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