Caratterizzazione del genoma completo di “Candidatus Sulcia muelleri” EvaTO, endosimbionte obbligato del vettore di fitoplasmi Euscelidius variegatus

La FAO ha stimato che gli insetti causano perdite annuali della produzione agricola comprese fra il 20 e il 40%, dovute a danni diretti o indiretti. La cicalina Euscelidius variegatus è il vettore naturale di un fitoplasma appartenente alla specie Candidatus Phytoplasma asteris, che causa il cosiddetto giallume del crisantemo (Chrysanthemum yellows, CY) e in condizioni di laboratorio anche del fitoplasma Candidatus Phytoplasma vitis, l'agente causale della flavescenza dorata (FD) della vite. La strategia convenzionale di lotta a questi insetti vettori è basata prevalentemente sull’applicazione di insetticidi, ma la ricerca in campo agronomico sta cercando di sviluppare nuove strategie di biocontrollo che prevedano un minore impatto sull'ecosistema e sulla salute. Una di queste nuove soluzioni ecosostenibili prevede la possibilità di sfruttare il microbioma dell’insetto ai fini del controllo dell’insetto stesso o dei fitopatogeni da esso trasmessi. In quest’ottica, il progetto di questa tesi aveva come obiettivo l’ottenimento del genoma completo e l’annotazione funzionale del batterio Candidatus Sulcia muelleri, uno dei microrganismi che compongono il microbioma di E. variegatus. Questo batterio è definito endosimbionte primario in quanto svolge un ruolo di vitale importanza per l’insetto, cioè sintetizza amminoacidi essenziali che l’insetto non riesce ad assumere dalla sua dieta, basata esclusivamente sugli elementi presenti nel floema delle piante su cui si nutre. Tra i contig assemblati a seguito del sequenziamento del genoma di E. variegatus, ne è stato studiato uno in particolare, lungo circa 190 kb, identificato come potenziale genoma completo di Sulcia ceppo EvaTO (Euscelidius Variegatus TOrino). Grazie al confronto con genomi di Sulcia già depositati nelle banche dati pubbliche e alla disponibilità di numerosi dati di sequenza derivanti da altri esperimenti di next generation sequencing, è stato possibile correggere alcuni errori di assemblaggio presenti alle estremità del contig e alcune delezioni causate dal sequenziamento con tecnologia PacBio. Dopo l’ottimizzazione della sequenza, il genoma è stato sottoposto ad annotazione funzionale tramite un approccio di genomica comparata con il genoma di Sulcia ceppo PUNC, endosimbionte dell’insetto Macrosteles quadripunctulatus, filogeneticamente vicino a E. variegatus. La pipeline ciclica di annotazione che è stata sviluppata ha permesso di ottenere un’annotazione curata di tutti i geni del batterio, inclusi quelli che non erano stati riconosciuti dopo una singola analisi con i programmi di annotazione automatica a disposizione. Successivamente i geni annotati sono stati assegnati ai rispettivi processi metabolici, la cui completezza è stata confrontata con quella del genoma di Sulcia ceppo GWSS, endosimbionte di Homalodisca vitripennis, una dei genomi di taglia maggiore e meglio caratterizzati di questa specie. Questo confronto ha evidenziato la perdita di geni da parte di Sulcia EvaTO rispetto a Sulcia GWSS nell’ambito della sintesi degli acidi nucleici, del sistema di traduzione dei geni e di produzione energetica attraverso il processo di fosforilazione ossidativa, del trasporto delle proteine e della capacità di sintesi delle membrane. Questo fenomeno può essere spiegato dal processo evolutivo di erosione genetica legata alla condizione di endosimbionte obbligato di Sulcia e al suo percorso coevolutivo con l’insetto ospite e con gli altri componenti del microbioma.