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Psyllidi: Insetti piccoli, grandi guai per gli agricoltori

I psillidi rappresentano una seria minaccia per i raccolti a causa della trasmissione di malattie.

Thomas Heaven, Thomas C. Mathers, Sam T. Mugford, Anna Jordan, Christa Lethmayer, Anne I. Nissinen, Lars-Arne Høgetveit, Fiona Highet, Victor Soria-Carrasco, Jason Sumner-Kalkun, Jay K. Goldberg, Saskia A. Hogenhout

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Indice

I psillidi, noti anche come afidi saltatori, sono insetti piccolissimi che possono causare grandi problemi agli agricoltori. Appartengono a un gruppo chiamato Psylloidea e hanno un talento per diffondere malattie che possono rovinare i raccolti. In particolare, alcune specie di psillidi sono responsabili della diffusione di batteri dannosi, portando a perdite economiche significative in agricoltura. Anche se possono sembrare innocui, questi piccoli intrusi possono fare danni a colture come agrumi e carote, rendendoli i furfanti dispettosi del mondo vegetale.

Il vettore della malattia

Uno dei batteri più famosi diffusi dai psillidi è il Candidatus Liberibacter asiaticus, che causa l'Huanglongbing, o HLB, una malattia spesso chiamata ingiallimento degli agrumi. Questa malattia colpisce gli agrumi, portando a foglie ingiallite e frutti amari. Ha reso famosi anche i più grandi territori produttori di agrumi. I psillidi, essendo i principali colpevoli della diffusione di questo batterio, sono diventati il nemico pubblico numero uno per gli agricoltori di agrumi.

Altre specie di psillidi, come Dyspersa pallida e Dyspersa apicalis, sono notoriamente famose per diffondere un altro tipo di guaio: il Candidatus Liberibacter solanacearum. Questo batterio colpisce colture come patate e carote, portando a problemi come il “chip zebra” nelle patate e il “giallo delle carote” nelle carote. Gli agricoltori dell'Europa settentrionale, dove questi parassiti prosperano, sono particolarmente preoccupati perché i psillidi amano nutrirsi delle carote. È un po’ come una soap opera: proprio quando pensi che i tuoi raccolti siano al sicuro, ecco che arrivano i psillidi con il loro bagaglio batterico.

Chi è chi nel mondo dei psillidi

I psillidi preferiscono fare uno spuntino con la linfa delle piante. Hanno queste bocche specializzate che permettono loro di perforare i tessuti vegetali e succhiare i nutrienti, che sembra più una scena di un film horror che un giardino tranquillo, giusto? La linfa è ricca di zucchero ma povera di proteine, quindi i psillidi si affidano spesso a batteri amici nei loro corpi per ottenere i nutrienti di cui hanno bisogno.

Questi batteri amici, principalmente il Candidatus Carsonella ruddii, sono con i psillidi da oltre 240 milioni di anni. Hanno un genoma semplificato, il che significa che si sono evoluti per dipendere interamente dai loro ospiti insetti. Questa è una relazione che avvantaggia entrambe le parti: i batteri ottengono un posto accogliente, e i psillidi ottengono nutrienti essenziali.

Il complesso patosistema dei psillidi

Le interazioni tra psillidi, le piante su cui si nutrono e i batteri che trasmettono sono incredibilmente complesse. Strain diversi dei batteri sono associati a specifiche specie di psillidi. Queste relazioni possono influenzare quanto bene i psillidi possano trasmettere i batteri e come le piante rispondano all'infestazione. Alcuni psillidi possono addirittura manipolare le risposte delle piante per aiutare se stessi e i batteri che trasportano, il che aggiunge un altro strato di dramma alla saga dei psillidi.

Gli scienziati hanno identificato più ceppi di Candidatus Liberibacter solanacearum, ciascuno con effetti diversi sulla fitness dei psillidi. Questo significa che non tutti i psillidi sono uguali quando si tratta di diffondere i batteri. Alcuni sono migliori di altri, il che influisce su come le malattie si diffondono in ambienti diversi.

Una strategia alimentare furtiva

Quando i psillidi si nutrono delle piante, non si limitano a succhiare la linfa; iniettano anche saliva che contiene proteine, che li aiutano a manipolare la risposta immunitaria della pianta ospite. Questa tattica furtiva consente loro di banchettare senza essere cacciati dalla festa. Tuttavia, gran parte della nostra comprensione di queste proteine proviene dallo studio solo di alcune specie di psillidi, in particolare del psillide degli agrumi asiatico. È come conoscere i trucchi di un mago ma non quelli degli altri.

