I batteri I batteri sono procarioti, microrgamismi unicellulari dotati di parete in cui il materiale...

I batteri• I batteri sono procarioti,

microrgamismi unicellulari dotati di parete in cui il materiale genetico non e’ organizzato in un nucleo. Le loro cellule coesistono di citoplasma che contiene DNA e ribosomi 70S

• La costituente base della parete e’ il peptidoglicano o mureina, polimero di catene di NAG e NAM unite da ponti trasversali peptidici

• Una specie batterica e’ piuttosto un gruppo di individui batterici che condividono alcune caratteristiche fenotipiche e genotipiche

• Quando un ceppo batterico infetta una pianta e altri ceppi della stessa specie no, prende il nome di pathovar di quella specie

La parete• La mureina costituisce solo il 5-

10% del totale

• Sulla parete esterna ci sono gli LPS, lipopolisaccaridi (antigenici) – antigene O

• Capsula – strato mucoso (polisaccaridi), antigeni K

• Flagelli – antigeni H (flagellina) - altre appendici peli e fimbrie

protoplasmaMembranaplasmatica

Strato peptidoglicano

Membranaesterna

capsula

EPS

n

Repeating unit

O-specific side chain Core region

Lipid A

Outer membrane

Caratteristiche dei batteri fitopatogeni

• Sono circa 100 le specie di batteri fitopatogeni, alcuni dei quali sono saprofiti facoltativi, anche se i FVLB (fastidious vascular limited bacteria) sono difficili da crescere in coltura (xylella)

• Le malattie batteriche sono particolarmente comuni e severe ai tropici ma con le condizioni favorevoli possono crescere ovunque

• La maggior parte dei batteri ha forma bastoncellare, l’unica eccezione e’ rappresentata da streptomyces che e’ filamentoso

• A seconda della disposizione e del numero dei flagelli abbiamo batteri

– Monotrichi –1 solo flagello

– Polari – flagelli alle 2 estremita’

– Peritrichi – distribuiti sull’intera superficie

• Quando ad un singolo batterio cresce in un mezzo produce una colonia

Riproduzione • I batteri fitopatogeni bastoncellari si riproducono asessualmente mediante il

processo di scissione binaria o fission. Questa avviene mediante:– crescita verso l’interno della membrana cellulare formando una membrana trasversale che divide il

citoplasma in due parti uguali.

– Due strati di parete cellulare continui con la parete esterna sono poi sintetizzati tra i due strati di membrana

• In condizioni favorevoli i batteri si dividono ogni 20-50 min, in tal modo da 1 batterio se ne possono formare 106 in un giorno

• Come si produce la variabilita’ nei batteri? Nella riproduzione asessuale, che avviene per mitosi, si ha una bassa percentuale di variazione di informazione genetica, che e’ dovuta principalmente a fenomeni di errori di replicazione e a rari eventi di crossing over mitotico

• Nei batteri pero’ esistono dei meccanismi di variabilita’ attraverso processi pseudo-sessuali

– La coniugazione. Richiede contatto tra 2 batteri diversi che scambiano materiale genetico (plasmidi) mediante il tubetto coniugativo

– La trasformazione. Processo in cui una porzione di DNA libero e’ acquisito da una celula batterica in disfacimento ed e’integrato nel genoma ricevente

– Trasduzione. Un batteriofago compie un ciclo litico in una cellula e acquisice parte del suo genoma e poi lo introduce in un’altra cellula durante un ciclo lisogeno

Ecologia• La maggior parte dei batteri patogeni si sviluppano nell’ospite come

parassiti, sulla superficie delle gemme come epifiti e in parte nei residui vegetali nel suolo

• Altri patogeni, come Erwinia amilovora, si riproducono solo nell’ospite, infatti questi tipi di patogeni hanno sviluppato dei cicli pianta-pianta grazie agli insetti

• Alcuni patogeni come l’Agrobacterium, Ralstonia, e Streptomyces sono invece dei veri e propri “soil inhabitants”

• Molti batteri patogeni sono dei soil invaders, ovvero che invadono i tessuti dell’ospite presenti nel suolo. Data la loro scarsa abilita’ saprofitica sono degli scarsi competitori e quindi permangono nel suolo solo fino a quando sono disponibili i tessuti dell’ospite

