Il parassitismo è una strategia evolutiva efficace: più del 1% delle specie di piante angiosperme (piante con fiori) è parassita di altre piante. Queste piante si sono evolute indipendentemente almeno 12-13 volte in diverse famiglie, a dimostrazione che il parassitismo vegetale è una soluzione adattiva che l'evoluzione "scopre" ripetutamente in modo convergente. Le piante parassite sono parassite di altre piante, non di animali: si attaccano fisicamente alle radici o ai fusti dell'ospite attraverso strutture specializzate chiamate austori e sottraggono acqua, minerali, carboidrati o tutti e tre.

Tipi di piante parassite: da parassiti parziali a totali

Le piante parassite si classificano in base al grado di dipendenza dall'ospite e al sito di attacco: Olo-parassite (parassiti obbligati totali): dipendono completamente dall'ospite per tutti i nutrienti, inclusi i carboidrati. Non hanno clorofilla e non fanno fotosintesi. Esempi: Cuscuta (laccio delle streghe): un filamento giallastro o arancione che si avvolge sui fusti delle piante ospiti, emettendo austori che penetrano nel floema e nello xilema. Nessuna foglia, nessuna radice permanente. Parassita generalista (attacca centinaia di specie). Rafflesia arnoldii (Borneo): produce il fiore più grande del mondo (fino a 1 metro di diametro, peso fino a 11 kg). Non ha fusto, foglie o radici visibili: esiste solo come rete di filamenti dentro il tessuto delle radici di Tetrastigma (liana). Il fiore enorme (e maleodorante: simula la carne in putrefazione per attirare le mosche impollinatrici) è l'unica parte visibile. Orobanche (speronella) e Phelipanche: parassite radicali di legumi, pomodoro, carota, sunflower. Devastatrici nelle colture mediterranee. Semi-parassite (emi-parassite): hanno clorofilla e fanno fotosintesi, ma dipendono dall'ospite per l'acqua e i minerali. Esempi: Vischio (Viscum album): il più noto. Cresce sui rami degli alberi ospiti (mele, olmi, tigli, abeti), attacca lo xilema dell'ospite per sottrarre acqua e minerali. Fa fotosintesi con le proprie foglie verdi. Striga (strega): il parassita radicale più distruttivo del mais e del sorgo in Africa subsahariana (causa perdite di 7-10 miliardi di dollari/anno). Fa fotosintesi ma dipende dall'ospite per acqua e minerali. Parassite radicali vs parassite del fusto: le parassite radicali (Orobanche, Striga, Rafflesia) si attaccano alle radici dell'ospite, spesso invisibili fino alla produzione dei fiori. Le parassite del fusto (Cuscuta, Vischio, Loranthus) si attaccano ai fusti o ai rami, visibili sulla pianta ospite.

Il meccanismo di attacco: gli austori

L'austorio è l'organo specializzato con cui la pianta parassita penetra nei tessuti dell'ospite. La formazione dell'austorio è un processo molecolare complesso che coinvolge la rilevazione dei segnali chimici dell'ospite. Come funziona: rilevazione dell'ospite attraverso i segnali chimici: le radici di Striga germinano solo in risposta agli strigolattoni (ormoni rilasciati dalle radici delle cereali ospiti in condizioni di carenza di fosforo). Questo meccanismo di "germination stimulants" è preciso: la Striga germina solo in presenza delle colture di cui è parassita. Formazione dell'austorio primario: dopo il contatto fisico con la radice dell'ospite, specifici chinoni e segnali meccanici producono la differenziazione delle cellule dell'apice radicale in una struttura di attacco specializzata (l'austorio primario). Penetrazione meccanica ed enzimatica: le cellule dell'austorio secernono enzimi che demoliscono la parete cellulare dell'ospite (cellulasi, pectinasi, xilanasi) e si inseriscono meccanicamente nei tessuti ospiti. Connessione vascolare: le cellule dell'austorio si differenziano in elementi conduttori che si connettono direttamente con lo xilema (per i emi-parasiti) e con il floema (per gli olo-parasiti) dell'ospite. Una volta connessa, la pianta parassita ha accesso diretto alla corrente di acqua e nutrienti dell'ospite. Elusione delle difese dell'ospite: le piante parassite hanno sviluppato meccanismi per sopprimere le risposte di difesa dell'ospite all'attacco. Alcune parassite iniettano effettori molecolari (proteine che interferiscono con la segnalazione di difesa dell'ospite) attraverso i plasmadesmi (canali intercellulari), simili agli effettori dei batteri patogeni.