Non ci sono molte informazioni genetiche disponibili per la maggior parte delle specie di psillidi, il che rende difficile studiarli. Ci sono molti genomi disponibili per i loro parenti, come gli afidi, ma i psillidi sono rimasti indietro. Ma questo sta per cambiare!

Nuovi genomi di psillidi in arrivo

Recenti sforzi hanno prodotto sequenze geniche di alta qualità per tre specie di psillidi: Dyspersa apicalis, Dyspersa pallida e Trioza urticae. Queste sono notizie entusiasmanti per i ricercatori! Con più genomi disponibili, gli scienziati possono capire meglio come funzionano questi insetti.

D. apicalis si nutre di carote, D. pallida mangia sia carote che piante selvatiche, e T. urticae ama una dieta a base di ortiche. Tutte e tre le specie hanno una predilezione per diffondere il problematico Candidatus Liberibacter solanacearum. Potrebbero anche ibernare nei coniferi durante l'inverno, il che le rende una preoccupazione tutto l'anno per gli agricoltori.

Analizzando il genoma dei psillidi

Il processo di generazione di queste sequenze geniche ha coinvolto tecniche all'avanguardia. Gli scienziati hanno estratto DNA da singoli psillidi, costruito librerie per il sequenziamento e utilizzato tecnologie avanzate per leggere il loro codice genetico. Questo approccio meticoloso offre un quadro più chiaro della genetica di ciascuna specie.

Le assemblature di questi genomi aiuteranno i ricercatori a identificare i geni responsabili di tratti come l'alimentazione delle piante e la trasmissione delle malattie. Possono anche esplorare come questi geni si siano evoluti nel tempo.

Il ruolo dei batteri

È interessante notare che i batteri utili che vivono all'interno dei psillidi non sono solo passeggeri in questo viaggio. Giocano anche ruoli significativi nel ciclo di vita del psillide, influenzando la loro capacità di nutrirsi, riprodursi e persino trasmettere malattie.

La ricerca mostra che questi batteri, Candidatus Carsonella ruddii, si intendono bene con i loro ospiti psillidi ma hanno anche perso molti geni nel corso degli anni, rendendoli dipendenti dai psillidi. È come una relazione a lungo termine in cui un partner fa tutto il cucinare, mentre l'altro guarda la TV.

I psillidi ospitano anche vari batteri secondari, che possono influenzare la loro salute e capacità di trasmettere malattie. Questa comunità batterica diversificata può variare significativamente tra le specie di psillidi, aggiungendo ulteriore profondità alla trama.

Il gioco della selezione

I psillidi hanno una relazione complicata con le loro piante ospiti e i patogeni che diffondono. Il successo di una specie di psillidi nella trasmissione della malattia dipende in gran parte dalla qualità della pianta ospite e da quanto bene i batteri possono manipolare i processi della pianta.

La ricerca indica che alcuni ceppi di Candidatus Liberibacter solanacearum possono aumentare le possibilità di sopravvivenza dei psillidi, mentre altri potrebbero avere l'effetto opposto. È stato dimostrato che diversi ceppi influenzano la fitness dei psillidi in modo diverso, suggerendo che ci sia un equilibrio in atto nel mondo degli insetti.

Combattere: meccanismi di difesa delle piante

Le piante hanno i loro modi di difendersi contro questi piccoli parassiti. Possono riconoscere quando vengono invase e rispondere con difese che mirano a tenere lontani gli insetti. Tuttavia, i psillidi sono insetti astuti e possono a volte sopraffare queste difese usando la loro saliva per sopprimere il sistema immunitario della pianta.

La lotta tra le difese delle piante e gli attacchi degli insetti è una battaglia continua, molto simile a una partita a scacchi in cui entrambe le parti cercano di superarsi a vicenda. Mentre le piante cercano di respingere gli attaccanti, i psillidi sono impegnati a capire come superare quelle difese.

L'impatto del clima

La posizione geografica in cui prosperano i psillidi gioca un ruolo importante nella trasmissione delle malattie. Alcune specie di psillidi potrebbero rischiare di diffondere malattie in nuove regioni a causa dei cambiamenti climatici che consentono loro di sopravvivere in aree precedentemente inospitali.

Se i psillidi possono adattarsi facilmente a nuovi ambienti, potrebbero portare batteri dannosi a piante che non hanno mai affrontato queste minacce prima. Questa potenziale diffusione è una grande preoccupazione per agricoltori e ricercatori, aumentando le tensioni nella battaglia tra psillidi e coltivazioni.

La ricerca della conoscenza

Nonostante le crescenti preoccupazioni sui psillidi e le malattie che diffondono, c'è ancora molto che non sappiamo. Le complesse interazioni tra piante, psillidi e batteri sono come una commedia drammatica con molte svolte e colpi di scena. Con i nuovi genomi sequenziati di D. apicalis, D. pallida e T. urticae, i ricercatori sono ora meglio equipaggiati per indagare su queste interazioni.

