Magnaporthe oryzae: Ο μύκητας που απειλεί την παγκόσμια διατροφή

Ένα νέο εργαλείο για την προστασία βασικών καλλιεργειών από έναν ιδιαίτερα καταστροφικό μύκητα ανέπτυξε διεθνής ερευνητική ομάδα με επικεφαλής επιστήμονες του John Innes Centre στο Ηνωμένο Βασίλειο, σε συνεργασία με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Κόμπε στην Ιαπωνία.

Στο επίκεντρο της μελέτης βρίσκεται ο Magnaporthe oryzae, το παθογόνο που προκαλεί την ασθένεια της έκρηξης (blast disease). Η νόσος πλήττει κυρίως το ρύζι, αλλά αποτελεί αυξανόμενη απειλή και για το σιτάρι και το κριθάρι.

Οι απώλειες στην παραγωγή ρυζιού εκτιμάται ότι αντιστοιχούν στην ποσότητα τροφής που θα αρκούσε για τη σίτιση περίπου 60 εκατομμυρίων ανθρώπων κάθε χρόνο.

Τα ευρήματα της έρευνας, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Science Advances, αναδεικνύουν μια νέα προσέγγιση για την ενίσχυση της φυσικής άμυνας των φυτών απέναντι σε μυκητιακές λοιμώξεις.

Πώς ο μύκητας προσβάλλει τα φυτά

Ο Magnaporthe oryzae εισάγει στα κύτταρα των φύλλων και των στελεχών εξειδικευμένα μόρια, γνωστά ως τελεστές (effectors). Τα μόρια αυτά παρεμβαίνουν στις φυσιολογικές λειτουργίες του φυτού, διευκολύνοντας την εγκατάσταση και την εξάπλωση του παθογόνου.

Τα φυτά διαθέτουν μηχανισμούς αναγνώρισης τέτοιων εισβολέων, οι οποίοι μπορούν να ενεργοποιήσουν αμυντικές αντιδράσεις και να περιορίσουν τη λοίμωξη. Μέχρι σήμερα, μεγάλο μέρος της σχετικής έρευνας είχε επικεντρωθεί στους υποδοχείς NLR, που συμμετέχουν στην αναγνώριση παθογόνων.

Η νέα μελέτη στράφηκε σε μια διαφορετική κατηγορία φυτικών πρωτεϊνών, τις πρωτεΐνες διαδοχικής κινάσης (tandem kinase proteins ή TKP), διερευνώντας πώς θα μπορούσαν να αξιοποιηθούν για την ενίσχυση της ανθεκτικότητας των δημητριακών.

Η «βιολογική παγίδα» και η διπλή αναγνώριση

Οι πρωτεΐνες TKP διαθέτουν μια περιοχή που ονομάζεται HMA (Heavy Metal Associated), η οποία απαντά και σε ορισμένους υποδοχείς NLR. Η περιοχή αυτή μπορεί να λειτουργήσει ως σημείο πρόσδεσης για συγκεκριμένους μυκητιακούς τελεστές.

Με τη χρήση κρυσταλλογραφίας και άλλων βιοφυσικών τεχνικών, οι επιστήμονες μελέτησαν τη δομή και τον τρόπο με τον οποίο οι φυτικές πρωτεΐνες αλληλεπιδρούν με τα μόρια του μύκητα.

Στη συνέχεια, τροποποίησαν συγκεκριμένα αμινοξέα στις θέσεις πρόσδεσης, ανασχεδιάζοντας τους υποδοχείς ώστε να μπορούν να αναγνωρίζουν δύο διαφορετικούς τελεστές. Η δυνατότητα αυτή, γνωστή ως διπλή εξειδίκευση, θα μπορούσε να συμβάλει στην ανάπτυξη φυτών που εντοπίζουν περισσότερες από μία εκδοχές του παθογόνου.

Το επόμενο βήμα για ανθεκτικότερα δημητριακά

Σύμφωνα με τον καθηγητή Mark Banfield του John Innes Centre, η συγκεκριμένη προσέγγιση δημιουργεί νέες δυνατότητες για την ενίσχυση της άμυνας των δημητριακών. Οι αρχικές δοκιμές πραγματοποιήθηκαν σε πρωτοπλάστες, δηλαδή φυτικά κύτταρα από τα οποία έχει αφαιρεθεί το κυτταρικό τοίχωμα.

Η επόμενη φάση της έρευνας προβλέπει δοκιμές σε ολόκληρα φυτά, σε ελεγχόμενες συνθήκες θερμοκηπίου. Ένας από τους στόχους είναι η συνδυαστική αξιοποίηση γονιδίων που κωδικοποιούν διαφορετικούς αμυντικούς μηχανισμούς, ώστε να δημιουργηθούν καλλιέργειες με πολλαπλά επίπεδα προστασίας.

Η στρατηγική αυτή θα μπορούσε να δυσκολέψει την εξελικτική προσαρμογή του μύκητα και να περιορίσει την πιθανότητα να ξεπεράσει την άμυνα των φυτών. Ωστόσο, η αποτελεσματικότητά της σε πραγματικές καλλιέργειες θα πρέπει να επιβεβαιωθεί μέσα από περαιτέρω πειράματα.

Η απειλή για την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια

Η ασθένεια της έκρηξης του σιταριού καταγράφηκε για πρώτη φορά στη Βραζιλία τη δεκαετία του 1980 και έκτοτε έχει εξαπλωθεί σε περιοχές της Ασίας και της Αφρικής.

Η εξάπλωση του παθογόνου προκαλεί ανησυχία, καθώς προσβάλλει καλλιέργειες που αποτελούν βασικό πυλώνα της παγκόσμιας διατροφής.

Παράλληλα, η κλιματική αλλαγή ενδέχεται να μεταβάλει τις συνθήκες που ευνοούν την εξάπλωση της νόσου, δημιουργώντας νέους κινδύνους για περιοχές όπου δεν έχει εγκατασταθεί μέχρι σήμερα.

Η νέα μέθοδος δεν αποτελεί ακόμη έτοιμη λύση για τους αγρούς. Προσφέρει, ωστόσο, μια πιθανή κατεύθυνση για την ανάπτυξη ανθεκτικότερων ποικιλιών και την προστασία της παραγωγής τροφίμων απέναντι σε ένα παθογόνο που εξελίσσεται και εξαπλώνεται.