• I batteri possono anche sopravvivere nei semi, in altre parti della pianta, negli insetti del suolo

• La dispersione dei batteri avviene attraverso l’acqua, gli insetti e altri animali, infatti anche se molti posseggono dei flagelli hanno una limitata capacità di movimento

• Gli insetti sono sia trasportatori che vettori, infatti depongono i batteri in siti dove e’ facile un loro sviluppo

Ciclo delle batteriosi • Sorgente d’inoculo

– Organi infetti, residui della vegetazione, materiale di propagazione infetto, piante spontanee, insetti, terreno (a parte qualche caso come R. solanacearum, i batteri fitopatogeni non sono buoni competitori

• Esigenze termiche– Sono mesofili min 10C-opt 25C- max 35C

• Penetrazione – Mai diretta sempre per ferite od aperture naturali (stomi, idatodi,acqua di

guttazione, lenticelle, nettarii)

– Alla penetrazione segue sempre una fase di ancoramento alla superficie esterna delle cellule ospiti e una fase di moltiplicazione attiva (che s’interrompe precocememente nelle combinazioni incompatibili)

• Periodo d’incubazione: da 48 ore a 2 mesi

• Invasione– Si puo’ avere l’invasione attraverso i vasi od attraverso il parenchima, da

cellula a cellula o attraverso entrambe le vie, abbiamo pertanto• Batteriosi vascolari: avvizzimento

• Batteriosi parenchimatiche: machie fogliari

• Batteriosi sistemiche: si trasmettono per fasci e colonizza anche i parenchimi

• Batteriosi iperplastiche

• Evasione – Emissione di flussi mucillaginosi in condizioni di alta’ umidita’ relativa, a volte non

c’è evasione e i batteri restano quiescenti sui e nei semi

Controllo delle malattie batteriche

• Le malattie batteriche sono molto difficili da controllare

• Spesso una combinazione di diverse misure di controllo è richiesta per combattere una data malattia batterica

• Pratiche sanitarie rivolte a ridurre l’inoculo in un campo possono essere effettuate rimuovendo e bruciando piante o rami infetti

• Regolando le fertilizzazioni e l’irrigamento

• L’uso di varieta’ resistenti a certe malattie batteriche è uno dei metodi migliori per controllare le malattie

• Il suolo infestato con i batteri fitopatogeni possono essere sterilizzati con vapore o con calore e con sostanze chimiche come la formaldeide

• I semi quando infettati superficialmente possono essere sterilizzati usando HCl o ipoclorito di Na oppure portati a 52°C per 20 min

• La lotta chimica ai batteri e’ di solito meno efficace di quella ai funghi. Comunque vengono usati

– Poltiglia bordolese (CuSO4+CaOH), rame, CuOH per il controllo dei bacterial leaf spots

– Zineb, maneb o mancozeb mischiati con rame per il controllo delle malattie su piante giovani

• Lotta biologica

– trattamento di tuberi, semi e altro con batteri antagonisti

Batteri fitopatogeni • Agrobacterium

– I batteri hanno forma bastoncellare di circa 1,5-3 m, hanno 1-4 flagelli peritrichi

– Quando vengono cresciuti in terreni ricchi in carboidrati producono una capsula polisaccaridica

– Sono abitanti del suolo e della rizosfera

• Erwinia – Bastoncellari di 1-3 m e mobili

attraverso diversi flagelli peritrichi

– Sono gli unici anaerobici facoltativi

– Alcune specie non producono enzimi idrolitici e causano necrosi o avvizzimenti (amilovora) altrihanno una forte attivita’ pectolitica e causano marciumi molli (carotovora)

• Pseudomonas– Bastoncellari di 1,5-4 m con 1 o più

flagelli polari

– Sono soil inhabitants e si trovano anche in ambiente acquatici

– Producono un pigmento fluorescente giallo-verde

PAMP & DAMPPAMP• PAMPs trigger:

1. early responses (seconds to minutes; e.g. ion fluxes, oxidative burst),

2. intermediate responses (minutes to hours; e.g. MAPK/CDPK activation, ethylene production, stomatal closure, transcriptional reprogramming),

3. and late responses (hours to days; e.g. salicylic acid [SA] accumulation, callose deposition).

