Attività biologica di frammenti di parete
Negli ultimi 10 anni e stata sviluppata una serie di nuove indagini di notevole interesse biologico che hanno rilevato quella che può essere considerata un’ulteriore funzione della parete cellulare. Numerose ricerche hanno infatti evidenziato che frammenti di polisaccaridi di parete posso agire come specifici regolatori controllando la crescita, la morfogenesi ed i meccanismi di difesa della pianta. I frammenti di polisaccaridi di parete che agiscono come molecole regolatrici sono denominati col termine generico di oligosaccarine. Si tratta infatti di catene oligosaccaridiche costituite da pochi residui glicosidici, in munsero variabile da 2 a 12, che si originano dalla parziale idrolisi di polisaccaridi della parete primaria. Tra le oligosaccarine più studiate rientra una classe di oligosaccaridi che derivano dall’idrolisi di polisaccaridi peptici e che risultano costituiti da residui da residui di acido galatturonico. L’attività biologica di questi frammenti è strettamente correlata ai meccanismi di difesa delle piante. E’ ben noto che un meccanismo di difesa comune a molte piante attaccate da patogeni è la sintesi e l’accumulo di fitoalexine. Con questo termine vengono denominate piccole molecole di origine vegetale con attività antibiotica, in grado quindi di inibire la crescita di numerosi microrganismi patogeni. L’induzione della sintesi di fitoalexine viene stimolata da specifici segnali chimici detti elicitori: gli elicitori sono prodotti nel sito di infezione o dalle cellule del tessuto infettato o dallo stesso agente patogeno che ha attaccato la pianta. E’ ormai provato che frammenti di omogalatturonani fungono da elicitori nell’indurre la sintesi e l’accumulo di fitoalexine. E’ verosimile che, durate le interazioni ospite-patogeno, il patogeno inneschi, attraverso qualche segnale ancora sconosciuto, la sintesi di enzimi idrolitici specifici. E’ anche possibile che enzimi del tipo delle β-glucanasi siano già presenti a livello della parete in forma inattivata e che vengano attivati solo in seguito all’attacco del patogeno. Gli enzimi idrolitici possono agire sia sulla parete delle cellule colpita dal patogeno, si sulla parete del patogeno stesso e non si esclude l’ipotesi che possano agire su entrambi. Quest’ultima ipotesi è avvalorata da una serie di esperimenti che hanno dimostrato che frammenti di omogalatturonani, ottenuti da pareti di piante superiori, e frammenti di β-glucani di origine fungina hanno effetti sinergici nell’indurre una serie di risposte di difesa durante le interazioni tra ospite e patogeno. Il meccanismo attraverso il quale gli elicitori stimolano la sintesi di fitoalexine non è ancora stato chiarito. Ciò Che è sicuro è che queste sostanze fanno variare il metabolismo cellulare determinando un aumento rilevante di mRNAs specifici per gli enzimi specifici responsabili della sintesi di fitoalexine. Meccanismi di difesa specifici vengono indotti non solo da frammenti di β-glucani, ma anche da frammenti di chitina e chitosani ottenuti dalla parete dei funghi; questi polimeri sono caratteristici della parete di funghi e batteri. Sebbene le piante superiori non contengono questi tipi di polimeri, molte di esse hanno enzimi idrolitici del tipo delle chitinasi e chitosinasi in grado di idrolizzare la chitina e i chitosani. Diverse prove sperimentali hanno dimostrato che l’attività delle chitinasi e chitosinasi viene precocemente stimolata durante l’attacco di funghi e batteri e aumenta nel corso dell’infezione. L’azione di queste idrolasi non si limita ad essere un azione di lisi nei confronti del patogeno, ma dalla loro attività idrolitica si originano frammenti specifici che innescano ulteriori meccanismi di difesa.
E’ stata ottenuta una serie di prove sperimentali che dimostrano che frammenti di chitina e chitosani inducono la sintesi di fitoalexine, di β-glucanasi e di chitinasi e stimolano la lignificazione e la sintesi di callosio; innescano quindi tutta una serie di reazioni che mirano a bloccare l’invasione patogena.
Insetti e microbi in grado di attaccare una pianta posseggono un elevata capacità di idrolizzare le proteine della pianta ospite. Il meccanismo attraverso il quale la pianta si difende dall’invasione patogena è la massiccia sintesi, nei tessuti in prossimità della zona colpita, di proteine che inibiscono l’attività proteinasica degli insetti o dei microbi. Le oligosaccarine sono in grado di controllare un altro meccanismo di difesa della è pianta noto come “morte ipersensitiva delle cellule”. In molte piante attaccate da batteri o virus si ha un immediata reazione che consiste nella morte precoce delle cellule invase dal patogeno.
La morte ipersensitiva di queste cellule determina un rallentamento della crescita del patogena dando il tempo alle cellule circostanti di avviare ulteriori, adeguate reazioni di difesa. Le indagini condotte per stabilire la natura dei frammenti responsabili della morte ipersensitiva hanno indicato che, anche in questo caso si tratta di oligosaccaridi, forse trisaccaridi, che derivano dall’idrolisi di polisaccaridi peptici della parete primaria. Un patogeno può invadere le cellule ospiti attraverso l’idrolisi delle loro pareti; è possibile quindi che, durante l’invasione, vengano solubilizzati piccoli frammenti tossici che inducano la morte ipersensitiva delle cellule. Frammenti di parete sembrano essere coinvolti anche nel controllo della fioritura; il passaggio dalla fase vegetativa a quella riproduttiva, con la formazione di fiori è un evento estremamente complesso che prevede la compartecipazione di fattori estrinseci quali luce, temperatura e fattori intrinseci strettamente legati alle caratteristiche genetiche della pianta. Risulta inoltre molto complicato verificare attraverso quale meccanismo i frammenti inducano i loro effetti. E’ stato suggerito che in alcuni casi essi formano binding specifici con alcune proteine del plasmalemma; in altri casi sembra che si leghino direttamente al DNA nucleare. Se quest’ultima ipotesi fosse vera, bisognerebbe spiegare come molecole oligosaccaridiche possano attraversare la membrana plasmatica e raggiungere il nucleo. L’ipotesi più plausibile è che esistano specifici recettori, verosimilmente sul plasmalemma, in grado di riconoscere i frammenti oligosaccaridici e trasmettere il segnale da essi mediato al citoplasma ed al nucleo.