La formazione di spore: un meccanismo di difesa delle diatomee marine nei confronti dei virus
Le diatomee sono microalghe unicellulari estremamente abbondanti negli oceani e sono responsabili della produzione del 20% dell’ossigeno sul nostro pianeta. Assieme alle altre microalghe, esse sono alla base della rete trofica dei nostri mari, un ruolo analogo a quello delle piante sulla terra.
Le diatomee sono rivestite da una sottile parete rigida di silicio – il componente principale del vetro – che forma una sorta di ‘scatola’ attorno alla cellula. Questo rivestimento siliceo è ornato da microscopici pori che permettono gli scambi di nutrienti, ossigeno ed anidride carbonica con l’ambiente che circonda la cellula. Alcune diatomee producono cellule quiescenti – chimate ‘spore’ - rivestite da una parete silicea estremamente spessa. Le spore sedimentano negli strati profondi della colonna d’acqua, dove possono rimanere quiescenti per decenni nei sedimenti di fondo, e sono in gradi di germinare se risospese alla luce.
I fattori che regolano la formazione delle spore sono a tutt’oggi quasi del tutto inesplorati. Il gruppo di ricerca coordinato dalla dott.ssa M. Montresor, in collaborazione con due colleghi della Rutgers University (USA), ha studiato il possible ruolo dei virus nell’indurre la transizione da cellule vegetative a spore. Come tutti sappiamo in questo periodo di emergenza Covid-19, tutti gli organismi viventi possono essere vittime di attacchi virali, inclusi i batteri e le microalghe unicellulari. La concentrazione di virus a mare è estremamente elevata, ma a tutt’oggi sono stati identificati pochissimi virus in grado di infettare le diatomee. Uno di questi è stato isolato e caratterizzato alcuni anni fa in Giappone: è un ssRNA virus che infetta la diatomea Chaetoceros socialis.
Colture di C. socialis isolate dal Golfo di Napoli sono state inoculate con questo virus e, nel giro di pochi giorni, è stata osservata un’elevata mortalità delle cellule accoppiata ad un notevole aumento di particelle virali nel terreno di coltura. Questo dimostra che il virus è in grado di riprodursi all’interno delle cellule. La presenza del virus è stata dimostrata anche in sezioni ultra-sottili delle cellule infettate osservate in microscopia elettronica a trasmissione.
Il risultato sorprendente del nostro studio è stato il ritrovamento nelle colture infettate dal virus di un’elevata concentrazione di spore, prova che l’attacco virale è in grado di indurre la trasformazione fra questi due stadi del ciclo vitale della diatomea. Ma queste spore saranno in grado di propagare l’infezione virale quando germineranno producendo una nuova popolazione di cellule vegetative? Per rispondere a questa domanda, le spore sono state separate dalle cellule morte e poste in condizioni ambientali favorevoli alla loro germinazione. Le colture così ottenute non hanno mostrato evidenza di infezione virale.
I risultati di questo studio suggeriscono che la trasformazione di cellule vegetative in spore rappresenti un meccanismo di difesa nei confronti del virus. Un possibile scenario – da testare in futuro nell’ambiente naturale – è che l’infezione virale avvenga nella porzione superficiale del mare, dove Chaetoceros socialis può raggiungere concentrazioni molto elevate in alcuni periodi dell’anno. Le spore sedimentano con velocità elevate, contribuendo a preservare la popolazione della diatomea negli strati profondi della colonna d’acqua e, nello stesso tempo, limitando la trasmissione del virus alle popolazioni future che origineranno dalla germinazione di queste cellule.
Pelusi Angela, De Luca Pasquale, Manfellotto Francesco, Thamatrakoln Kim, Bidle Kay D. & Montresor M. 2020. Virus-induced spore formation as a defense mechanism in marine diatoms. New Phytologist doi: 10.1111/nph.16951
