Esplorare il ruolo dei microbi nella protezione delle piante dalle malattie
Molti microrganismi sono coinvolti nella protezione delle piante che li ospitano dagli agenti patogeni invasori attraverso la produzione di piccole molecole note come metaboliti, sostanze chimiche in grado di bloccare enzimi dannosi chiamati proteasi. Sebbene la ricerca su questi microbi che abitano le piante abbia compiuto molti progressi, c’è ancora molto da imparare sulle complesse interazioni che essi hanno con le piante stesse e con gli agenti patogeni. «Per molti anni, gli studi sui microbiomi vegetali si sono concentrati principalmente sull’identificazione dei microbi presenti, piuttosto che sulla comprensione delle interazioni chimiche che si verificano tra di essi e con la pianta che li ospita», afferma Daniel Petras(si apre in una nuova finestra), docente assistente presso il dipartimento di Biochimica dell’Università della California, Riverside(si apre in una nuova finestra). «Questa sfida è particolarmente rilevante nella fillosfera, l’habitat microbico presente sulle foglie delle piante.» Tuttavia, i recenti progressi nella metabolomica non mirata e funzionale, nelle comunità microbiche sintetiche e negli approcci computazionali hanno reso possibile lo studio di queste complesse interazioni metaboliche e del loro ruolo nella salute delle piante e nella resistenza alle malattie. Nell’ambito del progetto MeStaLeM, supportato dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie(si apre in una nuova finestra), Paolo Stincone(si apre in una nuova finestra), un ricercatore post-dottorato, con la supervisione congiunta di Petras ed Eric Kemen, docente di Interazioni microbiche negli ecosistemi vegetali presso l’Università di Tubinga(si apre in una nuova finestra), ha sfruttato alcuni di questi progressi tecnologici per studiare le sostanze prodotte dai microbi che vivono nelle piante. I ricercatori si sono prefissati l’obiettivo di creare una comunità microbica sintetica per scoprire gli effetti benefici apportati da queste sostanze e gli effetti negativi derivanti dalla decomposizione del microbioma vegetale. «I nostri risultati forniscono nuove informazioni sui meccanismi molecolari attraverso i quali le comunità microbiche associate alle foglie contribuiscono alla salute delle piante», osserva Petras.
Stabilizzare una comunità microbica sintetica
I ricercatori hanno inizialmente combinato un «approccio basato sull’eliminazione» utilizzando una comunità microbica sintetica. «Rimuovendo sistematicamente i singoli membri di questa comunità microbica artificiale, siamo stati in grado di identificare metaboliti e microbi la cui abbondanza cambiava drasticamente in assenza di specifici membri», spiega Stincone, che ha guidato il progetto MeStaLeM. «In tal modo abbiamo potuto individuare i metaboliti che svolgono un ruolo importante nelle interazioni della comunità microbica», afferma.
La cooperazione microbica nell’assimilazione del ferro
Il team ha scoperto che alcuni di questi metaboliti, in particolare i siderofori coinvolti nell’assimilazione del ferro, rivestono un ruolo cruciale nel plasmare le dinamiche delle comunità microbiche. «Anziché agire in modo indipendente, i microbi possono trarre beneficio dai metaboliti prodotti da altri membri della comunità, creando reti di cooperazione che contribuiscono a stabilizzare il microbioma», osserva Stincone. «Queste interazioni favoriscono i microrganismi benefici migliorando la loro capacità di acquisire il limitato ferro disponibile sulla superficie delle foglie e, al contempo, limitano l’insediamento di agenti patogeni attraverso una maggiore competizione per questo nutriente essenziale.» Grazie a questa cooperazione i microbi benefici collaborano condividendo molecole per acquisire ferro, mentre gli agenti patogeni delle piante non sono in grado di fare lo stesso. «Questo studio rivela un meccanismo finora sconosciuto attraverso il quale il microbioma della fillosfera contribuisce alla salute delle piante», osserva Stincone.
Promuovere la salute futura delle piante
I risultati del progetto dimostrano che la comprensione delle interazioni metaboliche tra i microbi è essenziale per spiegare la funzione del microbioma e la resistenza alle malattie. Questi risultati integrano il progetto DeCoCt(si apre in una nuova finestra), finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), che si è avvalso di studi sul campo a lungo termine e comunità microbiche sintetiche allo scopo di identificare i membri rilevanti dal punto di vista ecologico dei microbiomi associati alle piante. A ciò, MeStaLeM aggiunge l’individuazione di come la cooperazione mediata dai metaboliti possa contribuire alla stabilità e alla funzione protettiva delle comunità microbiche benefiche presenti sulle foglie. «In futuro, queste conoscenze potrebbero aiutare i ricercatori a progettare consorzi microbici che promuovano la salute delle piante o a identificare metaboliti che migliorino l’attività dei microbi benefici», aggiunge Kemen. «In definitiva, tali approcci potrebbero contribuire all’implementazione di strategie di protezione delle colture più sostenibili e a ridurre la dipendenza dai pesticidi chimici», conclude l’esperto.
