la resistenza della vite ai patogeni: un punto di vista
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la resistenza della vite ai patogeni: un punto di vista
MALACARNE ET AL. LA RESISTENZA DELLA VITE AI PATOGENI: UN PUNTO DI VISTA GENOMICO, P. 1 LA RESISTENZA DELLA VITE AI PATOGENI: UN PUNTO DI VISTA GENOMICO G. MALACARNE, F. MOREIRA, M. PERAZZOLLI, M. S. GRANDO, R. VELASCO Fondazione Edmund Mach, Istituto agrario di San Michele all’Adige (Iasma), 38010 San Michele all’Adige (TN), Italy; riccardo.velasco@iasma Riassunto La vite (Vitis vinifera L.) rappresenta una delle colture principali per estensione di superficie coltivata e per l’importanza economica dell’uva e dei suoi derivati. Le varietà coltivate sono però suscettibili a numerosi patogeni che ne danneggiano la produttività e la qualità. Ne consegue un forte impiego di prodotti antiparassitari, il cui utilizzo oltre ad essere oneroso ha conseguenze negative sull’ambiente e sull’uomo. Sono state quindi intraprese diverse strategie per combinare i tratti qualitativi delle varietà coltivate con i caratteri di resistenza delle specie selvatiche. L’applicazione del miglioramento genetico ha tuttavia avuto uno scarso successo per le caratteristiche biologiche della vite (lungo ciclo di generazione, elevata eterozigosità e depressione da inbreeding), per la bassa qualità delle uve prodotte degli ibridi ottenuti e per la complessità genetica dei tratti di resistenza. Il recente sequenziamento del genoma di Pinot Nero rappresenta un passo importante in quanto permette di definire e caratterizzare con precisione le regioni genomiche correlate ai caratteri quantitativi (Quantitative Trait Loci, QTL) responsabili della resistenza. I geni di resistenza nel genoma di Pinot Nero Le piante essendo continuamente soggette all’attacco di microrganismi patogeni hanno sviluppato complessi meccanismi di difesa che si basano su barriere pre-esistenti o processi indotti dalla presenza del patogeno. Esse sono infatti in grado di riconoscere sia molecole comuni a patogeni diversi sia elicitori specifici di particolari ceppi di patogeni tramite un tipo d’interazione definita gene-per-gene. Quest’ultimo meccanismo è presente nelle varietà che possiedono geni codificanti dei recettori di segnali, costituiti da un dominio di trasduzione del segnale (NBS) e da un dominio recettore ricco in aminoacidi leucina (LRR). Il dominio LRR riconosce in maniera specifica gli elicitori del patogeno e, tramite il dominio NBS, innesca i processi cellulari che ostacolano l’invasione del patogeno. Ricercando la presenza di tali domini nella sequenza del genoma di Pinot Nero, sono stati identificati 341 geni NBS, un numero comparabile con i geni di difesa identificati in altre piante, come Arabidopsis (207) e pioppo (398). L’analisi filogenetica di tali geni ha permesso di raggrupparli in 5 classi principali (Figura 1), che hanno una buona corrispondenza con la classificazione ottenuta in base alla composizione in domini proteici. Il posizionamento dei geni NBS nel genoma ha evidenziato una principale localizzazione sui cromosomi 5, 7, 9, 12, 13, 18, 19, raggruppati in porzioni ristrette di DNA (cluster, Figura 1), come già osservato in altre specie vegetali. I membri dello stesso cluster appartengono generalmente alla stessa classe filogenetica, suggerendo che essi si siano principalmente originati mediante duplicazione. Utilizzo del genoma per il miglioramento genetico della vite La varietà Pinot Nero, così come molte altre varietà coltivate, risulta suscettibile a numerosi patogeni, sebbene il suo genoma sia dotato di una porzione significativa di geni