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Mag
31
2018
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Mai soli

Quando faccio lezione e spiego che un essere umano di 70 kg è costituito per 1,5-2,5 kg di batteri (e in minima parte di funghi) che vivono sulla nostra pelle e sulle mucose, di solito gli studenti mi guardano esterrefatti e increduli. Su e in un uomo “medio” vivono difatti circa 40 trilioni di batteri (un trilione equivale a mille miliardi), cioè più del numero di cellule di un organismo umano, che ammonta a circa 30 trilioni. Il rapporto è quindi di 1,3:1 a favore dei batteri.

     Numero di tipi di cellule (in alto) e loro peso (in basso) in un uomo medio (fonte: Nature).

 

Siamo talmente abituati alla visione antropocentrica della vita al punto tale da dimenticarci che la nostra esistenza dipende strettamente da altri organismi. Anche chi è a digiuno di scienza, dopo un po’ di riflessione, realizza che senza piante (produttori primari) non saremmo qui. Il problema però è più radicale: molti organismi vivono infatti dentro di noi ed è grazie a loro che la nostra pelle e le nostre mucose sono difese da microorganismi patogeni o che l’intestino riesce ad assorbire composti semplici “predigeriti” da batteri o che, ancora, vengono prodotte vitamine (B1, B2, B6, B12, K, PP, H, acido pantotenico ed acido folico) e altre sostanze per noi benefiche.

In realtà, biologicamente parlando, non siamo mai soli, ma siamo un “superorganismo” formato dal nostro corpo e dai nostri microorganismi. Questo superorganismo è in realtà un “olobionte” (dal greco “òlos” = tutto), cioè l’insieme di noi stessi, il nostro corpo con organi, tessuti, fluidi biologici e l’enormità di microrganismi simbionti che, con il loro genoma, vivono sopra e dentro di noi. Ricapitolando, un essere umano è un organismo multicellulare derivante da un iniziale zigote più il suo “microbiota”, cioè l’enorme comunità dei suoi microrganismi associati.

Passiamo però alle piante. La “pelle” di una pianta può essere definita come l’insieme della superficie delle foglie (fillosfera), dei frutti (carposfera), dei fiori (antosfera) e di altri tessuti epigei, più la superficie delle radici direttamente a contatto con la rizosfera (dal greco “rhìzo” = radice), la porzione di suolo che circonda le radici delle piante, da cui assorbono i nutrienti essenziali e l’acqua. La rete di microorganismi della rizosfera è molto più complessa e diversa da quella del suolo lontano dalle radici, come succede un po’ per i batteri che vivono sulla mucosa intestinale. Non a caso, già Darwin aveva paragonato le radici al nostro intestino.

 

Le radici delle piante come l’intestino umano?

 

Circa 25 anni fa sarebbe stato impensabile parlare di “endofiti”, cioè di microorganismi che vivono nelle piante (ad esempio nella linfa o nei tessuti parenchimatici), sia perché le piante sono da sempre state poco studiate rispetto all’uomo, sia per mancanza di tecniche di analisi che oggi sono facilmente disponibili. Dall’800 sono state date diverse definizioni di endofita ma i tempi non erano maturi e c’è voluta la fine del ‘900 per cominciare a studiare seriamente questi microorganismi:

  • De Bary (1886) – Funghi parassitici che completamente o in parte nella pianta ospite.
  • Carroll (1988) – Funghi che non causano infezione apparente e che vivono nelle foglie e nei fusti di piante sane.
  • Petrini (1991) – Tutti gli organismi che abitano negli organi di una pianta in alcuni periodi del loro ciclo vitale e che possono colonizzare i tessuti vegetali interni senza causare danno apparente all’ospite.
  • Wilson (1995) – Funghi o batteri che, per tutto il loro ciclo vitale o parte di esso, invadono i tessuti di piante viventi e causano infezioni non apparenti o asintomatiche nei tessuti vegetali senza causare sintomi di malattia.
  • Hallmann et al. (1997) (credo la più completa) – Microorganismi che possono essere isolati da tessuti vegetali precedentemente sterilizzati o estratti dall’interno delle piante, che non danneggiano visivamente la pianta ospite.
  • e molte altre…

 

Oggi si sa, e francamente non mi sorprende, che anche le piante siano olobionti e che ospitano non solo microrganismi simbionti “esterni” (mi vengono in mente, tra i tanti, i batteri azotofissatori e le micorrize) ma anche endofiti veri e propri. Le piante sono associate con comunità microbiche complesse e dinamiche che hanno un ruolo fondamentale per lo stato della pianta. I meccanismi coinvolti nelle interazioni tra pianta e endofiti sono poco studiati e ci si chiede, ad esempio, se piante in buone condizioni abbiano un microbiota diverso da piante malate. L’interesse non è solo scientifico ma anche applicativo, in quanto l’uso di microorganismi in forma di formulati commerciali potrebbe, come avviene per gli alimenti probiotici della nostra dieta, modificare in meglio il microbiota delle piante e avere effetti positivi sulle colture agrarie, sia in termini di quantità che di qualità. Modificare il fitobioma a scopi commerciali potrebbe diventare quindi una delle prossime frontiere delle biotecnologie vegetali.

 

Fonte: Le Scienze.