• Intriguingly, many of these responses include the production of molecules that potentially can act as second messengers (calcium, reactive oxygen species, ethylene, SA) and we may predict roles for each of the signaling pathways in PAMP-triggered immunity

DAMP• Like in animals, host endogenous

molecules released upon wounding and infection, called damage-associated molecular patterns (DAMPs), are capable of inducing immune reactions in plants.

• Only recently, the first plant DAMP receptor has been identified. The LRR-RKs PEPR1 and PEPR2 are responsible for the detection of the peptidic DAMP AtPep1 (Krol et al., 2010; Yamaguchi et al., 2010). Interestingly, AtPep1 triggers similar responses as PAMPs that appear to be as well BAK1 dependent, illustrating common steps between PAMP and DAMP signaling.

• In addition, it is proposed that PAMP and DAMP responses may be connected in a positive feedback loop (Huffaker and Ryan, 2007), but this model has yet to be proven.

A model for the amplification of signaling pathways for PAMPs and AtPep (DAMP) peptides in Arabidopsis.

Huffaker A , Ryan C A PNAS 2007;104:10732-10736

©2007 by National Academy of Sciences

Un esempio: la percezione della flagellina1. FLS2 (flagellin sensing 2) si trova in una forma defosforilata e KAPP

(kinase associated protein phosphatase) la mantiene in tale stato (regolatore negativo)

2. quando Il peptide flg22 interagisce con il dominio eLRR di FLS2, questa si accumula in vescicole intracellulari entra nel citosol dove dopo avere trasdotto il segnale viene degradata dal proteasoma

Un esempio: la percezione della flagellina• In seguito all’internalizzazione del complesso si ha un influsso

di ioni Ca (citosolico e nucleare), un alcalinizzazione del mezzo e la produzione di ROS tramite l’attivazione della NADPHox

• L’attività kinasica di FLS2 è richiesta per l’attivazione di una cascata MAPK che culmina nell’espressione del fattore di trascrizione chiave nella risposta difensiva WRKY29 che regola l’espressione di PR1 e PR5

Un esempio: la percezione della flagellina• FLS2 si comporta in modo simile al recettore BRL1 per i

brassinosteroidi. Questo infatti per esplicare la sua azione richiede un altro LRR-RLK (BAK – BRL1 associated kinase) per un corretto signalling

• BAK1 è un cofattore necessario per il signalling anche di FLS2 interagendo con esso subito dopo l’elicitazione di flg22

Bacterial spots and blights

• I più comuni tipi di malattie batteriche delle piante sono quelle che appaiono come spots di diversa taglia sulle foglie, fusti, bocciuoli e frutti

• In alcune malattie le macchie continuano ad avanzare rapidamente e diventano blights “bruciature”, le macchie sono necrotiche, circolari e in qualche caso sono circondate da un alone giallognolo

• Nelle piante dicotiledoni i bacterial spots in qualche ospite sono limitati alle venature piu’ grandi e le macchie appaiono angolari, e per lo stesso motivo nelle monocotiledoni appaiono come strisce

• Tutti gli spot e i blights delle foglie, dei fusti e dei frutti sono causate dai batteri del genere Pseudomonas e Xanthomonas

Wildfire del tabacco

• L’agente causale del colpo di fuoco del tabacco, Pseudomonas syringae pv. tabaci, ha una distribuzione ubiquitaria

• Causa perdite sia nei semenzali che in campo. Le plantule infette possono essere uccise. Se invece vengono colpite le piante adulte in campo possono avere una consistente perdita del fogliame o presentare delle foglie commercialmente non sfruttabili

• Una zona acquosa che separa il tessuto marcescente dal tessuto sano è il primo sintomo della malattia

• Le foglie sviluppano delle macchie giallognole di 1 cm in cui il centro diventa marrone ed e’ circondato da un alone giallo. Le macchie coalescono e formano larghe aree morte in pochi giorni

• Il batterio produce una tossina, la tab-tossina, che da sola e’ in grado di produrre le lesioni

