Agrobacterium tumefaciens: il batterio che sfrutta le piante

e1540-crowngall1

Passeggiando in un parco vi sarà capitato di notare alberi con uno strano rigonfiamento e chiedervi cosa fosse e da cosa fosse provocato. La risposta si trova ancora una volta nel mondo dei batteri: Agrobacterium tumefaciens.

A. tumefaciens è un batterio del suolo di forma bastoncellare, gram negativo, asporigeno, appartenente alla famiglia delle Rhizobiaceae (la stessa a cui appartengono molti azotofissatori), conosciuto per essere la causa della galla del colletto. Si tratta di una proliferazione di cellule vegetali indifferenziate indotta dalla produzione autonoma di fitoregolatori di crescita (auxine o citochinine) da parte delle stesse cellule; in pratica, un tumore delle piante.

Ma come può A. tumefaciens far crescere le galle? E perché?

Fig.1: struttura del plasmide Ti
Fig.1: struttura del plasmide Ti

Il segreto sta in un plasmide (piccolo frammento di DNA nel citoplasma batterico), chiamato plasmide Ti (tumor-inducing, Fig.1), che viene trasferito da A. tumefaciens ad una cellula delle radici della pianta. Questo plasmide consta di una regione che funge da origine di replicazione (ORI), una regione per il catabolismo delle opine (molecole utilizzate dai batteri come nutrienti, che invece le piante non sono in grado di sfruttare), una regione di virulenza, formata da geni Vir (identificati da lettere: VirA, VirB, VirC, VirD, VirE, VirG) indispensabili per il trasferimento del materiale genetico. Infine è presente una particolare porzione denominata regione del T-DNA (transfer DNA): sarà questa ad essere trasferita alla cellula parassitata, e consta di tre siti codificanti: uno per l’auxina, uno per le citochinine e l’ultimo per le opine. compresa fra un limite destro (RB) indispensabile per il trasferimento del T-DNA, e un limite sinistro (LB).

Quando la radice della pianta riporta una ferita, produce composti fenolici fra cui l’acetosiringone (il cui nome IUPAC è 4′-idrossi-3′,5′-dimetossiacetofenone). Questa molecola è recepita da A. tumefaciens e lo attira verso il sito della ferita per chemiotassi, attivando inoltre la trascrizione dei geni Vir che serviranno a questo batterio per penetrare all’interno della pianta. Il T-DNA viene quindi trasferito all’interno della cellula vegetale tramite l’apposito pilus-T, la cui sintesi è attivata da una cascata di processi originatasi dal legame fra l’acetosiringone stesso e il complesso VirA/VirG. Una volta formatosi il pilus-T, il T-DNA viene exciso dal plasmide Ti ad opera del complesso delle endonucleasi (enzimi che tagliano il DNA) VirD1/VirD2: il primo riconosce il LB e il RB, e taglia all’altezza del RB (taglio altamente preciso), quindi il secondo taglia all’altezza di LB (taglio meno preciso, si possono perdere alcune basi). A questo punto VirE e VirD2 legano il T-DNA a singolo filamento (ssT-DNA) e lo importano nella cellula vegetale. Qui raggiunge il nucleo e si integra nel genoma grazie alle proteine VP1 e VP2. D’ora in avanti il T-DNA è parte integrante del genoma cellulare e come tale viene normalmente duplicato, replicato e tradotto. Qui localizzato, il DNA batterico la produzione indurrà la cellula ospite ad aumentare la produzione di auxina, un ormone vegetale che farà crescere il tessuto della pianta, di citochinine, che indurranno la formazione la galla vera e propria, e di opine (differenti da un ceppo all’altro di A. tumefaciens), che verranno utilizzate dal microrganismo come nutrienti. In questo modo A. tumefaciens potrà nutrirsi e proliferare a spese della pianta, la quale non subirà alcun danno nell’immediato, ma potrà avere instabilità strutturale all’ingrossarsi del tumore.

Il meccanismo di parassitismo di questo batterio è usato attualmente per inserire all’interno del genoma vegetale del DNA ricombinante, e permette così l’ingegnerizzazione di organismi vegetali. Nei primi anni ’80 infatti è stato scoperto che, eliminando la parte che induce il tumore e inserendo al suo posto il gene d’interesse, è possibile modificare le piante per trarne dei vantaggi, ad esempio la capacità di resistere ai pesticidi che contengono glifosato (nome IUPAC: N-fosfonometilglicina) inserendo il gene di Salmonella spp. che conferisce la resistenza a questa sostanza, oppure l’inserimento del gene di Bacillus thuringiensis che codifica per una molecola che rende le piante tossiche per gli insetti.

Insomma, A. tumefaciens è un batterio molto particolare, con una notevole capacità di piegare al proprio volere, e quindi sfruttare per la propria sopravvivenza, una pianta. L’uomo ha poi trovato un prezioso alleato in questo microrganismo, utilizzando questa sua capacità per rendere più vigorose e resistenti le proprie coltivazioni. 

Andrea Borsa

Fonti: Agrobacterium tumefaciensA. tumefaciens meccanismo molecolare

Commenta per primo

Rispondi