23 Agosto 2021

Il suolo alla prova del DNA. Il Giappone svela i segreti dei nematodi

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I nematodi sono organismi essenziali per la vita del terreno. Ma distinguere i “buoni” dai “cattivi” secondo i criteri morfologici è quasi impossibile. Un’applicazione innovativa dell’analisi genetica potrebbe risolvere il problema. A lungo termine si potranno sequenziare tutti gli organismi del suolo

di Matteo Cavallito

 

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Di forma cilindrica estesa per qualche millimetro di lunghezza, potenziali benefattori del suolo anche se non sempre e non in tutte le circostanze; ma, soprattutto, organismi pressoché invisibili (a occhio nudo) e per molti versi ancora misteriosi: sono i nematodi, microscopici abitanti del terreno che destano da tempo la curiosità degli scienziati. Tra questi non manca Toshihiko Eki, professore presso il Dipartimento di Chimica Applicata e Scienze della Vita della Toyohashi University of Technology, nella prefettura giapponese di Aichi. Una sua recente ricerca condotta insieme a un team di studiosi, in particolare, sembra aprire la strada alla scoperta di questi soggetti così rilevanti per l’ecosistema. Come? Grazie al sequenziamento genetico, primo passo per l’individuazione delle loro caratteristiche fondamentali. Oltre che per l’elaborazione di tecniche di agricoltura avanzata.

Buoni, cattivi, determinanti

Il fatto è che i nematodi sono spesso decisivi, nel bene come nel male. Questi minuscoli invertebrati, ricordano gli esperti, si nutrono di batteri e funghi assumendo da essi sostanze nutritive in eccesso che vengono quindi rilasciate nel suolo a beneficio delle piante. Se a questo aggiungiamo la loro capacità di scomporre la materia organica ecco che il loro posto d’onore nel prezioso microbioma del suolo appare pienamente meritato. Alcune specie parassitarie, tuttavia, tendono ad attaccare le radici delle piante determinando, in ultima analisi, una perdita di produttività del terreno. Morale, spiegano i ricercatori nipponici, “la classificazione e l’identificazione è importante anche dal punto di vista agricolo. Di nematodi, tuttavia, esistono oltre 30mila specie. E poiché gli organismi si assomigliano tra loro, l’identificazione morfologica risulta difficile per chiunque tranne che per gli esperti”. Da qui l’esigenza di affidarsi alla genetica. Con l’uso innovativo di un metodo consolidato.

Organizzazione della rete alimentare del suolo. Modello semplificato dei diversi gruppi di organismi del suolo: i microrganismi, micro, meso e macrofauna sono raggruppati in tre categorie nella rete alimentare e la sua differenziazione funzionale. In primo luogo, la micro-rete alimentare (linee tratteggiate) comprende batteri e funghi, che sono alla base della rete alimentare e decompongono la materia organica del suolo, che rappresenta la risorsa di base dell'ecosistema del suolo, e i loro predatori diretti, protozoi e nematodi. In secondo luogo, i trasformatori della lettiera includono i microartropodi che frammentano la lettiera, creando nuove superfici per l'attacco microbico. Infine, gli ingegneri dell'ecosistema, come termiti, lombrichi e formiche, modificano la struttura del suolo migliorando la circolazione di nutrienti, energia, gas e acqua. Adattato da Coleman e Wall, 2015. FONTE: FAO State of knowledge of soil biodiversity—Report 2020.

Il sistema del terreno. Fonte:  FAO. https://doi.org/10.4060/cb1929en Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 IGO (CC BY-NC-SA 3.0 IGO)

Un codice a barre per i nematodi

Strumento chiave della ricerca è il DNA barcoding, una tecnica che, semplificando, consente di associare una sequenza nucleotidica di riferimento per distinguere le diverse specie di organismi. Il metodo rende quindi possibile la sostituzione dei criteri morfologici con quelli genetici. La sequenza individuata viene così trasformata in un codice identificativo non troppo diverso, in linea teorica, rispetto a quello che compare sulle etichette dei prodotti in vendita nei supermercati. Proposta per la prima volta nel 2003 dal ricercatore canadese Paul D. N. Herbert, la tecnica del barcoding è ampiamente usata per la mappatura del bioma intestinale umano. Ma le sue applicazioni all’analisi degli organismi del terreno sono ancora in fase di ricerca.

Lo studio dell’équipe giapponese si è concentrato su un campo incolto, un boschetto e un giardino domestico coltivato a zucchine. I ricercatori hanno potuto identificare in particolare i nematodi parassiti delle piante, ampiamente presenti nel terreno del boschetto. Ma anche i batteri nutrienti (diffusi nel giardino) e i nematodi predatori e onnivori, abbondanti nel campo incolto.

Un’analisi più ampia per un’agricoltura più efficace

Attraverso il sequenziamento, ha spiegato il coordinatore della ricerca Toshihiko Eki, “siamo stati in grado di determinare le caratteristiche delle comunità di nematodi che rappresentano i tre diversi ambienti del suolo”. Un ulteriore sviluppo del metodo, riferiscono ancora i ricercatori, dovrebbe aprire la strada all’analisi completa di tutti gli organismi del suolo. Eliminando la necessità di isolare prima ogni singola specie. In futuro, gli autori sperano di poter “analizzare con precisione come le comunità del terreno – microbi compresi – cambiano con la crescita delle colture”. Ma anche “di chiarire gli effetti che le piante coltivate hanno su questi organismi e di studiare l’insieme delle specie strettamente legate alle malattie delle piante”. L’obiettivo finale è quello di sviluppare i metodi di coltura più idonei sulla base dei dati biologici.