Il ciclo della malattia

Il tumore del colletto• Agente causale: Agrobacterium

tumefaciens

• Le galle provocate da questo batterio sono maligne: una volta che le cellule sono state indotte a dividersi ed alrgarsi esse continuano a dividersi senza piu’ obedire ai controlli ormonali

• Primo sintomo: piccole escrescenze sullo stelo o sulle radici

• Originandosi in una ferita vengono confuse con il callo (proliferazione di cellule indifferenziate)

• Le cellule tumorali diventano indipendenti dal batterio e continuano a crescere e a dividersi anche in assenza del batterio

• Le cellule tumorali contengono piu’ alte quantita’ di IAA e citochinine

• Il controllo inizia con una spedizione dei semenzali

• Dato che il batterio penetra solo attraverso ferite fresche si devono evitare pratiche colturali invasive e presenza di insetti maceranti

Il ciclo della malattia

T-DNA insertion into plant cell

https://www.youtube.com/watch?v=suL7LxC2NPg

https://www.youtube.com/watch?v=suL7LxC2NPg

Regolazione del sistema di secrezione di tipo III nei batteri

• Il sistema di secrezione di tipo III (TTSS) è un macchinario specializzato nella secrezione di proteine

• È usato da numerosi batteri patogeni gram-negativi per rilasciare degli effettori direttamente nelle cellule dell’ospite

• Nei batteri fitopatogeni i geni codificanti per il TTSS sono stati scoperti perché i loro prodotti sono collegati con la risposta ipersensibile e la patogenicità.

• Infatti la loro delezione altera la capacità dei mutanti di causare malattia negli ospiti e di elicitare l’HR nelle piante non ospite

• I geni hrp (hypersensitive response and pathogenicity) e quelli del TTSS sono repressi in terreni ricchi ma indotti quando i batteri sono inoculati in planta o incubati in terreni poveri

Il sistema di secrezione di tipo III nei batteri

• Numerosi batteri gram-negativi patogeni di piante ed animali usano il TTSS per invadere i loro ospiti.

• In pratica il TTSS è una struttura simile ad una siringa con ago che consiste di una membrana esterna ed una interna e di un filamento protrudente chiamato pilo hrp nei fitopatogeni

• Il pilo hrp funziona come un condotto che guida la traslocazione degli effettori di tipo III nell’interno della cellula ospite

• Il TTSS è codificato da un cluster di circa 20 geni hrp che sono organizzati in diversi operoni sia sul cromosoma che nei plasmidi

• I cluster genici hrp sono spesso fiancheggiati da altri geni relativi alla virulenza, nell’insieme questi geni formano le cosiddette “isole di patogenicità” che è definita dal resto del genoma dal tRNA o da elementi mobili

Il sistema di secrezione di tipo III nei batteri

• L’espressione dei geni TTSS è coordinata da diversi ospiti e da fattori ambientali

• A seconda della struttura dell’operone hrp e del sistema di regolazione che controllano l’espressione dei geni TTSS i geni hrp possono essere divisi in 2 gruppi principali– I geni hrp di Erwinia spp., Pantoea stewartii e

Pseudomonas syringae appartengono al gruppo I– Quelli di Xanthomonas spp. e di Ralstonia solanacearum al

gruppo II

• Molteplici componenti di signal transduction sono stati identificati in ambedue i gruppi dei geni hrp

Il sistema regolativo per il gruppo I

• Questo gruppo è regolato da HrpL un membro della famiglia ECFG dei fattori sigma (fattori che modulano l’attività della RNA polimerasi batterica)

• Le proteine HrpL di questi batteri (Erwinia etc) sono molto conservate e riconoscono una sequenza consenso sul DNA (GGAACC-N15/16-CCACNNA) chiamata l’hrp box che si trova nel promotore degli operoni hrp e degli effettori di tipo III

• Lo stesso hrpL è indotto nelle condizioni che inducono la trascrizione degli hrp


• I geni hrpR e hrpS sono organizzati in un operone controllato dal promotore a monte di hrpR

• Le proteine HrpR e HrpS appartengono alla famiglia dei regolatori a 2 componenti

• Le due proteine sono altamente omologhe e formano un eterodimero.

