Soluzioni per la rizosfera sostenendo la resistenza agli stress nel grano
I cambiamenti climatici e l’aumento della popolazione umana rappresentano una sfida cruciale per la produzione alimentare; il mondo ha bisogno di colture di base affidabili che siano in grado di resistere ai fattori di stress legati al clima, come calore, salinità, inondazioni e siccità. Il progetto RhizoEng, intrapreso con il sostegno del programma di azioni Marie Sklodowska-Curie, ha studiato il modo in cui la segnalazione tra le secrezioni delle radici del grano e i microbi benefici del suolo possa produrre piante più resistenti.
Costruire una comunità sintetica nella rizosfera
La rizosfera è l’area del suolo in cui le funzioni metaboliche di una pianta interagiscono con i microrganismi circostanti. Quando le piante rilasciano nel terreno secrezioni come aminoacidi, acidi organici e zuccheri, questi essudati radicali agiscono in qualità di segnali chimici che attirano i microbi. Data questa simbiosi naturale, RhizoEng ha ipotizzato che la creazione di una comunità sintetica attraverso l’ingegneria della rizosfera, ovvero manipolando i consorzi microbici disponibili per gli essudati radicali, potrebbe portare allo sviluppo di ceppi di grano più resilienti e resistenti alla siccità. Per verificare questa teoria, RhizoEng ha attentamente documentato gli essudati radicali presenti in una matrice naturale del suolo, sviluppando un percorso standardizzato e sistematico per l’estrazione di queste secrezioni. Il progetto ha inoltre condotto un pre-screening al fine di selezionare ceppi microbici benefici e reattivi. Secondo Ajay Madhusudan Sorty, borsista del programma di azioni Marie Sklodowska-Curie: «Questo approccio ci ha permesso di fornire ceppi microbici specifici congiuntamente a componenti dell’essudato radicale come molecole di segnalazione, garantendo una presenza prolungata dei ceppi inoculati in prossimità della zona radicale.»
Esperimenti interdisciplinari in serra
L’ecologia chimica, e in particolare l’ingegneria della rizosfera, è un campo emergente. Il progetto si è avvalso di informazioni e approcci provenienti da diverse discipline, tra cui la microbiologia, la scienza delle piante, la biologia molecolare e l’ecologia molecolare, al fine di colmare le lacune di conoscenza sulle interazioni tra organismo ospitante e microbi nel suolo e sviluppare uno strumento pratico per la coltivazione. I risultati del progetto si sono basati su due esperimenti in serra condotti in maniera meticolosa: il primo ha identificato le caratteristiche degli essudati radicali del grano nel suolo naturale in condizioni di siccità, mentre il secondo ha analizzato le risposte dei microbi benefici per il grano. In merito ai risultati ottenuti mediante queste prove, Sorty ha condiviso: «In condizioni di stress, l’aggiunta di essudati radicali sintetici come mediatori di segnalazione della colonizzazione consente di migliorare l’ecologia chimica della rizosfera, rendendo questo approccio un solido strumento per ingegnerizzare le rizosfere di grano contro la disbiosi indotta dallo stress, uno squilibrio del microbioma.»
L’ingegneria della rizosfera nel futuro
RhizoEng ha svelato per la prima volta il comportamento di segnalazione sotterranea degli essudati radicali del grano in condizioni di siccità, applicando l’innovativo approccio dell’ingegneria della rizosfera che mette in evidenza l’importanza rivestita dall’ecologia chimica per la produzione di colture resistenti alla siccità. A breve termine, i promettenti risultati sperimentali del progetto saranno condivisi all’interno delle comunità accademiche e di ricerca, dove potranno essere sviluppati gli interventi tecnologici necessari per la gestione dello stress abiotico nelle colture. A medio e lungo termine, invece, le prossime tappe comprendono l’ampliamento della strategia di ingegneria della rizosfera per un’applicazione più estesa e l’esplorazione dell’efficacia dell’approccio in altre colture. Come sottolinea Sorty, concludendo: «Siamo riusciti a identificare gli essudati che attivano contro-risposte benefiche nei microbi che combattono lo stress, favorendo interazioni con le piante ospitanti complessivamente positive.» Questo risultato positivo merita ulteriori approfondimenti: la gestione di un approvvigionamento alimentare stabile in condizioni avverse è una sfida incombente per l’umanità e gli esiti del progetto RhizoEng indicano un percorso da seguire.
Parole chiave
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