CRISPR al Salvataggio: Rivoluzionarie Varietà di Riso Combattono un Mortale Virus Africano.

Varie piante di riso, sia piante di controllo che mutanti, tra tre e quattro settimane dopo l'inoculazione. Credito: IRD / Laurence Albar

Il cosiddetto virus della macchia gialla del riso (abbreviato: RYMV) è responsabile di notevoli perdite di raccolto in Africa, in particolare tra i piccoli agricoltori. Un team di ricerca dell'Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) e dell'Istituto di ricerca francese per lo sviluppo sostenibile (IRD) ha ora prodotto delle linee di riso che sono resistenti alla malattia mediante l'editing del genoma. Le varietà di riso, il cui sviluppo il team descrive nel giornale Plant Biotechnology Journal, rappresentano un passo preliminare verso la possibilità di generare varietà resistenti localmente adattate per produttori di cibo su piccola scala in Africa.

RYMV è un virus a RNA diffuso da scarafaggi e contatto diretto foglia-foglia. In Africa, dove la maggior parte dei produttori coltiva terreni di dimensioni appena superiori a un ettaro, tra il dieci e il cento percento delle raccolti di riso viene regolarmente perso a causa di questo virus. Ciò lo rende un problema mortale per i contadini più poveri.

Non esiste una protezione efficace contro il virus. "L'unica vera protezione è sviluppare varietà di riso che possiedano un gene di resistenza contro RYMV, che renderebbe la pianta invulnerabile", afferma il Dr. Yugander Arra, autore principale dello studio ora pubblicato nel giornale Plant Biotechnology Journal.

Un team di ricerca dell'Istituto di fisiologia molecolare di HHU (guidato dal professor Dr. Wolf B. Frommer) e dell'Istituto di ricerca per lo sviluppo (IRD) di Montpellier, in Francia, ha sviluppato queste linee di riso resistenti.

Attualmente sono noti tre geni di resistenza; mutazioni in solo uno dei geni, chiamati RYMV1, 2 e 3, sono sufficienti per ottenere la resistenza. La forma resistente rymv2 si trova nelle varietà di riso africano a basso rendimento (Oryza glaberrima). RYMV2, conosciuto anche come CPR5.1, codifica una proteina importante dai pori del nucleo cellulare. Nella pianta modello Arabidopsis thaliana, la perdita dell'unico gene di CPR5 comporta un ampio spettro di resistenza non solo ai virus, ma anche a batteri e funghi. Tuttavia, la crescita è fortemente limitata, le piante mostrano lesioni spontanee e producono rese molto basse. Pertanto, era importante verificare se la resistenza di rymv2 potesse essere trasferita ad altre varietà di riso senza conseguenze negative.

In Africa, vengono principalmente utilizzate altre varietà di riso ad alto rendimento basate sulla specie asiatica Oryza indica e queste non possiedono il gene di resistenza. Tuttavia, l'inserimento del gene pertinente non è un approccio particolarmente promettente poiché i discendenti di tali ibridi "inter-razzo" sono altamente sterili e quindi non possono riprodursi e trasmettere facilmente la resistenza.

Utilizzando il metodo di editing del genoma CRISPR/Cas, il gruppo di ricerca ha dimostrato ora che possono essere prodotte mutazioni del gene RYMV2 in una varietà di riso asiatico che la rendono resistente al virus in un modo simile alla forma africana. Nel prossimo passo, l'obiettivo è di editare le pertinenti varietà africane di élite nello stesso modo al fine di renderle disponibili ai produttori di cibo su piccola scala in Africa. L'aiuto a questi agricoltori è l'obiettivo del consorzio di ricerca internazionale "Healthy Crops", che è guidato da HHU.

Le piante hanno meccanismi ereditari che erano utili per la sopravvivenza nei primi tempi dell'evoluzione, ma che ora sono più probabili di essere dannosi. Il mais è un buon esempio di questo: un gene fa sì che i chicchi vengano abortiti quando prevale la siccità al momento della fecondazione. Questo tratto causato dal gene era vantaggioso per i progenitori selvatici perenni delle attuali piante di mais, ma ha un effetto negativo sul rendimento delle piante annuali ora utilizzate in agricoltura.

La situazione è simile con il riso qui esaminato. Professore Frommer: "Questo tratto di resistenza è attribuibile alla perdita di una funzione genica non essenziale. Se spegniamo completamente il gene, le piante si comportano normalmente. Tuttavia, a causa della perdita della funzione del gene, sono resistenti al virus."

Dr. Eliza Loo, leader del gruppo Healthy Crops, aggiunge: "È così, per così dire, un'archetipo, che era utile per i suoi antenati, ma che ora porta a devastanti perdite di raccolto in periodi di siccità. Sembra opportuno spegnere questo gene e non ha effetti collaterali evidenti."

Sorprendentemente, né lo spegnimento del gene stretto correlato CPR5.2 né i due geni RYMV2 e CPR5.2 - almeno nelle condizioni di serra - portano a disturbi. È anche degno di nota il fatto che la perdita di CPR5.2 non comporta resistenza a RYMV. Tutto indica che l'editing del gene RYMV2 sia un approccio promettente per combattere la malattia del riso in Africa.

Reference: “Rice Yellow Mottle Virus resistance by genome editing of the Oryza sativa L. ssp. japonica nucleoporin gene OsCPR5.1 but not OsCPR5.2” by Yugander Arra, Florence Auguy, Melissa Stiebner, Sophie Chéron, Michael M. Wudick, Manuel Miras, Van Schepler-Luu, Steffen Köhler, Sébastien Cunnac, Wolf B. Frommer and Laurence Albar, 20 December 2023, Plant Biotechnology Journal. DOI: 10.1111/pbi.14266

The research took place within the framework of the Cluster of Excellence for Plant Research CEPLAS and was funded as part of Prof Frommer’s Alexander von Humboldt Professorship.