• La dimerizzazione sembra essere cruciale per l’attivazione trascrizionale di hrpL


• Sia HrpR che HrpS contengono un dominio di legame ad un enhancer ed un motivo che interagisce con l’oloenzima 54-RNA polimerasi

• Quindi la trascrizione di hrpL è sotto il controllo di un promotore che dipende da 54

• In condizioni inducenti HrpR e HrpS formano un eterodimero sul promotore di hrpL per stimolarne la trascrizione interagendo con la 54 RNA polimerasi


• Un sistema a due componenti che consiste dei prodotti dei geni hrpX e hrpY agisce a monte della cascata hrpS-hrpL in Erwinia.

• hrpX codifica per un sensore istidina-kinasi mentre hrpY per il corrispondente response regulator

• hrpXY è quindi richiesto per l’induzione dei geni hrp e probabilmente HrpX è il sensore dei segnali chimici o fisiologici che a sua volta attiva HrpY fosforilandolo

Il sistema regolativo per il gruppo I• HrpA è il principale componente

del pilo di tipo III e influenza la trascrizione dell’operone hrpRS

• la proteasi Lon ATP-dep. è un regolatore, negativo della proteina HrpR

• È stata identificata perché i mutanti lon presentavano un’attivazione costitutiva dei geni hrp in terreni ricchi. Questa attivazione è il risultato della non-degradazione di HrpR

• Lon non modula invece la stabilità di HrpS,

• d’altronde HrpS attiva hrpL proprio mediante HrpR e quindi la degradazione di quest’ultimo influenza il funzionamento del dimero HrpRS

Il sistema regolativo per il gruppo I• In P. aeruginosa l’espressione dei geni TTSS è controllata a livello

trascrizionale da ExsA un attivatore trascrizionale del tipo AraC (arabinosio)

• L’antiattivatore ExsD interagisce con ExsA in condizioni repressive e quindi reprime la trascrizione dei geni TTSS

• Quando i batteri sono cresciuti in condizioni inducenti un terzo regolatore ExsC interagisce con ExsD e rilascia ExsA dall’inibizione di ExsD e quindi a sua volta attiva l’espressione dei geni TTSS

• Quindi in questo modello ExsD agisce come un anti attivatore di ExsA e ExsC agisce come anti-anti attivatore!

• In P. syringae due ulteriore elemento hrpV e hrpG agisce similmente come anti-antiattivatori interagendo con hrpS

Il sistema regolativo per il gruppo II• La maggior parte degli hrp

operons del gruppo II sono attivati da un attivatore AraC-like designato HrpB in R. solanacearum e HrpX in Xanthomonas spp.

• Il promotore degli operoni hrp e gli effettori di tipo III sono regolati da HrpX e HrpB che spesso presentano un motivo conservato chiamato plant-inducible promoter (PIP)-box (TTCGC.N15-TTCGC) in Xanthomonas e hrpII-box in R. solanacearum

• Mutazioni puntiformi nella sequenza consenso di PIP/hrpII box riducono l’attività di HrpX o B

Il sistema regolativo per il gruppo II• I geni hrpX e hrpB sono attivati dalle

proteine HrpG che appartengono alla famiglia dei regolatori a 2 componenti con un dominio receiver N-terminale e un DNA binding domain C terminale

• Questa proteina è un punto convergente delle pathways di trasduzione del segnale che mediano l’induzione dei geni TTSS

• hrpG è costitutivamente espresso in terreni minimi e completi ma la sua trascrizione è indotta solo dopo il contatto con la pianta

• PhcA è un regolatore negativo di HrpG probabilmente attraverso un meccanismo post-trascrizionale

• PhcA coordina l’espressione di molteplici fattori di virulenza come gli esopolisaccaridi, diversi CWDE, il quorum sensing e la mobilità batterica

Il sistema regolativo per il gruppo II• L'host sensing è cruciale per

un'infezione di successo da parte dei batteri fitopatogeni.