Approfondendo la loro biologia, gli scienziati sperano di trovare modi per gestire e controllare questi parassiti, riducendo potenzialmente il loro impatto sull'agricoltura. Più comprendiamo questi insetti, meglio possiamo proteggere i nostri raccolti dalle loro malefatte.

Conclusione: Le cronache dei psillidi

I psillidi possono essere piccoli, ma il loro impatto sull'agricoltura è tutt'altro che trascurabile. Questi piccoli parassiti, insieme ai loro compagni batterici, hanno il potenziale per fare stragi nei raccolti e danneggiare i mezzi di sussistenza degli agricoltori in tutto il mondo. Fortunatamente, con i progressi nella genomica e una migliore comprensione della loro biologia, potremmo essere in grado di ribaltare la situazione su questi invasori insetti.

Quindi, la prossima volta che vedi un psillide saltare su una pianta, ricorda: non è solo un bel bug, è una potenziale minaccia ai raccolti ovunque. E chissà? Un giorno potremmo scoprire il segreto per tenere a bada questi piccoli rompiscatole!

Fonte originale

Titolo: Chromosome-level Assemblies of Three Candidatus Liberibacter solanacearum Vectors: Dyspersa apicalis, Dyspersa pallida, and Trioza urticae (Hemiptera: Psylloidea)

Estratto: Psyllids are major vectors of plant diseases, including Candidatus Liberibacter solanacearum (CLso), the bacterial agent associated with zebra chip disease in potatoes and carrot yellows disease in carrot. Despite their agricultural significance, there is limited knowledge on the genome structure and genetic diversity of psyllids. In this study, we provide chromosome-level genome assemblies for three psyllid species known to transmit CLso: Dyspersa apicalis (carrot psyllid), Dyspersa pallida, and Trioza urticae (nettle psyllid). As D. apicalis is recognised as the primary vector of CLso by carrot growers in Northern Europe, we also resequenced populations of this species from Finland, Norway, and Austria. Genome assemblies were constructed using PacBio HiFi and Hi-C sequencing data, yielding genome sizes of: 594.01 Mbp for D. apicalis; 587.80 Mbp for D. pallida; and 655.58 Mbp for T. urticae. Over 90% of sequences anchored into 13 pseudo-chromosomes per species. The assemblies for D. apicalis and D. pallida exhibited high completeness, capturing over 92% of conserved Hemiptera single-copy orthologues, as assessed by Benchmarking Universal Single-Copy Orthologues (BUSCO) analysis. Furthermore, we identified sequences of the primary psyllid symbiont, Candidatus Carsonella ruddii, in all three species. Comparative genomic analyses demonstrated synteny with other psyllid species. Notably, we observed significant expansions in gene families, particularly those linked to potential insecticide detoxification, within the Dyspersa lineage. Resequencing efforts also revealed the existence of multiple subpopulations of D. apicalis across Europe. These high-quality genome resources will support future research on genome evolution, insect-plant-pest interactions, and strategies for disease management. SignificancePsyllid species are significant agricultural pests, known for transmitting plant diseases like Candidatus Liberibacter solanacearum (CLso), which causes zebra chip in potatoes and carrot yellows. However, genomic data on psyllids are limited. In this study, we present high-quality, chromosome-level genome assemblies for three psyllid species: Dyspersa apicalis, Dyspersa pallida, and Trioza urticae. We generated genome assemblies with over 90% of sequences anchored to 13 pseudo-chromosomes. Comparative analyses revealed gene expansions, particularly in detoxification pathways, suggesting adaptations within the Dyspersa lineage. Population resequencing of D. apicalis across Europe uncovered genetic subpopulations. These genomes will advance understanding of psyllid biology and inform disease management strategies.

Autori: Thomas Heaven, Thomas C. Mathers, Sam T. Mugford, Anna Jordan, Christa Lethmayer, Anne I. Nissinen, Lars-Arne Høgetveit, Fiona Highet, Victor Soria-Carrasco, Jason Sumner-Kalkun, Jay K. Goldberg, Saskia A. Hogenhout

Ultimo aggiornamento: 2024-12-06 00:00:00

Lingua: English

URL di origine: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.03.626329

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.12.03.626329.full.pdf

Licenza: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Modifiche: Questa sintesi è stata creata con l'assistenza di AI e potrebbe presentare delle imprecisioni. Per informazioni accurate, consultare i documenti originali collegati qui.

Si ringrazia biorxiv per l'utilizzo della sua interoperabilità ad accesso aperto.

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