Diverse proteine, codificate dai geni di resistenza sono state
clonate da differenti specie di piante (Arabidopsis, lino, riso,
tabacco e pomodoro) e possono conferire resistenza contro virus,
batteri, funghi e nematodi (Takken and Joosten, 2000). Tali proteine
presentano molti caratteri comuni e possono essere classificate, in
base ai domini strutturali e alla localizzazione citoplasmatica, in sei
classi principali (Hammond-Kosack et al., 1997).
Tre di queste classi sono caratterizzate da sequenze ripetute,
ricche in leucina (LRRs) domini, questi, coinvolti nell’interazione
proteina-proteina. Diverse evidenze inducono a credere che queste
regioni siano i principali fattori implicati nella specificità del
riconoscimento del patogeno (Martin, 1999).
Una prima classe di proteine LRRs, probabilmente quella che
racchiude la maggior parte delle proteine codificate dai geni finora
clonati, può essere suddivisa ulteriormente in due subclassi. Queste
ultime hanno entrambe localizzazione citoplasmatica e un sito di
legame per i nucleotidi (NB)-LRRs ma si differenziano per la
presenza all’N-terminale o di un dominio TIR (TIR-NB-LRR), che
presenta omologia di sequenza con il recettore Toll di Drosophila e
con il recettore dell’interleuchina-1 di mammifero, o di un dominio
“coiled-coil” (CC-NB-LRR) che, probabilmente, contribuisce alla
dimerizzazione delle proteine (Hammond-Kosack and Jones, 1997).
Sia le proteine TIR-NB-LRR che CC-NB-LRR,
conferiscono resistenza ad una larga varietà di patogeni
inclusi virus, batteri, funghi, nematodi ed insetti.
Le altre due classi di proteine LRRs sono legate alla membrana
plasmatica da un’ancora trasmembrana (LRRs-TM) e presentano i
domini LRRs localizzati a livello extracitoplasmatico. Le due classi
si differenziano per la presenza, in una di esse, di un residuo
chinasico localizzato nel citoplasma (LRRs-TM-Kinase). Le
proteine LRRs-TM, sono coinvolte nella resistenza a funghi e
nematodi; ne sono un esempio le proteine Cf di pomodoro che
conferiscono resistenza ai ceppi di Cladosporium fluvum recanti i
corrispondenti geni avr (Joosten and De Wit, 1999).
Le LRR-TM-Kinasi conferiscono resistenza ai batteri. Ad
esempio la proteina del riso Xa21 conferisce resistenza a
Xanthomonas oryzae pv. oryzae (Song et al., 1995).
Una classe distinta di proteine citoplasmatiche è stata
identificata in pomodoro. Si tratta del prodotto del primo gene di
resistenza clonato pto che conferisce resistenza nei confronti di
Pseudomonas syringae pv. Tomato, recante il corrispondente gene
AvrPto. Pto è membro di una piccola famiglia di proteine serinetreonine-
chinasi che include anche la proteina chinasi Fen. Le
proteine Pto e Fen per essere attive richiedono l’intervento della
proteina PRF che, analogamente alle proteine di resistenza
appartenenti alla prima classe, presenta una regione LRRs e un dominio NB.
La quinta classe di proteine di resistenza è invece rappresentata
dal prodotto del gene RPW8 di Arabidopsis. Si tratta di una piccola
proteina di membrana, con un dominio citoplasmatico di tipo
“coiled-coil”, e conferisce resistenza a Erysiphe cichoracearum (Xiao et al., 2001b)
Alla sesta classe appartengono le proteine codificate dai geni di
resistenza Ve di pomodoro, che conferiscono resistenza a
Verticillium dhalie (Kawchuk et al., 2001). I due geni correlati, Ve1
e Ve2, codificano per glicoproteine transmembrana contenenti un
dominio LRR extracellulare e, o un dominio a cerniera di leucina
(LZ) o una sequenza peptidica Pro-Glu-Ser-Thr (PEST). Il dominio
LZ può facilitare la dimerizzazione delle proteine, attraverso la
formazione di strutture “coiled-coil”, mentre la sequenza PEST è
spesso implicata nella compartimentalizzazione delle proteine.
L’omologia nella sequenza e nell’architettura strutturale delle
proteine codificate dai geni di resistenza, suggerisce che queste,
oltre alla funzione implicata nei meccanismi di difesa, possono
svolgere altre importanti funzioni. È stato ipotizzato che esse
possano essere direttamente coinvolte nella regolazione di diversi
processi fisiologici. In particolare, l’omologia di sequenza dei geni
di R, suggerisce che i loro prodotti rappresentano versatili corecettori
molecolari di diversi ligandi come monomeri, dimeri o
eteromeri, assumendo una funzione analoga a quella verificata nei
mammiferi per i recettori dei fattori di crescita (Heldin, 1995).
Diversamente dalle proteine di resistenza, i prodotti dei geni di
avirulenza presentano poche caratteristiche comuni (Van ‘t Slot e Knogge, 2002).
Il fatto che molti geni Avr siano mantenuti in una popolazione
di organismi patogeni, suggerisce che i loro prodotti in aggiunta al
ruolo di fattori di avirulenza abbiano una funzione benefica per il
patogeno stesso. È oramai opinione comune che i prodotti dei geni
Avr siano “bifunzionali” e svolgano un ruolo nella virulenza del
patogeno (Gabriel, 1999; Kjemtrup et al., 2000; Van ‘t Slot e
Knogge, 2002; White et al., 2000). Le proteine AVR possono
intergire con specifiche molecole della pianta, definite “target di
virulenza”, che possono, ad esempio, essere implicate nel
metabolismo o nei meccanismi di difesa della pianta. Da questa
interazione potrebbe risultare la soppressione dei meccanismi di
difesa nell’ospite o un miglioramento nella disponibilità di nutrienti
per il patogeno (Van der Biezen a Jones, 1998).
Tuttavia, una chiara funzione biologica di questi elicitori
proteici è stata determinata solo per un numero limitato di essi
(Laugè and De Witt, 1998; Van’t Slot and Knogge, 2002). Il gene
Avr-pita, del fungo Magnaporthe grisea, codifica per una
metallopreteasi (Orbach et al., 2000), mentre la proteina di
avirulenza NIP1 di Rhynchosporium secalis stimola l’attività H+-
ATPasi durante il processo patogenetico (Welvesiep et al., 1993).
Per il gene Avr9 è stata ipotizzata una possibile funzione nel
metabolismo dell’azoto (Van den Ackerveken et al., 1994).
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