Combattere la ruggine strisciante nel grano: una sfida crescente

La ruggine striata, conosciuta anche come ruggine gialla, è una malattia seria che colpisce il grano, un alimento base per molte persone in tutto il mondo. Questa malattia è causata da un fungo chiamato Puccinia striiformis f. sp. tritici. Quando la ruggine striata non viene controllata, può portare a perdite significative nei raccolti, costando miliardi di dollari nella produzione di grano ogni anno. Il problema sta diventando sempre più grave, poiché sono stati identificati nuovi ceppi più aggressivi del fungo, in particolare in aree dove il grano è stato prima addomesticato, come l'Asia orientale e l'Africa. I cambiamenti climatici stanno anche peggiorando la situazione, permettendo a questi patogeni di diffondersi più facilmente.

#Importanza della resistenza genetica

Usare fungicidi per controllare la ruggine striata è un'opzione, ma non è il metodo più efficiente o ecologico. Quindi, sviluppare varietà di grano che siano geneticamente resistenti alla malattia è un approccio molto migliore. Tuttavia, affinché ciò avvenga, è necessario identificare nuovi Geni di resistenza per tenere il passo con l'evoluzione del fungo. Negli ultimi cinquant'anni, la prevalenza e la gravità della ruggine striata sono aumentate drasticamente. Attualmente, un incredibile 88% del grano mondiale è a rischio di infezione. Con circa 1,2 miliardi di persone che si affidano al grano per il loro cibo, la necessità di nuove varietà di grano resistenti è urgente.

Sono stati identificati diversi geni che possono conferire resistenza alla ruggine gialla, e molti di questi geni sono utilizzati in varietà di grano commerciali. Tuttavia, l'efficacia di questi geni può variare. Ad esempio, mentre alcuni geni offrono resistenza completa, altri possono fornire solo una protezione parziale o portare a sintomi indesiderati nelle piante. Il modo in cui questi geni rispondono può anche dipendere dalla composizione genetica della varietà di grano, dal ceppo del fungo e dalle condizioni ambientali.

#Nuovi ceppi di ruggine striata

Sviluppi recenti hanno dimostrato che stanno emergendo nuovi ceppi aggressivi del fungo della ruggine gialla, rendendo le difese genetiche esistenti meno efficaci. Ad esempio, un ceppo noto come 'Warrior' è stato segnalato nel Regno Unito e ha causato epidemie diffuse. Questi nuovi ceppi si stanno diffondendo in diverse regioni e si adattano a condizioni più calde e secche, il che potrebbe renderli ancora più pericolosi per i raccolti di grano.

La necessità di nuove varietà di grano resistenti non è mai stata così critica. Finora, alcune varietà di grano hanno dimostrato di avere potenziale nel resistere alla malattia, ma è essenziale sviluppare opzioni che possano resistere anche ai ceppi futuri. Una scoperta recente di un ceppo in Cina chiamato TSA-6, che può superare la resistenza offerta da un gene significativo chiamato Yr5, evidenzia l'urgenza di questa necessità.

#Meccanismi di resistenza

Le diverse funzioni dei geni di resistenza alla ruggine gialla indicano che ci sono più modi attraverso cui le piante possono resistere alla malattia. Una reazione comune è che le piante sviluppino Lesioni necrotiche dove il fungo cerca di infettare. Questa reazione, nota come risposta ipersensibile, può essere un segno di difesa riuscita contro il patogeno. Tuttavia, alcune mutazioni possono portare a lesioni che si formano senza la presenza di alcun patogeno, cosa che si vede spesso in alcuni tipi di mais e altre graminacee.

Alcuni dei geni responsabili di queste risposte sono stati clonati e studiati. Ad esempio, i geni associati alle lesioni nel mais sono stati esaminati in dettaglio. Questi fenotipi simili a lesioni possono fornire spunti su come le piante possano resistere alle infezioni, evidenziando anche l'importanza della temperatura in questi processi.

#Co-occorrenza dei patogeni

La ruggine striata appare spesso insieme ad altre malattie del grano, e capire le relazioni tra questi patogeni è essenziale per un allevamento efficace. Infatti, le aree sovrapposte per malattie come la ruggine gialla e la macchia foliare indicano che le varietà di grano devono essere resistenti a più patogeni. Questo ha spinto i ricercatori a valutare le linee di grano per la loro risposta a entrambi i tipi di patogeni in fasi di crescita precoci e successive.