• In R. solanacearum i geni TTSS sono indotti quando il batterio entra in contatto con la pianta

• L'induzione è mediata da PrhA una proteina di membrana con significative similarità con i recettori siderofori

• Il segnale proveniente dalla pianta che è percepito da PrhA è probabilmente un componente non diffusibile della parete cellulare che è resistente alla proteolisi e al calore

Regolazione dei geni TTSS• Altri componenti che agiscono a valle di

PrhA sono PrhR, I, J che funzionano in un ordine sequenziale. PrhR, I e J sono richiesti specificamente per l'induzione da parte dell'ospite.

• PrhR e prhI si trovano nello stesso operone e codificano per una proteina transmembrana ed un fattore della famiglia ECF mentre PrhJ è un attivatore trascrizionale della famiglia LuxR/UhpA.

• PrhR e I agiscono a monte di PrhJ e insieme sono richiesti per l'induzione di hrpG

Gli effettori fitopatogenici di tipo III• I batteri fitopatogeni sopprimono l'immunità innata e

promuovono la patogenesi iniettando nelle cellule dell'ospite delle proteine chiamate effettori di tipo III (T3Es) usando il TTSS

• I T3Es usano almeno 3 diverse strategie per alterare– Il turnover proteico sia attraverso una proteolisi diretta

che mediata dal proteasoma 26S– Il metabolismo del RNA attraverso un attivazione

trascrizionale o mediante l'ADP-ribosilazione delle RNA binding protein

– Le pathway kinasiche coinvolte nel signaling difensivo sia attraverso le fosfatasi che un'inibizione diretta

• coinvolte nelle le risposte dell'ospite al patogeno

Attività e target dei T3Es

I T3E che hanno impatto sul turnover proteico

• Alcuni T3E sono delle proteasi che possono rimuovere alcuni componenti dell’ospite fondamentali per l’instaurarsi della PTI. Ad es. AvrPphB di P. syringae è una cisteina proteasi papain-like che taglia la PK PBS1 di At. PBS1 forma un complesso con RPS5 che riconosce il taglio e inizia l’ETI.

• AvrRpt2 è una cisteina proteasi staphopain –like che taglia RIN4 un regolatore negativo della PTI. Sembra contro-intuitivo che RIN4 sia un target di virulenza dato che la sua perdita dovrebbe dereprimere la PTI, il che dovrebbe apparentemente avere un impatto negativo sul patogeno.

• Però RIN4 interagisce con almeno altri 2 T3Es e 2 R protein suggerendo che la sua inattivazione potrebbe destabilizzare questo complesso e dare beneficio al patogeno. Una di queste proteine, RPS2, riconosce il taglio di RIN4 e scatena l’ETI


• Due famiglie di T3E (XopD e YopjJ) sono delle cisteina proteasi/isopeptidasi che sono specializzati nella rimozione dei gruppi SUMO dalle proteine dell’ospite. Dato che l’aggiunta di una singola ubiquitina o di un gruppo SUMO può modificare l’attività o la localizzazione di una proteina, probabilmente la deubiquitinazione/desumoilazione operata da questi effettori altera l’attività o la stabilità di queste

• XopD è un effettore che viene traslocato nel nucleo dove si ritiene possa mimare delle SUMO isopeptidasi vegetali

• YopJ è stato studiato nei patogeni umani appartenenti al genere Yersinia insieme ad altri effettori della stessa famiglia come AvrXv4, AvrBsT, AvrRxv e XopJ. Questi effettori sembrano agire come SUMO-isopeptidasi dato che l’overespressione di uno di questi porta ad un decremento delle protien SUMOilate in pianta. AvrXv4 è citoplasmico mentre XopJ è targettato verso la membrana plasmatica. YopJ oltre all’attività deSUMOilante mostra attività deubiquitinante, acetilante ed è capace di bersagliare le pathways di MAPK-signaling


• Piuttosto che avere delle attività proteasiche alcuni T3E usano il macchinario di ubiquitinazione dell’ospite e il proteasoma 26S per alterare i livelli delle proteine coinvolte nella difesa. Ad. es. gli effettori GALA di R. solanacearum hanno degli F-box e LRR domain attraverso i quali interagiscono con le proteine ASK di At. Le proteine F-box e le ASK fanno parte del complesso ubiquitina E3 ligasi che attacca l’ubiquitina alle proteine indirizzandole verso la degradazione da parte del proteasoma 26S

