La proteina PHYLOY trasforma i fiori in foglie: scoperto il meccanismo dietro al processo della fillodia

È stato scoperto il meccanismo molecolare per cui alcuni batteri riescono a trasformare i fiori in foglie. Per una pianta, costruire un fiore significa eseguire un programma estremamente preciso. Durante lo sviluppo, infatti, ogni organo deve comparire nel posto giusto e assumere la forma corretta, seguendo le istruzioni di una complessa rete di geni e proteine. Eppure, alcuni parassiti riescono a mandare in tilt questo meccanismo al punto da far perdere ai fiori la propria identità, trasformandoli in strutture simili a foglie. Si tratta della fillodia, un fenomeno noto da tempo e spesso causato da batteri chiamati fitoplasmi, che nei casi più estremi può rendere la pianta incapace di riprodursi.

Finora non era del tutto chiaro come questi patogeni riuscissero a manipolare con tanta precisione il sistema che controlla la formazione dei fiori. Un recente studio pubblicato sul Journal of Biological Chemistry, però, ha ricostruito questo meccanismo a livello molecolare, mostrando che i fitoplasmi riescono a imitare alcune proteine della pianta fondamentali per lo sviluppo del fiore e a sabotarne così il corretto funzionamento.

Cosa sono i fitoplasmi e come trasformano i fiori in foglie

Per comprendere bene questo meccanismo, però, dobbiamo prima capire esattamente cosa sono i fitoplasmi. Si tratta di batteri patogeni che vivono all’interno delle piante e vengono trasmessi soprattutto da insetti che si nutrono della loro linfa. Le infezioni posso provocare diversi effetti sullo sviluppo vegetale, tra cui nanismo, crescita anomala dei germogli e, appunto, alterazione dei fiori. La fillodia, cioè la trasformazione degli organi floreali in strutture simili a foglie, è proprio tra gli effetti più spettacolari, perché rende visibile a occhio nudo una profonda alterazione del programma di sviluppo della pianta.

Ma come avviene questo affascinante fenomeno? I fitoplasmi riescono a riprogrammare lo sviluppo della pianta grazie a piccole proteine chiamate effettori, o fattori di virulenza, che vengono prodotte dal batterio durante l’infezione e interferiscono con i normali sistemi di regolazione dell’ospite. Tra queste ci sono i phyllogens, una famiglia di proteine responsabile proprio della fillodia. Una volta raggiunti i tessuti in cui si sviluppano i fiori, questi effettori interagiscono con alcune proteine fondamentali per determinarne forma e identità: i fattori di trascrizione MADS.

Come PHYL_OY imita le proteine MADS e ne altera lo sviluppo

Il punto chiave è che i fattori di trascrizione MADS non lavorano da soli: per controllare correttamente lo sviluppo del fiore devono associarsi tra loro formando complessi, spesso tetrameri, che si legano al DNA e attivano i programmi genetici necessari a definire l’identità dei diversi organi floreali. Il nuovo studio mostra che il phyllogen PHYL_OY riesce a inserirsi proprio in questo sistema, legandosi alla stessa regione usata dai fattori MADS per associarsi tra loro.

In pratica, PHYL_OY funziona come una sorta di imitatore molecolare: riproduce alcune caratteristiche strutturali dei fattori di trascrizione MADS e ne prende il posto, occupando la superficie di interazione necessaria alla formazione dei complessi. Così facendo, ostacola la corretta formazione dei tetrameri e altera il programma di sviluppo del fiore.

Gli autori hanno anche individuato alcuni amminoacidi idrofobici (a cui non piace l'acqua, per intenderci) fondamentali per questo aggancio: modificandoli, sono riusciti sia a impedire l’interazione con PHYL_OY sia, al contrario, a renderla possibile in una proteina che normalmente non viene riconosciuta dal phyllogen.

Fillodia, agricoltura e cambiamento climatico: l’importanza del fenomeno

Capire questo meccanismo è importante perché la fillodia può essere molto problematica per le piante: alterando gli organi riproduttivi del fiore, infatti, può compromettere la produzione di semi e frutti e, nei casi più gravi, impedire alla pianta di riprodursi normalmente. Proprio per questo la questione diventa anche agricola, dato che i fitoplasmi colpiscono numerose specie coltivate e possono causare importanti perdite economiche.

Secondo gli autori, inoltre, il problema potrebbe diventare ancora più rilevante con il cambiamento climatico. I fitoplasmi vivono nel floema, il tessuto che trasporta zuccheri e altre sostanze nutritive all’interno della pianta, e vengono trasmessi soprattutto da insetti che si nutrono proprio della linfa presente in questi vasi. Se l’aumento delle temperature permettesse a questi insetti vettori di sopravvivere e diffondersi in aree prima troppo fredde per loro, anche i fitoplasmi potrebbero raggiungere regioni più settentrionali, aumentando il rischio di nuove infezioni, un ampliamento che, sempre secondo i ricercatori, sarebbe già in atto.

Lo studio, però, non è utile soltanto per capire meglio come agiscono i fitoplasmi. Proprio perché PHYL_OY interferisce in modo molto selettivo con alcune proteine che regolano lo sviluppo floreale, potrebbe diventare anche uno strumento per studiare sempre più a fondo come una pianta “costruisce” i propri fiori e quale ruolo svolgono i diversi fattori MADS nelle varie fasi dello sviluppo.

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