di resistenza. La suscettibilità è tuttavia causata dal mancato riconoscimento dei patogeni, a causa della mancata co-evoluzione degli alleli di resistenza sottoposti a pressione selettiva. Tuttavia la localizzazione dei geni di resistenza nel genoma di Pinot Nero è di grande interesse per trasferire tale informazione agli ibridi di vite, data la corrispondenza (sintenia) di tali regioni fra specie diverse del genere Vitis. WWW.INFOWINE.COM – RIVISTA INTERNET DI VITICOLTURA ED ENOLOGIA, 2009, N. 12/1 MALACARNE ET AL. LA RESISTENZA DELLA VITE AI PATOGENI: UN PUNTO DI VISTA GENOMICO, P. 2 È stata quindi confrontata la posizione dei geni NBS nel genoma di Pinot Nero con quella dei QTL per la resistenza alla peronospora. Gli esperimenti per l’identificazione di QTL presso IASMA sono stati condotti utilizzando due progenie ibride ottenute dall’incrocio ‘Moscato bianco’ x V. riparia e dall’incrocio ‘VRH3082 1-42’ (V. rotundifolia x V. vinifera) x ‘Sk77 5/3’(V. amurensis x V. vinifera), segreganti per la resistenza alla peronospora (Figura 2). È stato evidenziato che alcuni QTL si localizzano in corrispondenza di cluster di geni NBS (Figura 1). È interessante notare che il principale QTL per la resistenza alla peronospora, identificato nell’ibrido ‘Regent’, co-localizza con un cluster di geni di resistenza nella porzione distale del LG 18 (Fisher et al., 2004 Theor Appl Genet 108: 501-515). La conoscenza puntuale della posizione dei geni di resistenza assume quindi un grande valore per l’identificazione di geni candidati responsabili della resistenza o di altri tratti di interesse. Conclusioni Il sequenziamento del genoma della vite offre l’opportunità di un nuovo approccio per il miglioramento genetico di questa pianta coltivata. I cluster dei geni di resistenza localizzati sul genoma possono essere associati ai QTL responsabili dei tratti di resistenza o tolleranza alle malattie. Questa preziosa informazione può essere efficacemente sfruttata trasferendo cluster di geni di resistenza dai genomi di specie selvatiche a quelli di varietà coltivate utilizzando gli opportuni marcatori molecolari ad essi associati. Questo trasferimento mirato permetterà di evitare la contemporanea trasmissione di tratti indesiderati della specie selvatica utilizzata come fonte di resistenza. WWW.INFOWINE.COM – RIVISTA INTERNET DI VITICOLTURA ED ENOLOGIA, 2009, N. 12/1 MALACARNE ET AL. LA RESISTENZA DELLA VITE AI PATOGENI: UN PUNTO DI VISTA GENOMICO, P. 3 Figura 1 Analisi filogenetica dei geni di resistenza di Pinot Nero. La suddivisione dei geni NBS in famiglie filogenetiche corrisponde alla classificazione sulla base dei domini proteici: TIR-NBS-LRR (blu), CC-NBS-LRRa (verde), CC-NBS-LRRb (giallo), NBS-LRR (azzurro), CC-NBS-LRR (rosso). B, localizzazione dei geni di resistenza sui cromosomi (Linkage groups-LG) di Pinot Nero. I geni NBS sono rappresentati da pallini colorati in accordo con l’analisi filogenetica. Sulla sinistra di ogni LG sono indicati i marcatori molecolari della mappa genetica (http://genomics.research.iasma.it) insieme all’intervallo, espresso in cM, compreso tra i due marcatori più associati ad ogni cluster genico (Velasco et al., 2007 PLoS ONE 2: e1326). I principali QTL per la resistenza alla peronospora (DM) sono indicati con delle barre a sinistra dei LG 13 e 18. WWW.INFOWINE.COM – RIVISTA INTERNET DI VITICOLTURA ED ENOLOGIA, 2009, N. 12/1 MALACARNE ET AL. LA RESISTENZA DELLA VITE AI PATOGENI: UN PUNTO DI VISTA GENOMICO, P. 4 Figura 2 Foglie di vite infettate con Plasmopara viticola in sporulazione WWW.INFOWINE.COM – RIVISTA INTERNET DI VITICOLTURA ED ENOLOGIA, 2009, N. 12/1