• AvrPtoB di P. syringae contiene un dominio C-terminale E3 ligasico che ubiquitina la PK Fen di pomodoro indicandola per la degradazione. Però l’ETI avviene quando l’R protein Prf riconosce l’interazione tra Fen e una versione troncata di AvrPtoB che manca prorpio della parte Ubiquitina-ligasica. Questo indica che il patogeno ha sviluppato un forma di questo effettore che invece possiede questo dominio e che quindi ubiquitina Fen e riesce anche ad evitare l’ETI. Questo T3E ha diversi target, perché sopprime anche la PTI indotta da MAPK in At


• Un altro esempio di T3E capace di alterare il turnover proteico è dato da HopM1 di P. syringae. Questo è presente nella frazione delle endomembrane delle cellule vegetali dove aumenta la degradazione di AtMIN7 indirizzandola al proteasoma.

• AtMIN7 è una ADP-ribosylation factor-guanine nucleotide exchange factor (ARF-GEF) necessari per il trasporto vescicolare. Quindi HopM1 può indirizzare AtMIN7 per la degradazione proprio per impedire il trasporto vescicolare di metaboliti legati alla early defense (fitoalessine, callosio, etc) verso l’apoplasto e quindi alterare la difesa basata sul CWR

• HopM1 causa l’ubiquinazione e la degradazione attraverso il proteasoma 26S di AtMIN7 che è coinvolta nel traffico vescicolare

I T3E che influenzano la trascrizione o la stabilità dell’RNA

• I T3E possono anche modificare i livelli proteici alterando la trascrizione dell’ospite, il che può portare ad un incrementata suscettibilità. I T3E in grado di effettuare questo tipo di inibizione sono AvrBs3, PthXo6 e PthXo7 di Xanthomonas spp., HsvG e HsvB di Pantoea agglomerans

• AvrBs3 altera la trascrizione legandosi al promotore del fattore di trascrizione upa20 e aumentando la sua espressione.

• Questa up-regolazione di upa20 è in parte responsabile della ipertrofia delle cellule del mesofillo. Nelle piante resistenti, AvrBs3 si lega anche al promotore e attiva la trascrizione del R gene Bs3 la cui proteina riconosce l’effettore e induce l’ETI. Bs3 è una mono-ossigenasi flavina-dipendente e non una NB-LRR protein e induce l’ETI con meccanismo non noto.


• Il caso del riconoscimento di AvrBs3 potrebbe essere considerato una variazione dell’ipotesi guardia, infatti Bs3 piuttosto che monitorare una proteina, controlla una sequenza di DNA. Quindi il promotore di Bs3 potrebbe in questo senso mimare (decoy hypothesis) il promotore di upa20 (il reale target di Bs3) e AvrBs3 indurrebbe la produzione della sua controparte R

• AvrBs3 appartiene ad una famiglia di attivatori di trascrizione, altri membri di questa famiglia sono PthXo6-7 che aumentano l’espressione dei geni di riso OsTFX1 (che codifica per un fattore di trascrizione bZIP) e OsTFIIA1 (una piccola subunità del fattore di trascrizione IIA)

• L’uso dei T3E di up-regolare l’espressione dei geni dell’ospite che codificano per fattori di trascrizione che a loro volta co-regolano molti geni è una comune strategia di virulenza impiegata da molti batteri fitopatogeni. Queste proteine indotte dai T3E probabilmente rappresentano dei fattori di suscettibilità che rendono la pianta più “predisposta” alla colonizzazione batterica


• HopU1 prodotto da P.syringae pv. tomato bersaglia invece il metabolismo del RNA piuttosto che la sintesi del mRNA. HopU1 è una mono-ADP-ribosiltransferasi (ADP-RT) che ADP ribosila diversi RNA-binding proteins di At tra cui la glycine-rich RNA-binding protein GRP7

• Inoltre questa attività ADP-RT è necessario per l’abilità di HopU1 per sopprimere la PTI e l’ETI e le piante di At che mancano di GRP7 sono più suscettibili a P. syringae

• Le ADP-RT sono delle tossine ben caratterizzate nei patogeni animali ma finora mai associate ad una attività di legame all’RNAS. L’ADP ribosilazione delle RNABP probabilmente decrementa la loro abilità nello stabilizzare o processare l’RNA

