Investigare il ruolo di una LysM domain protein (LysM-AM3) nell'interazione pianta-microrganismi in Oryza sativa

La simbiosi micorrizica arbuscolare (AM) si instaura tra le radici di circa l’80% delle piante terrestri e i funghi biotrofi del suolo appartenenti al sub-phylum Glomeromycotina. Questa interazione apporta reciproci vantaggi nutrizionali agli ospiti. L’instaurarsi della simbiosi AM prevede il susseguirsi di diverse fasi: il riconoscimento mediato da un dialogo molecolare tra i partner che porta all’attivazione di una via specifica di segnalazione propedeutica per l’ingresso del partner fungino (fase asimbiotica) e infine la colonizzazione e la formazione dell’arbuscolo che prevede una specifica organizzazione cellulare e programmazione dell’espressione genica (fase simbiotica). Nella fase di riconoscimento, le proteine LysM della pianta giocano un ruolo fondamentale nella percezione delle molecole derivate dalla chitina emesse dal partner fungino, tuttavia il loro ruolo nella fase intraradicale risulta poco noto. Inoltre, è stato dimostrato che le proteine LysM mediano l'interazione della pianta, non solo con i microrganismi simbionti, ma anche con un ampio spettro di microrganismi patogeni. Analisi di trascrittomica su larga scala su radice micorrizzate hanno evidenziato la presenza di un gene OsLysM-AM3, che risulta espresso in modo specifico nelle radici micorrizate, ma il suo ruolo nella simbiosi non è stato ancora identificato. Il progetto di tesi ha avuto lo scopo di investigare il ruolo della proteina OsLysM-AM3 attraverso l’utilizzo di linee mutanti ottenute tramite un approccio Crispr-Cas9 sia nella simbiosi AM sia durante l’interazione tra la pianta di riso e un patogeno fogliare. Sono stati allestiti diversi set-up sperimentali in cui piante wild-type (WT) e tre linee mutanti indipendenti sono state cresciute in condizioni micorrizate, non micorrizate e infettate da un patogeno del riso (Fusarium fujikuroi). Al fine di investigare il ruolo di OsLysM-AM3 nella simbiosi AM si sono prese in esame sia la fase asimbiotica sia quella simbiotica. I risultati mostrano che nelle piante WT, il gene OsLysM-AM3 è coinvolto nella percezione delle molecole rilasciate dal fungo AM (tetrameri di chito-oligosaccaridi) per segnalare la sua presenza alla pianta. Inoltre, i mutanti trattati con CO4 mostrano una down-regolazione del gene OsMYR1 coinvolto nel binding dei CO4 rilasciati dal fungo, confermando il ruolo di OsLysM-AM3 in questa fase. Al fine di valutare la funzione di OsLysM AM3 nella fase intraradicale, piante WT e mutanti cresciute in vaso sono state colonizzate dal fungo micorrizico AM (Rhizophagus irregularis). Il livello di micorrizazione è stato saggiato in due tempi distinti in modo da monitorare il processo di colonizzazione. Attraverso tecniche molecolari e di microscopia si è evidenziato che i mutanti risultano essere maggiormente suscettibili alla simbiosi AM sia in termini di frequenza di colonizzazione dell’apparato radicale sia in termini di vitalità dell’arbuscolo. Questi dati suggeriscono che OsLysM-AM3 abbia un ruolo fondamentale nella fase intraradicale volto all’autoregolazione della colonizzazione. Infine, i saggi di patogenicità effettuati inoculando Fusarium fujikuroi sul seme di riso, mostrano che i mutanti sono maggiormente suscettibili all’infezione rispetto al WT sia in termini di percentuale di incidenza sia in percentuale di gravità della malattia. Nel loro complesso, i dati ottenuti in questo elaborato mostrano come la proteina OsLysM-AM3 giochi un ruolo chiave nell’interazione pianta-microrganismi in riso