#Il genoma del grano e l'analisi delle mutazioni

Le piante di grano hanno un genoma complesso, che consente ai ricercatori di identificare nuovi tratti benefici. Questa poliploidia, o avere più copie di geni, significa che il grano può resistere meglio ad alcune mutazioni dannose rispetto ad altre piante. I ricercatori hanno studiato oltre 2.000 linee di un tipo specifico di grano, analizzando le loro mutazioni per identificare tratti che possono essere utili per i programmi di allevamento.

Dagli studi, sono state trovate sedici linee di grano che mostrano una forte e costante resistenza alla ruggine striata. Queste linee sono state valutate nel corso di diverse stagioni di crescita, e i ricercatori hanno anche valutato le loro risposte ad altri patogeni. Alcune linee hanno mostrato caratteristiche uniche che potrebbero essere utili per allevare varietà di grano migliori.

#Classi fenotipiche delle linee EDR

Durante lo screening per le linee resistenti, sono state osservate varie classi di risposte. Le linee con le migliori prestazioni sono state classificate in base alla loro capacità di resistere alla ruggine gialla, mostrando diversi livelli di danno alle foglie quando esposte al patogeno. Alcune linee avevano poco o nessun danno visibile, mentre altre presentavano lesioni estese.

Per comprendere meglio la relazione tra queste lesioni e la resistenza alla ruggine striata, i ricercatori hanno confrontato l'espressione di geni specifici associati alla malattia. Cambiamenti nel livello di questi geni spesso correlevano con la gravità delle lesioni, indicando un legame tra la risposta immunitaria della pianta e la sua capacità di resistere alla malattia.

#Test in diverse condizioni

Gli esperimenti hanno incluso test in condizioni varie. Le linee di grano sono state valutate sia in prove di campo che in ambienti controllati, il che ha permesso di esaminare come hanno risposto alla ruggine striata nel tempo. Sono stati anche considerati diverse temperature e livelli di umidità per vedere come influenzavano la resistenza alla malattia.

È interessante notare che alcune di queste linee si sono dimostrate più sensibili anche ad altre malattie, in particolare quelle che si comportano come patogeni necrotrofici, che causano morte cellulare. Questo evidenzia la necessità di una selezione accurata dei materiali di allevamento per garantire che, mentre si sviluppa la resistenza alla ruggine striata, non aumenti anche la suscettibilità ad altre malattie.

#Compromessi nella resistenza alle malattie

L'idea di un compromesso nella resistenza delle piante significa che migliorare la resistenza a un patogeno può rendere la pianta più suscettibile a un altro. Le linee autoimmuni, o quelle che mostrano lesioni naturali anche senza infezione, sono state esplorate per vedere come si sono comportate nei confronti dei patogeni necrotrofici. I risultati hanno indicato che queste linee si sono comportate peggio contro alcune malattie, suggerendo che i sistemi di difesa della pianta stanno bilanciando le loro risposte.

Tuttavia, quando si trattava del peso dei grani, la maggior parte delle linee resistenti non mostrava alcuno svantaggio rispetto alla varietà di grano comune Kronos. Questa scoperta è promettente e suggerisce che gli allevatori possono lavorare per migliorare la resistenza alle malattie senza sacrificare il rendimento.

#Mappatura delle mutazioni nel genoma

Per comprendere meglio le mutazioni presenti nelle linee di grano resistenti, i ricercatori hanno rimappato i dati genetici su un nuovo genoma di alta qualità della varietà di grano Kronos. Questo processo ha aiutato a identificare un vasto numero di mutazioni e i loro potenziali impatti sui tratti della pianta. La maggior parte di queste mutazioni è stata trovata ad influenzare geni specifici, e queste informazioni sono cruciali per i programmi di allevamento che cercano di introdurre tratti desiderabili in nuove varietà di grano.

#Conclusione

In sintesi, l'aumento della ruggine striata nel grano ha reso necessaria un'azione urgente per identificare e sviluppare varietà resistenti. La resistenza genetica è un metodo di controllo preferito grazie alla sua efficienza e alla ridotta necessità di trattamenti chimici. La ricerca continua è fondamentale, concentrandosi sull'identificazione di nuovi geni di resistenza e sulla comprensione della meccanica delle risposte delle piante ai patogeni. La coltivazione di varietà di grano resistenti promette non solo di proteggere le risorse alimentari, ma anche di fare passi verso un'agricoltura sostenibile. Le nuove linee di grano descritte rappresentano risorse preziose per la ricerca e lo sviluppo futuri, offrendo speranza per colture più resilienti contro la ruggine striata e altre malattie.