Per fiorire le piante parassite rubano le informazioni alla pianta ospite

Uno studio rivela il segreto di come le piante parassite fanno sbocciare i loro fiori al momento gusto

[10 Settembre 2020]

Nel mondo esistono circa 4.000 – 5.000 specie di piante parassite. Tra queste ci sono le cuscute (Cuscuta, Convolvulaceae), un genere che comprende più di 200 specie distribuite in tutto il mondo. Rispetto alle piante normali hanno una morfologia unica: sono senza radici e senza foglie e la loro fotosintesi è assente o molto ridotta.

Ma per la riproduzione nelle piante superiori è fondamentale la fioritura e per realizzarla serve percepire i fattori ambientali, come la durata del giorno (fotoperiodo), e avviare programmi di fioritura quando l’ambiente e la fisiologia interna lo permettono. Ma dal sequenziamento dei genomi delle coscute è venuto fuori che queste piante parassite hanno perso molti geni che sono di fondamentale importanza per controllare la fioritura nelle piante autotrofe. Quindi, era probabile che le coscute avessero un eccezionale meccanismo di fioritura.

Il recente studio Cuscuta australis (dodder) parasite eavesdrops on the host plants’ FT signals to flower”, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences da un team di ricercatori dell’Accademia cinese delle scienze e del Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, ha scoperto proprio il meccanismo alla base della fioritura della coscuta. Il team ha prima studiato il periodo di fioritura della tremava australiana (Cuscuta australis) e ha scoperto che «sincronizza sempre il suo periodo di fioritura con il periodo di fioritura dei suoi ospiti».

I ricercatori guidati da Wu Jianqiang del Kunming Institute of Botany hanno scoperto che «Il gene FT è molto ben conservato e codifica una proteina di segnalazione molto importante che attiva la fioritura. Tuttavia, l’analisi del gene FT in C. australis suggerisce che il gene FT della coscuta sembra essere uno pseudogene (cioè non è funzionale)». Inoltre, utilizzando strumenti biochimici, il team di ricercatori  ha dimostrato che «quando l’ospite esprime segnali FT, l’induttore della fioritura FT può andare nella  C. australis e attivare il programma di fioritura di C. australis».

Wu spiega ancora: «Il tempo di fioritura è controllato dalle foglie, poiché le foglie possono percepire i segnali ambientali e sintetizzare il segnale della fioritura, una proteina chiamata Flowerin Locus T (FT), che si sposta attraverso il sistema vascolare delle piante Ci siamo quindi chiesti come mai un parassita senza foglie come la Cuscuta australis controlla i tempi della sua fioritura». Nel 2018, il suo team aveva sequenziato il genoma di C. australis e ha scoperto che molti geni importanti per la regolazione del tempo di fioritura sono andati persi nel genoma di C. australis . Pertanto, C. australis sembra non essere in grado di attivare un proprio meccanismo di fioritura. Invece, quando la pianta ospite produce la proteina del segnale FT per attivare la fioritura, la proteina FT prodotta dall’ospite viene trasportata nella tremava, attivando così la fioritura della tremava».

Lo studio rivela che ascoltando di nascosto i segnali di fioritura FT della pianta ospite, la pianta parassita può sincronizzare la sua fioritura con quella dei suoi ospiti. Per dimostrare questo scenario di intercettazione di segnali, i ricercatori hanno utilizzato piante ospiti geneticamente modificate nelle quali era stata alterata l’espressione dei geni FT, cosa che ha influenzato il tempo di fioritura del parassita. Hanno anche accoppiato la proteina FT a una proteina fluorescente verde come tag e hanno rilevato il segnale di promozione della fioritura della pianta ospite nel parassita: la proteina FT etichettata era migrata dall’ospite al parassita.
All’Accademia cinese delle scienza sottolineano che «Questo comportamento è importante, in quanto può consentire alle coscute  di parassitare diverse piante ospiti: se la coscuta avesse un tempo di fioritura fisso, e fosse molto più tardi di quello dell’ospite, allora quando l a pianta ospite fiorisce e il suo livello di nutrienti diminuisce perché c’è lo sviluppo dei semi, l’ospite può anche morire prima che la tremava fiorisca. D’altra parte, se la coscuta fiorisse molto prima dell’ospite, la crescita della coscuta terminerebbe  prematuramente e, in questo scenario, la coscuta non produrrebbe tanti semi quanti le coscute il tempo di fioritura è sincronizzato con quello dei loro ospiti».

Uno degli autori dello studio, Ian Baldwin, direttore del Dipartimento di ecologia molecolare del Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie, spiega a sua volta che «Nel corso dell’evoluzione, i parassiti delle piante hanno perso alcuni tratti e processi fisiologici “esternalizzati”. Di conseguenza, vari geni nei loro genomi potrebbero andare persi. Questo lavoro stabilisce che per un parassita delle piante, perdere il controllo sui processi di fioritura può essere vantaggioso, in quanto consente al parassita di dirottare i segnali di fioritura mobili del suo ospite per il proprio uso. Può quindi sincronizzare prontamente la sua fisiologia con quella del suo ospite. A causa della perdita di geni, la coscuta potrebbe essere in grado di adattarsi meglio allo stile di vita parassitario e, infine, aumentare il suo fitness».
Questo studio fa luce su un aspetto importante della  fisiologia, dell’ecologia e dell’evoluzione delle coscute e può fornire nuove strategie per il biocontrollo delle parassite infestanti in agricoltura e silvicoltura.