L’ingegneria genetica potrà rendere il grano immune dal fungo responsabile della ruggine, la pericolosa malattia del frumento che minaccia i raccolti in tutto il mondo?
Dopo i risultati positivi di due studi pubblicati di recente sulla rivista Science, che hanno spiegato come questa famiglia di funghi patogeni riesca ad eludere la risposta immunitaria della pianta, la ricerca genetica ha nuove conoscenze per progettare varietà di grano del tutto immuni alla malattia fungina nota come ruggine.

Cos’è la ruggine del grano

Quella che è comunemente chiamata ruggine del grano è una malattia del frumento causata da 3 differenti forme di funghi appartenenti alla specie Puccinia graminis distinte per colorazione, disposizione delle pustole sulla pianta, tempo di insorgenza e severità dell’infezione.
Esistono infatti la ruggine bruna o “ruggine punteggiata” causata dal fungo Puccinia recondita f. sp. Tritici, la ruggine gialla o “ruggine striata” che si manifesta per il fungo denominato Puccinia striiformis e la ruggine nera, “ruggine lineare” o “ruggine dello stelo”, l’infezione più pericolosa e devastante per il frumento, ad opera del fungo Puccinia graminis f.sp. Tritici che colpisce tutte le parti aeree della pianta e ne compromette la stabilità.

Esempio di infezione di ruggine bruna (Puccinia recondita f. sp Tritici)

La ruggine del grano è nota fin dai tempi dei romani che adoravano il dio Robigus, una divinità associata a questa malattia del grano, ed il 25 aprile celebravano i Robigalia, una cerimonia durante la quale venivano compiuti dei sacrifici animali per chiedere benevolenza alla divinità affinché proteggesse i raccolti di frumento dalla ruggine.

Le infezioni del passato e la nuova diffusione della ruggine del grano

Gli esiti dell’infezione fungina causata dalla ruggine del grano possono essere devastanti perché questa malattia del grano può causare fino al 100% della perdita dei raccolti se le colture non sono trattate tempestivamente con fungicidi specifici.

Dopo l’isolamento nel 1999 di un nuovo ceppo fungino di ruggine dello stelo particolarmente virulento e devastante che aveva colpito l’Uganda, il Ug99, la preoccupazione globale di una nuova devastante diffusione della ruggine del grano fece ricominciare una massiccia ricerca scientifica di nuove vie di immunizzazione delle colture ma nonostante ciò nel 2013 in Etiopia è andato perduto il 50% circa dei raccolti di frumento e sempre nello stesso anno in Germania si è registrato il primo evento d’infezione degli ultimi cinquant’anni.

Nel 2016 la FAO, l’Organizzazione delle Nazioni Unite per l’alimentazione e l’agricoltura, ha pubblicato un rapporto allarmante riguardo al ruggine del grano che affermava la scoperta di nuove varietà di Puccinia graminis in Europa, in Africa e in Asia Centrale e segnalava che l’infezione fungina del grano causata dai vecchi ceppi continuava a diffondersi e nello stesso anno in Sicilia una nuova specie di ruggine dello stelo chiamata TTTTF colpiva diverse migliaia di ettari di grano duro provocando la più grande epidemia di ruggine dello stelo che l’Europa avesse mai visto da decenni.

Esempio di infezione da ruggine dello stelo (Puccinia graminis f.sp. Tritici)

Un valido aiuto dall’ingegneria genetica: i due studi pubblicati su Science

Per rendere immuni dalla ruggine del grano le colture gli studi dei ricercatori in campo di bioingegneria si stanno concentrando nel chiarire i meccanismi biochimici che governano la lotta tra gli effettori, le proteine che i funghi della specie Puccinia graminis utilizzano per attaccare il frumento, e i recettori immunitari del grano che costituiscono le difese attraverso cui la pianta rileva la presenza degli effettori ed attiva i propri meccanismi difensivi.

Due studi pubblicati sulla rivista Science sono riusciti ad identificare gli effettori coinvolti nel processo d’infezione:

• Nel primo studio condotto da ricercatori della Kansas State University a Manhattan, guidati da Andres Salcedo, l’analisi di numerose variazioni genetiche naturali e indotte artificialmente del fungo P. graminis f. sp. Tritici ha permesso l’identificazione di un elemento cruciale di infezione nell’effettore AvrSr35 che interagisce con il recettore immunitario del grano Sr35.
• Nel secondo studio Jiapeng Chen dell’Università di Sydney e i suoi colleghi hanno analizzato un particolare ceppo mutante della stessa specie di fungo per identificare se e in che modo fosse in grado di superare la sorveglianza del recettore immunitario Sr50, un gene per la resistenza alla ruggine che è stato introdotto in alcune varietà di grano ad alta resa, e hanno così identificato l’effettore corrispondente, AvrSr50.

I risultati di questi studi saranno molto utili per elaborare i futuri interventi di ingegneria genetica sulle culture di frumento mondiali al fine di ottenere varietà di grano dotate di un maggior numero di recettori immunitari specifici in grado di attivare la risposta immunitaria della pianta in caso di infezione della ruggine del grano.

Laura Cannarella