A Fusarium graminearum PG is required for virulence during wheat infection.

F. graminearum è l’agente causale della fusariosi della spiga, una malattia descritta per la prima volta in Inghilterra nel 1884 ed ora una delle più studiate in quanto colpisce le tre principale risorse di cibo mondiale frumento, mais e riso. Questo fungo può causare la distruzione del raccolto in poche settimane determinando ingenti perdite economiche. In aggiunta, il prodotto ricavato dalle piante infette presenta elevati livelli di micotossine, in particolare tricoteceni quali il deossinivalenolo (DON). Questa tossina è un potente inibitore delle sintesi proteica negli eucarioti e risulta dannoso per la salute umana e animale. F. graminearum penetra nell’ospite durante la fase di antesi attraverso l’ovario e colonizza la superficie interna di lemma e palea. Una volta penetrato esso è in grado di diffondere nella spiga in modo sistemico. Durante la penetrazione e la colonizzazione dei tessuti della spiga, il fungo produce e rilascia numerosi enzimi degradativi della parete cellulare; tra questi, le endo-poligalacturonasi (PGs) sono tra i primi enzimi secreti ma il loro ruolo durante l’infezione non è stato ancora chiarito. Nel database genomico di F. graminearum sono stati identificati due putativi geni codificanti pg. Le isoforme codificate da questi geni (chiamate PG1 and PG2) sono state caratterizzate in vitro e in vivo (Tomassini et al., 2009). L’obiettivo del presente lavoro di tesi è chiarire l’importanza di queste PG prodotte durante l’infezione della pianta ospite attraverso l’ottenimento di mutanti knock-out ottenuti attraverso ricombinazione omologa target del gene target. Due mutanti ∆PG1 e due mutanti ∆PG2 (producenti rispettivamente solo PG2 e PG1) sono stati ottenuti e caratterizzati in vitro e durante l’infezione della pianta ospite. In coltura liquida il mutante ΔPG1 è risultato produrre scarsa attività PG rispetto al fungo WT e al mutante ΔPG2. Tuttavia i mutanti analizzati non hanno mostrato differenze in peso secco dopo crescita in terreno liquido contenente pectina come unica fonte di carbonio. I mutanti sono stati stati in seguito saggiati in esperimenti di infezione di piante di frumento. Si è osservato che tutti i mutanti testati mantenevano la loro capacità di infettare la spiga. Tuttvia, il mutante ΔPG1 presentava una ridotta virulenza (circa 75% in meno di spighe infettate) rispetto al WT mentre il mutante ΔPG2 non mostrava alcuna riduzione di virulenza. E’ stata inoltre quantificata la micotossina DON prodotta dai mutanti durante l’infezione della pianta ospite: il mutante ∆PG1 produceva da 8 a 15 volte meno DON rispetto a WT e mutante ΔPG2, probabilmente a causa della ridotta colonizzazione della spighetta da parte di questo mutante. Il ceppo WT e un mutante ∆PG1 sono stati inoltre trasformati in modo da esprimere costitutivamente la green fluorescent protein (GFP). I mutanti così ottenuti sono stati utilizzati per studi istologici delle prime fasi di infezione. Rispetto al WT il mutante ΔPG1 era in grado di colonizzare l’ovario, un tessuto ricco in pectina, molto più lentamente; anche la colonizzazione da parte del mutante del tessuto conduttore nel rachide risultava più lenta. Questo rallentamento nella crescita del fungo nella spiga potrebbe essere dovuto alla ridotta attività PG da parte del mutante ΔPG1 e potrebbe permettere alla pianta di attivare più efficacemente le risposte di difesa. Nel complesso i risultati ottenuti nel presente lavoro sembrano indicare che la PG1 di F. graminearum svolge un importante ruolo durante la patogenesi e può quindi essere considerato un fattore di virulenza.