero spiegare le differenze nel loro comportamento e nella loro aggressività. Le differenze nelle statistiche genomiche (N50, L50, GC%) rafforzano l’idea che huangweibingjun sia un ceppo con caratteristiche proprie. Ad esempio, il suo N50 è più corto di quello di getta_getta, ma più lungo di altri, mentre il suo L50 è più lungo di entrambi. Il suo contenuto GC è notevolmente più alto di molti altri ceppi analizzati.

Perché è Importante Tutto Questo?

Sequenziare il genoma di un nuovo ceppo come huangweibingjun non è solo un esercizio accademico. È un passo fondamentale per capire come questo patogeno riesca a infettare le piante e a causare danni così ingenti. Identificare i suoi geni di virulenza, le proteine secretorie che usa per attaccare e i suoi percorsi metabolici ci fornisce potenziali bersagli per sviluppare nuove strategie di controllo.

Potremmo, ad esempio, cercare molecole che inibiscano specificamente gli enzimi che degradano la parete cellulare, oppure sviluppare varietà di cotone resistenti che riconoscano le proteine effettrici del fungo e attivino le difese in tempo. Capire se produce aflatossine è cruciale per la sicurezza alimentare e dei mangimi.

Questo studio, quindi, getta le basi per future ricerche mirate a combattere la verticillosi, una malattia che minaccia una delle colture più importanti del mondo. Conoscere il nemico a livello genetico è il primo passo per poterlo sconfiggere. E noi siamo pronti alla sfida!

Fonte: Springer