Il microbioma della rizosfera può modellare e controllare sistematicamente l'essudazione delle radici

Le radici sono organi vegetali, che in genere assorbono acqua e minerali dal suolo. È meno noto che le radici secernono anche metaboliti, i cosiddetti essudati radicali, che influiscono sulle proprietà del terreno direttamente intorno alla radice. Questo sottile strato di suolo è chiamato rizosfera e ospita una ricca diversità microbica, il microbiota radicale. Producendo determinati essudati, le piante comunicano e governano la vita microbica all'interno della loro rizosfera a proprio vantaggio. Ora, i ricercatori hanno scoperto che questo non è un processo a senso unico. Mentre si studiano le piante di pomodoro, hanno scoperto che il microbiota può anche modellare e controllare sistematicamente l'essudazione delle radici.

Quando si pensa agli hotspot ecologici, radici e la terra che le circonda potrebbero non venire subito in mente. Però, proprio questa regione, la rizosfera, è considerato uno degli ecosistemi più complessi presenti sulla terra. Ospita una variegata comunità microbica, compresi numerosi batteri, funghi e archaea, prosperare in un ambiente ricco di composti biochimici, che sono trasudati dalle radici delle piante al centro della rizosfera.

Le piante governano il microbiota della rizosfera e modellano le proprietà fisiche e chimiche del suolo attraverso i loro essudati radicali. Allo stesso tempo, è noto che le radici avvertono i cambiamenti nella rizosfera e innescano risposte sistemiche per difendersi dai patogeni o per adattarsi ai cambiamenti nella disponibilità di nutrienti. Ciò nonostante, ci sono ancora molte questioni aperte riguardanti la dinamica e l'impatto del microbiota sulla radice stessa, e non era chiaro come, o se del tutto, il microbiota della rizosfera influenza l'essudazione radicale. Un team di ricerca internazionale guidato dalla dott.ssa Elisa Korenblum, uno scienziato del Weizmann Institute of Science in Israele in collaborazione con il Dr. Jedrzej Szymanski del Leibniz Institute IPK di Gatersleben, ha recentemente affrontato questa domanda mentre studiava le radici delle piante di pomodoro.

La dottoressa Korenblum e il suo team hanno condotto e analizzato una serie di esperimenti con radice divisa, dove metà delle radici di ogni pianta è stata esposta a un terreno ricco di microbiomi, e l'altra metà è stata coltivata in condizioni ambientali sterili e biochimiche. Ciò ha permesso loro di studiare l'effetto di diverse comunità microbiche sul sistema radicale locale, così come i cambiamenti sistemici nelle radici lontane in previsione della presenza di nuovi microrganismi. Dott. Szymanski, capo del gruppo Analisi e modellazione di rete, hanno tracciato la complessa rete di segnali biochimici e di espressione genica che controllano questa comunicazione microbioma-radice e la loro propagazione dal luogo di origine a radici lontane. Hanno così scoperto che il microbioma della rizosfera del pomodoro può influenzare direttamente la composizione chimica delle radici e degli essudati radicali attraverso un meccanismo di segnalazione sistemico da radice a radice. Per esempio, i batteri del genere Bacillus utilizzano questo processo, che gli scienziati hanno chiamato Essudazione sistemica dei metaboliti delle radici (SIREM), per innescare la secrezione di acilzuccheri nell'intero apparato radicale.

La scoperta di SIREM è un primo passo per districare la rete normativa che abbraccia la complessa relazione pianta radice-microbico. È probabile che il processo SIREM sia una caratteristica chiave delle interazioni radice-microbiota all'interno della rizosfera, e che l'essudazione sistemica delle radici riprogrammata dal microbioma favorisce il condizionamento del suolo. L'estensione precisa del ruolo normativo e l'incidenza del SIREM devono ancora essere determinati.

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