• Non è noto come questa alterazione porti alla soppressione delle risposte difensive o se sia in grado di alterare il metabolismo generale dell’RNA o solo quello di alcuni (ad es. quelli legati alla difesa)

I T3E che influenzano la fosforilazione o defosforilazione delle proteine dell’ospite

• La PTI e l’ETI utilizzano dei segnali kinasici per l’attuazione delle risposte difensive (in modo particolare le MAPK). Queste K rappresentano il target ideale per i T3E dato che molte pathways di signaling spesso convergono verso queste proteine di trasduzione, e quindi la loro disattivazione risulta in una soppressione di tutte le risposte a valle necessarie per l’attuazione delle difese

• 2 T3E che usano questa strategia sono HopAI1 e HopAO1. • HopAI1 prodotto da P. syringae ha un’attività fosfotreonina

liasica che inattiva irreversibilmente le MAPK. In particolare questo effettore si lega a MPK3 e 6 di At che, come noto, sono coinvolte nelle risposte di difesa a questo batterio

• HopAO1 è una PTP che contribuisce alla virulenza di P. syringae sopprimendo la PTI e l’ETI. Dato che le MAPK sono fosforilate sui residui di tirosina, questi rappresentano dei target attraenti per questo effettore. Comunque apparentemente HopAO1 non agisce su MPK3-6 e quindi il suo bersaglio deve essere ancora identificato

I T3E che influenzano la fosforilazione o defosforilazione delle proteine dell’ospite

• Una strategia leggermente diversa è usato da AvrPto, un effettore di P. syringae, che interagisce con i PAMP-RLK FLS2 ed EFR inibendo la loro abilità a autofosforilarsi e attivare la cascata MAPK che porta alla PTI

• In modo simile ad AvrPtoB, AvrPto induce l’ETI mediata da Pto-Prf. Infatti questo effettore inibisce l’attività kinasica di Pto e questa inibizione porta all’ETI mentre il meccanismo con cui è percepito da Prf è indipendente dall’inibizione dell’attività K

• In realtà il reale target di AvrPto sembra essere, come detto prima, un PAMP-RLK anche se questo T3E ha la capacità di inibire l’attività K di Pto. Questo ci porta ad ipotizzare che Pto potrebbe essere uno “specchietto per le allodole” nel senso che il suo legame con l’effettore impedirebbe ad AvrPto di bloccare i PAMP-RLK e scatenerebbe l’ETI.

I T3E che interagiscono con le proteine dell’ospite

• AvrB e AvrRpm1 di P. syringae interagiscono con RIN4 portando ad una sua iper-fosforilazione che apparentemente gli consente di essere riconosciuto dalla RP RPM1 e indurre in tal modo l’ETI. Inoltre AvrB interagisce con RAR1 che rappresenta un target molto “attraente” in quanto questa proteina insieme a SGT1 e HSP90 stabilizza la R proteins e quindi è un componente fondamentale dell’ETI

• HopI1 è un effettore chloroplast-targeted con un potenziale dominio J. Questo dominio, come detto in precedenza, si trova spesso nelle co-chaperonine di Hsp70 che indirizzano le proteine verso Hsp70 dove accendono la sua attività l’ATPasica e quella legata alla sua capacità di alterare il folding proteico.

• Il dominio J di HopI1 è necessario per la sua virulenza e la sua overespressione in At altera i tilacoidi sopprimendo la biosintesi di SA

I T3E interagiscono con molti target

• I T3E spesso hanno molteplici target e quindi possono alterare differenti aspetti dell’immunità innata.

• Questi target sembrano funzionare ad ogni possibile livello della PTI e dell’ETI, includendo gli stessi recettori, le pathways di segnale a a valle e le risposte trascrizionali e post-trascrizionali

• In questo modo i T3E si sono evoluti in modo tale da avere la massima capacità di sopprimere un numero sufficiente di risposte dell’immunità innata per consentire il successo dei batteri fitopatogeni

I batteri I batteri sono procarioti, microrgamismi unicellulari dotati di parete in cui il materiale...

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