La striga: il parassita che minaccia la sicurezza alimentare africana

La Striga (genus Striga, famiglia Orobanchaceae) è il parassita radicale delle graminacee più distruttivo al mondo. Colpisce mais, sorgo, miglio e riso in Africa subsahariana, India e Medio Oriente. In Africa, infesta oltre 50 milioni di ettari e causa perdite di raccolto del 30-100%. Si stima che minacci la sicurezza alimentare di 300 milioni di persone. Il meccanismo distruttivo: la Striga si attacca alle radici del mais prima che la pianta ospite emerga dal suolo. I danni alla radice dell'ospite causano già perdite di resa significative prima che i fiori della Striga siano visibili sopra il suolo (quando la diagnosi diventa ovvia per il contadino). Ogni pianta di Striga produce 50.000-500.000 semi minuscoli che rimangono vitali nel suolo per 15-20 anni. I semi germinano solo in presenza di strigolattoni dell'ospite specifico. Il controllo della striga: il controllo della Striga è uno dei problemi agricoli più difficili del mondo. Le soluzioni studiate includono: varietà resistenti di mais (attraverso breeding convenzionale e CRISPR: modificazione dei geni di produzione degli strigolattoni), uso del "suicida germanator" (composti sintetici che stimolano la germinazione della Striga in assenza della coltura ospite: i semi germinano e muoiono per mancanza di ospite), il sistema Push-Pull (ICIPE): il Desmodium intercoltivato con il mais produce composti che sopprimono la germinazione della Striga, sistema biologico di controllo (agenti biocontrollo: funghi Fusarium oxysporum cepa sterilizzante che parassita specificamente la Striga).

Il vischio: parassita e simbolo culturale

Il vischio (Viscum album) è l'emi-parassita vegetale più noto in Europa, con una ricca storia culturale (il vischio della tradizione celtica e druidica, il bacio sotto il vischio nel Natale nordico). Dal punto di vista biologico, è un esempio affascinante di co-evoluzione parassita-ospite. La biologia del vischio: pianta arbustiva sempreverde, con foglie spesse e coriacee (fotosintesi autonoma: è un emi-parassita), frutti bianchi lucidi (bacche contenenti un seme appiccicoso in una gelatina chiamata vischina), si attacca allo xilema degli alberi ospiti (mele, peri, pioppi, tigli, olmi, raramente querce e faggi) attraverso un austorio primario e radici corticali (sinkers) che penetrano progressivamente nel legno dell'ospite nel corso degli anni. La propagazione: i frutti bianchi vengono mangiati dagli uccelli (soprattutto il tordela e il pettirosso). I semi appiccicosi vengono defecati o puliti dal becco sui rami degli alberi → germinazione sul ramo. La distribuzione del vischio dipende completamente dagli uccelli (ornitocoria). Il danno all'ospite: il vischio è un parassita relativamente "gentile": riduce la crescita del ramo ospite (soprattutto se l'infestazione è grave) ma raramente uccide l'albero. Negli oliveti e nei frutteti, infestazioni gravi riducono la resa. In Italia, il vischio è più comune al Nord (Piemonte, Lombardia, Veneto). In medicina: il vischio (specialmente Viscum album var. austriacus, sull'abete bianco) è usato nella medicina tradizionale e in una forma di medicina integrata (Iscador: estratto standardizzato) come supporto nell'oncologia. Le evidenze cliniche sono limitate e controverse: alcune revisioni sistematiche mostrano benefici su qualità di vita nei pazienti oncologici, ma non sull'outcome primario (sopravvivenza).

La Cuscuta: il vampiro vegetale

La Cuscuta (laccio delle streghe, dodder) è un olo-parassita del fusto presente in tutto il mondo, con circa 200 specie. In Italia è presente come parassita delle colture foraggere (Cuscuta epithymum sul trifoglio, Cuscuta campestris sull'erba medica) e come parassita dei bordi stradali (Cuscuta europaea sulla ortica). La biologia della Cuscuta: il seme germina nel suolo producendo una radichetta e un filamento che ruota nello spazio (circumnutazione) cercando un ospite da toccare. Se non trova un ospite entro pochi giorni, la piantina muore (non ha riserve sufficienti senza fotosintesi). Al contatto con l'ospite: il filamento si avvolge attorno al fusto e forma austori che penetrano nel floema (per zuccheri) e nello xilema (per acqua). La Cuscuta "sceglie" l'ospite: esperimenti di Runyon et al. (2006, Science): la Cuscuta si orienta verso le piante ospiti preferite (pomodoro) rispetto a quelle non preferite (frumento), rilevando i VOC dell'ospite prima del contatto. La Cuscuta si orienta verso il pomodoro (un ospite ottimo) e si allontana dal frumento (un ospite povero). Un sistema di rilevamento chimico dell'ospite molto sofisticato. Il danno in agricoltura: la Cuscuta è tra le erbe infestanti più difficili da controllare nelle colture foraggere perché cresce strettamente intrecciata con le piante coltivate, rendendo impossibile i trattamenti erbicidi senza danneggiare la coltura.