Il dialogo con i microrganismi trasforma le radici e aiuta le piante

Lo studio dell’Università di Nottingham: la colonizzazione microbica può rimodellare le radici e migliorarne la risposta alla scarsità di nutrienti. Una scoperta che apre nuove prospettive per l’agricoltura

di Matteo Cavallito

La radice non è una struttura passiva ma un ambiente dinamico, capace di modificare anatomia e metabolismo in risposta ai microrganismi che la colonizzano. Comprendere questo meccanismo potrebbe consentire in futuro di favorire le comunità microbiche benefiche e rendere le colture più resilienti alla scarsità di nutrienti e agli stress ambientali. Ad aprire questa prospettiva è uno studio dell’Università di Nottingham, pubblicato su Nature Communications.

“Le radici delle piante comunicano costantemente con il proprio microbiota, adattando la loro anatomia per favorire la colonizzazione microbica in condizioni di stress abiotico”, osservano gli autori. La struttura della radice, in altre parole, non determina soltanto lo spazio disponibile per i microrganismi ma può modificarsi in seguito al loro insediamento, rafforzando la capacità della pianta di affrontare condizioni critiche.

Radici e microrganismi, un dialogo continuo

Le radici ospitano comunità di microrganismi diverse e metabolicamente attive. Il loro insediamento dipende dall’interazione tra la pianta, i singoli componenti del microbiota e l’ambiente. Che la composizione delle comunità microbiche fosse influenzata da aspetti come superficie, diametro, peli radicali e ramificazioni era già noto, al pari della capacità dei microrganismi di modificare l’architettura e l’anatomia cellulare delle radici.

A restare ancora poco chiaro, invece, era il meccanismo in base al quale fattori come anatomia e metabolismo dei microhabitat radicali regolassero questo scambio.

Per comprendere meglio questo meccanismo, i ricercatori hanno scelto le Lemnaceae, note come lenticchie d’acqua: piante con radici semplici, ma caratterizzate da diversi livelli di complessità anatomica. Lo studio ha preso in esame una collezione comprendente 12 specie e sei accessioni, cioè campioni geneticamente distinti appartenenti ad alcune di queste specie. All’analisi è stata aggiunta Pistia stratiotes, un’altra pianta acquatica della famiglia delle Araceae, dotata di radici più complesse e ramificate.

La complessità favorisce la plasticità

Le piante sono state coltivate in acqua contenente il microbiota e nella stessa acqua sterilizzata. La colonizzazione microbica ha favorito soprattutto il rimodellamento delle radici più complesse, migliorando la sopravvivenza in condizioni di scarsità di nutrienti. “Abbiamo scoperto che, in condizioni di scarsità di nutrienti, la plasticità anatomica delle radici può essere influenzata dal microbiota, favorendo la sopravvivenza delle piante”, affermano i ricercatori. Per verificare quale effetto dipendesse dalla struttura fisica della radice e quale dalle sostanze prodotte dalla pianta, gli autori hanno utilizzato una comunità controllata di 190 ceppi batterici e strutture artificiali simili a radici.

Queste ultime erano caratterizzate da diversi livelli di complessità ma prive di metabolismo e sistema immunitario vegetale. In questo modo gli studiosi hanno potuto isolare l’effetto della struttura fisica, mantenendo invariate le altre condizioni.

Gli scienziati hanno così osservato che “i soli cambiamenti nell’anatomia delle radici sono stati sufficienti ad alterare significativamente la formazione della comunità microbica”. Lo studio ha individuato anche un metabolita coinvolto nel processo, la N6,N6,N6-trimetil-L-lisina, un amminoacido derivato dalla metilazione della lisina, in grado di modulare la comunità microbica e la plasticità delle radici, ovvero la loro capacità di modificare la propria anatomia. Il suo effetto dipende però dalla concentrazione: le dosi più elevate hanno ridotto sia il rimodellamento radicale sia la sopravvivenza delle piante.

Una prospettiva per l’agricoltura

“I nostri risultati evidenziano l’importanza della complessità anatomica e metabolica delle radici nel determinare le interazioni tra piante e microbioma, in particolare in condizioni di stress ambientale”, ha spiegato Gabriel Castrillo, professore della Scuola di bioscienze dell’Università di Nottingham e co-autore dello studio. Secondo gli autori, ciò significa che, in prospettiva, strategie come la selezione varietale, l’ingegneria genetica e la biologia sintetica potrebbero regolare la produzione o il rilascio di metaboliti utilizzati dai microrganismi come fonti di carbonio, favorendo il reclutamento e la localizzazione di comunità utili.

Le prove sono state condotte su piante acquatiche e non su colture agrarie. Quanto emerso indica tuttavia anche una possibile strada per sviluppare strategie agricole capaci di sfruttare il dialogo tra piante e microrganismi. “Sebbene prima dell’applicazione sia necessario comprendere più a fondo le componenti genetiche alla base del meccanismo qui descritto, riteniamo che queste conoscenze potrebbero contribuire a ottimizzare le funzioni del microbiota radicale, migliorando la plasticità delle radici e la tolleranza delle piante agli stress”, concludono gli autori.