Coinvolgimento di MtN5 nella Trasduzione del Segnale nella Simbiosi Sinorhizobium meliloti – Medicago truncatula

Il batterio si lega fortemente al pelo radicale dell’ospite. In questa fase è richiesta la secrezione di β-glucani ciclici da parte del rizobio, e mutanti di S. meliloti nella sintesi o secrezione di questi esopolisaccaridi non possono colonizzare efficacemente la superficie del pelo radicale, verosimilmente a causa dell’interazione non più corretta con la superficie cellulare dell’ospite.
Dopo essere accolto nel ripiegamento all’apice del pelo radicale, e aver intrapreso pochi cicli di divisione cellulare (fatti che portano alla formazione di un pelo radicale ripiegato colonizzato, colonized curled root hair (CCRH)(Esseling et al., 2003; Gage, 2004)), il batterio deve essere internalizzato dalle cellule della corteccia radicale della pianta ospite prima di intraprendere la fissazione dell’azoto. E’ plausibile che tramite il ridirezionamento del citoscheletro o delle vie secretorie, indotte dal batterio sulla cellula epidermica, la pianta sia in grado di evolvere la struttura del filamento di infezione, che si sviluppa in maniera polarizzata nel verso opposto rispetto alla normale crescita del pelo radicale.
Le parete del filamento di infezione è, a tutti gli effetti, un proseguimento della parete cellulare della radice. Pectine esterificate e non esterificate, xiloglucani, e cellulosa vengono fornite in maniera esclusiva dalla pianta per diventare componenti essenziali della parete del filamento.
Sia la pianta che il batterio contribuiscono invece alla formazione della matrice che circonda le cellule batteriche nel lume del filamento di infezione. A questo livello si trova ad esempio materiale normalmente presente nella matrice extracellulare delle pareti cellulari delle piante. Le estensine, glicoproteine ricche in idrossiprolina tipiche delle piante, si trovano nelle pareti, nello spazio apoplastico e nel lume del filamento di infezione in P. sativum. Data la loro sensibilità al cross-linking dovuto al perossido di idrogeno, e assodata la presenza di perossido di idrogeno tra i componenti del filamento di infezione, si ritiene che tali proteine, secrete dalle cellule vegetali adiacenti al filo di infezione nel lumen del filamento di infezione, giochino un ruolo nel determinare il grado di viscosità della matrice (Vandenbosch et al., 1989; Rathbun et al., 2002; Santos et al., 2001), che è ritenuto essere un fattore importante per sostenere la crescita del filo di infezione contro le pressioni interne della radice.
L’attiva sintesi di Nod factors da parte dei batteri intrappolati all’interno del ripiegamento di un pelo (CCRH), è necessaria per indurre l’introflessione e la crescita della membrana cellulare del pelo radicale, che porta alla formazione di un filamento di infezione che si estende tra le cellule dell’ospite. Nel ripiegamento del pelo in cui è inserita la microcolonia si raggiungono presumibilmente concentrazioni maggiori di Nod Factors e probabilmente anche di enzimi degradativi della parete cellulare (es. poligalatturonasi MsPG3 (Munoz et al., 1998)), e la parete cellulare del pelo radicale viene degradata al sito di inizio del filamento.
La penetrazione della parete della cellula ospite, ma non della sua membrana plasmatica, è seguita da nuova sintesi e ri-digestione. Questo ciclo continuo, accoppiato con la viscosità sempre crescente della matrice extracellulare che avvolge i batteri all’interno del filamento, e alla continua crescita batterica nel lume del filamento, produce una pressione inversa rispetto alla tradizionale direzione di crescita del pelo, necessaria per l’avanzamento del filamento.
I batteri mostrano pattern di crescita differenziale all’interno del filamento, con un tasso di crescita maggiore per quelli vicino alla sommità in estensione, mentre i restanti sembrano essere statici e con tasso di crescita azzerato. Questo comporta che solo i discendenti del batterio più prossimo alla punta popolano successivamente le cellule del nodulo (Gage, 2004).
Specifiche strutture extracellulari polisaccaridiche del rizobio sono richieste per l’infezione e studi effettuati impiegando numerosi mutanti per gli esopolisaccaridi di superficie hanno dimostrato il loro ruolo cruciale nella formazione del filamento di infezione e quindi nella nodulazione (Pellock et al., 2000). Ad esempio il mutante exoY di S. meliloti, che non produce alcun succinoglicano, può formare CCRHs ma non inizia di solito alcun filamento di infezione (Cheng & Walker, 1998). Il mutante exoH di S. meliloti, viceversa, produce succinoglicano che manca dei sostituenti, e questo mutante forma filamenti di infezione abortivi o aberranti (Cheng & Walker, 1998). A differenza delle normali condizioni, i filamenti di infezione aberranti (i. e. la loro progressione verso l’interno è bloccata) sono bulbosi e contorti, come se il batterio avesse continuato a proliferare. Il 70% dei CCRHs contenenti mutanti exoH iniziano il filamento di infezione, ma abortiscono prima di raggiungere la base del pelo radicale.