L'analisi del trascrittoma rivela la risposta di Medicago truncatula ai chito- oligosaccaridi esogeni che stimolano la micorrizza arbuscolare

L'espressione genica nelle piante è fortemente regolata durante lo sviluppo della simbiosi micorrizica arbuscolare. Questa benefica simbiosi inizia con uno scambio di segnali chimici tra i funghi AM e i loro ospiti vegetali, che mediano il reciproco riconoscimento. Tra i segnali fungini (Myc-factors) sono presenti oligomeri di chitina a corta catena (CO). Un recente studio (Volpe et al., 2020) ha provato che l'applicazione dei CO promuove lo sviluppo delle simbiosi AM nella leguminosa modello Medicago truncatula. Per caratterizzare meglio l'effetto del CO sulla pianta ospite, abbiamo studiato i profili di espressione genica, tramite analisi di RNA-seq con piattaforma Illumina NextSeq 500, di M. truncatula cresciuta in vaso in presenza o assenza dell'inoculo del fungo AM (Funnelliformis mosseae) e con o senza l'applicazione del CO. Sono state preparate quattro condizioni sperimentali: controllo (CTR), privo sia del trattamento CO che dell'inoculo con fungo AM; controllo trattato con CO (CTR+CO); micorrizato (MYC), inoculato ma in assenza del trattamento CO, e micorrizato trattato con CO (MYC+CO). Il trattamento è stato eseguito prima dell'inoculazione, successivamente le piante sono state raccolte a 10,14, 21, 28 giorni dopo l'aggiunta del fungo AM. L'analisi dei dati dell'RNA-seq ha fornito una visione dettagliata dell'impatto del CO sul trascrittoma di M. truncatula, consentendo il confronto dei profili di espressione genica a ogni time point sperimentale. Le nostre principali conclusioni sono che il trattamento con CO influisce fortemente sull'espressione genica vegetale, sia in piante inoculate che in piante non inoculate, in particolare al time point più precoce. L'analisi delle piante CTR+CO indica che l'effetto del CO diminuisce nel tempo, mentre uno scenario più complesso è stato registrato nelle piante inoculate, dove l'espressione genica viene anche drasticamente modificata dallo sviluppo del fungo AM. Sorprendentemente, le piante MYC raggiungono il massimo livello di regolazione a 28 giorni, mentre una condizione comparabile è stata raggiunta a 14-21 giorni nei campioni MYC+CO. In effetti, prove convergenti supportano l'ipotesi che il trattamento con CO abbia accelerato lo sviluppo della simbiosi. Al fine di studiare più in dettaglio la regolazione genica locale in risposta alla percezione di CO, la soluzione di CO è stata applicata alle colture di organi radicali (ROCs) trasformate con Agrobacterium rhizogenes utilizzando un'applicazione mirata e un protocollo di campionamento. Questa analisi ha rivelato la regolazione precoce di numerosi geni marker coinvolti nelle risposte di segnalazione e 'accommodation' del fungo nelle cellule radicali vegetali. Nel complesso le nostre analisi hanno ampiamente caratterizzato la riposta della pianta ospite al CO, confermando il ruolo di queste molecole come Myc-factors e la loro capacità di accelerare lo sviluppo del fungo AM.