Determinate le combinazioni pianta-batterio che migliorano la sicurezza alimentare
Nel prossimo futuro, associazioni pianta-microbo che lavorano con un vantaggio reciproco potrebbero essere incorporate nelle colture per ottenere genotipi delle piante ad alte prestazioni. Ci si aspetta che le popolazioni microbiche migliorino l’efficienza dell’utilizzo delle sostanze nutritive e aiutino a ridurre il bisogno di impiegare fertilizzanti. Attualmente, si dispone di una comprensione molto limitata delle precise trasformazioni biochimiche e degli scambi che avvengono tra piante e microbi. Risulta ancora poco chiaro quali specie siano più efficaci nel supportare la crescita della pianta e l’assorbimento delle sostanze nutritive. Tuttavia, ci sono prove che i genotipi delle piante mostrano differenti capacità di influenzare la ristretta regione di suolo direttamente interessata dalle secrezioni della radice nota come rizosfera. Il progetto PINBAC di Orizzonte 2020, premiato con una borsa di ricerca individuale Marie Skłodowska-Curie, affronta queste lacune nella conoscenza scientifica studiando lo scambio di sostanze nutritive tra pianta e microbi nella rizosfera, usando tecniche proteomiche e metabolomiche all’avanguardia integrate con la modellizzazione metabolica. Nuovo approccio per studiare le interazioni pianta-microbi I ricercatori hanno dimostrato che la proteomica quantitativa, lo studio su larga scala delle proteine, può essere applicata con successo a ceppi batterici della rizosfera diversi dal punto di vista tassonomico. «Abbiamo inoltre integrato con successo il fenotipo di crescita e dati proteomici con modelli computazionali del metabolismo batterico», afferma il dott. Stanislav Kopriva, coordinatore del progetto e borsista Marie Curie. Il progetto ha anche scoperto che un ceppo di Pseudomonas della rizosfera manifestava segni di flessibilità metabolica attraverso rimodellamento del proteoma su larga scala in risposta a differenti fonti organiche di azoto. Inoltre, i ricercatori hanno sviluppato una nuova metodologia per la cromatografia liquida-spettrometria di massa per studiare lo scambio di sostanze nutritive tra pianta e microbi. Questo approccio esometabolomico, noto anche come «impronta metabolica», ha consentito loro di studiare specifici metaboliti extracellulari e fino a che punto i ceppi microbici si differenziano nei loro modelli di consumo del substrato. Secondo il dott. Kopriva: «Abbiamo testato con successo un approccio esometabolomico in combinazione con proteomica e modellizzazione». I risultati del lavoro sono stati pubblicati in Molecular Plant-Microbe Interactions. Nello studio proteomico del metabolismo dell’azoto, PINBAC ha fornito nuove conoscenze dettagliate sul metabolismo microbico dell’azoto nella rizosfera. Di prossima pubblicazione, il dott. Richard Jacoby e il dott. Kopriva hanno definito le vie metaboliche che diversi ceppi batterici della rizosfera utilizzano per metabolizzare fonti organiche di azoto. Un esame dell’interazione di piante e batteri associati alla radice che potenzia la nutrizione minerale delle piante è stato pubblicato in Frontiers in Plant Science. «The Role of Soil Microorganisms in Plant Mineral Nutrition—Current Knowledge and Future Directions» riassume le conoscenze attuali in diversi campi di ricerca che possono convergere per migliorare la comprensione dei meccanismi molecolari alla base della composizione dei microbiomi della rizosfera e le loro dinamiche. Un impulso alla crescita della pianta ed efficienza dei nutrienti PINBAC ha inoltre fornito una serie di proteine e vie metaboliche che sono coinvolte nello scambio di sostanze nutritive pianta-microbi. «I geni collegati a queste proteine potenzialmente potrebbero essere presi di mira da futuri approcci di selettocoltura rivolti a promuovere il reclutamento dei ceppi microbici desiderati nel microbioma della pianta, o altrimenti mediante approcci di ingegneria della rizosfera mirati a manipolare il microbioma per supportare crescita della pianta ed efficienza nell’uso delle risorse», commenta il dott. Kopriva. Gli approcci metodologici sviluppati durante il progetto avranno dei notevoli benefici potenziali per i futuri studi europei mirati a generare informazioni meccanicistiche sulle interazioni metaboliche che avvengono all’interfaccia pianta-microbi. Il dott. Kopriva conclude: «I risultati di PINBAC possono quindi aiutare a sostenere lo sviluppo di pratiche agricole che mirano a ridurre l’utilizzo di fertilizzanti minerali e a migliorare la sostenibilità dell’agricoltura».
Parole chiave
PINBAC, pianta, metabolico, azoto (N), rizosfera, zolfo (S), proteomica, genotipo, esometabolomica, adesione
