Uno studio sulle comunità microbiche che colonizzano le radici delle piante
Come molti organismi, le piante vivono in stretta associazione con diversi microbi. Queste comunità microbiche possono offrire benefici al loro ospite in cambio di ricompense, ad esempio scambiando i nutrienti del suolo con gli zuccheri. Tuttavia, mentre la nostra comprensione di questa relazione si sta espandendo, l’impatto funzionale specifico dei microbi radicali sulla crescita delle piante non è stato ancora ben compreso. Per far progredire la nostra conoscenza di queste relazioni benefiche, il progetto MICRORULES, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, ha creato colture di microbi associati alle piante per studiarne la struttura e il funzionamento con un dettaglio senza precedenti. «La creazione di queste colture è stata fondamentale per comprendere la causalità, al di là del lavoro correlativo», spiega Stéphane Hacquard, leader del gruppo di ricerca presso il Max Planck Institute for Plant Breeding Research. Il lavoro ha studiato le interazioni tra ospite e microbi, nonché tra i microrganismi. «È un ulteriore livello di complessità che rende la ricerca sul microbiota vegetale impegnativa, ma allo stesso tempo affascinante», afferma Hacquard.
Studiare i colonizzatori delle radici delle piante
I ricercatori di MICRORULES hanno esplorato il microbiota multi-regno (batteri, funghi, oomiceti) presente intorno alle radici delle piante di arabetta comune (Arabidopsis thaliana). In primo luogo, la squadra ha descritto i microbi presenti nelle popolazioni di piante naturali in tutta Europa e ha analizzato se le piante che devono affrontare condizioni ambientali molto diverse, in termini di suolo o clima, si associano a comunità simili. «Abbiamo anzi osservato che sono gruppi simili di microbi a colonizzare regolarmente le radici delle piante», osserva Hacquard. I risultati e le analisi sono stati pubblicati sulla rivista «Nature Ecology & Evolution». Un altro obiettivo principale era quello di valutare se fosse possibile creare collezioni di colture di batteri, funghi e oomiceti, un compito impegnativo data la nota difficoltà di coltivare i microbi ambientali. La squadra di MICRORULES è riuscita a coltivare una frazione inaspettatamente ampia dei microbi target, riuscendo a dimostrare la possibilità di coltivare la maggior parte dei microbi associati alle radici.
Ricreare comunità naturali
Un terzo obiettivo era quello di ricostruire comunità microbiche altamente complesse e multi-regno che assomigliassero ai microbiomi delle radici presenti in natura. «Ricostituiamo queste comunità nei cosiddetti sistemi vegetali gnotobiotici, in cui possiamo controllare quali microbi inoculare, quale pianta coltivare e quali condizioni ambientali imporre», spiega Hacquard. Questo approccio di decostruzione-ricostruzione è stato esaminato in quattro studi sottoposti a revisione paritaria, pubblicati su «Cell», «Nature Plants» e due articoli su «PNAS». La squadra ha anche sequenziato i genomi delle comunità microbiche per individuare i tratti microbici di interesse. «Chiaramente, questa strategia ha avuto successo perché ci ha permesso di identificare geni candidati batterici o fungini che abbiamo https://www.nature.com/articles/s41467-021-27479-y (ulteriormente validato come critici per la colonizzazione delle radici)», aggiunge Hacquard.
Partenariati evolutivi a lungo termine
Sono state effettuate diverse scoperte fondamentali, tra cui quella che i batteri associati alle radici dell’Arabidopsis proteggono le piante da alcuni microrganismi dannosi e che le piante ospiti e i loro batteri agiscono di concerto per controllare i funghi nelle radici e limitarne l’invasione. «Questi microbi fungini sono risultati potenzialmente dannosi per l’Arabidopsis perché utilizzano enzimi specifici che degradano efficacemente le barriere fisiche delle piante», spiega Hacquard. Un’altra scoperta fondamentale è che le attività benefiche dei microbi associati alle radici sono rilevanti anche nei tessuti fogliari distanti, aprendo così la possibilità di utilizzare i microbi del sottosuolo per promuovere la salute delle piante a distanza. «Nel corso dell’evoluzione, le piante hanno cooptato una serie di funzioni microbiche per adattarsi agli stress biotici e abiotici», osserva Hacquard, che conclude: «Speriamo che in futuro sia possibile diventare predittivi e progettare razionalmente in laboratorio comunità sintetiche che modulino la salute delle piante nei campi».
Parole chiave
MICRORULES, pianta, microbi, comunità, radici, funghi, adattamento, tempo evolutivo, partenariati, colonizzatori