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Batteri come biofertilizzanti per colture

Aumentare la produzione alimentare con risorse minime proteggendo al contempo l’ambiente rappresenta una sfida significativa per l’umanità. Un’iniziativa Marie Skłodowska-Curie ha utilizzato batteri promotori della crescita delle piante (PGP, plant growth-promoting) come fertilizzanti per migliorare il rendimento dei raccolti.

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In agricoltura, i batteri PGP costituiscono un approccio promettente ed ecocompatibile per aumentare il rendimento dei raccolti. Tuttavia, nonostante il loro grande potenziale in condizioni di laboratorio, l’implementazione in terreni naturali non è riuscita a produrre i risultati attesi, probabilmente a causa dell’incapacità di adattarsi a nuove condizioni o della concorrenza con le popolazioni batteriche native del suolo.

Un approccio trascrittomico allo sviluppo dei biofertilizzanti

Per affrontare questo problema, il progetto BIOFERTICELLULASER, finanziato dall’UE, ha investito nell’accrescere la conoscenza delle interazioni molecolari tra piante e batteri PGP. «Il nostro obiettivo era quello di comprendere i fattori che guidano la promozione della crescita batterica delle piante e l’induzione della resistenza allo stress», spiega Pedro F. Mateos, il coordinatore del progetto. I ricercatori hanno impiegato la pianta di colza Brassica napus, ampiamente utilizzata come fonte di cibo per l’uomo, come alimento per gli animali e come pianta bioenergetica. Costoro hanno selezionato ceppi batterici PGP in grado di sopravvivere come endofiti all’interno delle radici, sfuggendo all’impatto di condizioni ambientali esterne avverse e aumentando le loro possibilità di sopravvivenza se applicati ai campi. In particolare, per promuovere la crescita delle piante hanno collaudato i loro meccanismi in vitro, quali la solubilizzazione del sodio e del potassio e la produzione di siderofori e fitormoni. Gli scienziati hanno selezionato i migliori endofiti batterici e hanno analizzato la loro sequenza genomica. Hanno annotato i loro genomi ed esplorato il meccanismo genetico batterico che potenzialmente interagisce con la pianta per promuoverne lo sviluppo. A seguito della valutazione sul campo, hanno selezionato un ceppo batterico PGP che ha offerto un notevole miglioramento della crescita delle piante in condizioni di stress, nonché una protezione contro uno dei più importanti patogeni fungini della colza, il Leptosphaeria maculans. Questo particolare ceppo batterico PGP è stato sottoposto ad analisi trascrittomica quando inoculato sopra le radici delle piante di colza. Ciò ha portato all’identificazione di un gene implicato nella sintesi di un metabolita batterico che migliora la crescita delle piante e la resistenza agli stress biotici e abiotici. Per chiarire ulteriormente la sua funzione, gli scienziati hanno eliminato il gene valutandone l’effetto su condizioni di stress normale e salino, saggi in serra e resistenza ai patogeni.

L’impatto dei batteri PGP come biofertilizzanti

I fertilizzanti chimici usati pesantemente in agricoltura comportano un costo ambientale significativo in quanto contaminano l’acqua e il suolo, consumano molte risorse naturali ed emettono gas di ossido di azoto con un effetto serra 300 volte superiore alla CO2. Vi è un consenso generale per i fertilizzanti ecologici che possono migliorare la produzione di raccolti e contribuire a ridurre l’uso di fertilizzanti chimici pericolosi. BIOFERTICELLULASER ha selezionato i ceppi batterici PGP come biofertilizzanti in base alla loro capacità di entrare nella pianta dove hanno meno concorrenti e sono protetti da stress abiotici. Le attività in corso volte all’individuazione di altri geni batterici implicati nell’interazione con la pianta aiuteranno a chiarire i meccanismi per tollerare le condizioni avverse. Ciò favorirà non solo la progettazione di biofertilizzanti nuovi e migliori, ma anche la selezione di cultivar vegetali con una migliore capacità di tollerare le condizioni di stress. In prospettiva, Mateos afferma fiducioso che «vale la pena sfruttare ulteriormente il grande potenziale del ceppo batterico che abbiamo isolato». I ricercatori stanno attualmente vagliando le possibilità di un accordo di trasferimento di materiale con aziende produttrici di biofertilizzanti o di una domanda di brevetto garantendo finanziamenti aggiuntivi.

Parole chiave

BIOFERTICELLULASER, batteri, condizioni di stress, biofertilizzante, rendimento del raccolto, endofita, promotore della crescita delle piante, analisi trascrittomica

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