 

Dal momento che si è scoperto che praticamente ogni pianta ospita endofiti, si parla oggi di endofitismo, cioè un nuovo tipo di interazione diverso ad esempio dalla simbiosi, dalla biotrofia e dal saprotrifismo. L’endofitismo indica precisamente l’interazione di una pianta con un microorganismo che vive al suo interno. Hardoim et al. (Microbiol Mol Biol Rev 2015, 79: 293-320) hanno anche dato un nome all’ambiente in cui vivono gli endofiti: “endosfera”, una sorta di mondo segreto all’interno delle piante. Gli endofiti, al pari dei batteri intestinali umani, provocano infezioni asintomatiche e spesso hanno effetti positivi sulle piante: contrastano i microrganismi patogeni e gli erbivori, mobilitano le sostanze nutritive promuovono il loro assorbimento, aumentano la tolleranza ad ambienti avversi (ad es. siccità e salinità), e sintetizzano sostanze che promuovono la crescita delle piante (sono quindi anche PGPMs, cioè “plant-growth promoting microorganisms”).

 

Da dove arrivano gli endofiti, ad esempio quelli che vivono nella linfa? Ci sono molte ricerche in proposito ma vorrei basarmi su qualcosa che stiamo pubblicando (dita incrociate) in questi giorni. In olivo, ad esempio, gli endofiti provengono per la maggior parte dal suolo e sono in grado di superare la barriera dell’endoderma nella radice per entrare nella linfa grezza, dove risiedono stabilmente. Una piccola parte arriva però anche dalla superficie delle foglie, e arriva alla linfa attraverso gli stomi (Fausto et al., in stampa). La colonizzazione delle piante sembra avvenire quindi quasi completamente dalle radici, come ci si aspetterebbe, considerando che:

 

 

mentre la carica batterica, il numero di specie batteriche e la biodiversità microbica sulla superficie delle foglie (fillosfera) sono in media molto minori (in termini numerici, da un milione a un miliardo di batteri per cm2 di superficie; Xie et al., Appl Environ Microb 2015, 81: 522-553).

 

 

Vie di ingresso dei batteri endofiti in olivo (Mininni et al., presentazione a congresso).

 

A titolo di esempio, i gruppi di endofiti della linfa di olivo, a partire dai phyla fino ad arrivare alle specie, a causa delle condizioni più “sterili” rispetto a foglie e suolo, sono in minor numero. Inoltre, nella linfa prevalgono alcuni gruppi rispetto ad altri, probabilmente a causa delle condizioni più stabili, in quanto la linfa è un ambiente più protetto e confinato se comparato a suolo e foglie.

 

Grafico a bolle dell’abbondanza assoluta in (a) suolo, (b) foglie e (c) linfa grezza a livello di classi batteriche in piante di olivo. L’aumento di specie è rappresentato da bolle più grandi (gentilmente fornito da by Phinch tool, Bik 2014). Si noti come nella linfa ci sia un numero di classi minore, con poche classi predominanti.

 

Un’altra via di ingresso, soprattutto in piante a ciclo breve, è rappresentata dai semi, in quanto questi potrebbero contenere al loro interno gli endofiti della pianta madre (trasmissione verticale). Sembra inoltre che nel seme, alcuni endofiti potrebbero essere coinvolti in funzioni fondamentali, quali la dormienza e la germinazione. L’ingresso via seme è un’opzione studiata anche dalle aziende di biotecnologie vegetali, che aspirano a commercializzare preparati microbici per rivestire i semi con microorganismi potenzialmente utili, alcuni dei quali potrebbero poi risiedere stabilmente nella pianta come endofiti e aumentare la produzione (su mais sono già stati testati, con effetti positivi). Ci sono quindi buone ragioni per usare inoculi microbici come bioprodotti e questo sta già avvenendo in molti paesi. Siamo solo all’inizio.

 

Fonte: Le Scienze.

 

Per finire, cosa può influenzare l’endobioma di una pianta? Di sicuro la specie/varietà vegetale e lo stadio fenologico della pianta. Ma se molti endofiti provengono dal suolo, è la qualità fisica, chimica e microbiologica di un suolo a determinare in modo rilevante la composizione delle comunità endofitiche. Questo è un fattore chiave in agricoltura perché molti suoli fertili e ben gestiti, ricchi di sostanza organica, dove solitamente le comunità microbiche e le loro reti trofiche sono complesse e ad alta diversità, potrebbero contenere microorganismi che promuovono la crescita delle piante (PGPMs) e/o che le difendono dai patogeni (agenti di biocontrollo). Tali microorganismi, soprattutto i batteri, potrebbero diventare endofiti permanenti della linfa o di altri tessuti interni e proteggere le piante da stress abiotici e biotici. Infine, e non è cosa da poco in un contesto climatico cangiante (in peggio), molti suoli fertili sono anche “soppressivi”, cioè supportano piante senza sintomi di malattia, anche in presenza di patogeni virulenti e di piante suscettibile a tali patogeni. In parole povere, a causa dei molteplici microorganismi antagonisti, fungono da antibiotico per le piante. Questo significa che migliorare la gestione di un suolo potrebbe non solo aumentare la sua fertilità microbiologica ma anche, in un certo senso, “vaccinare” le piante nei confronti dei patogeni inevitabilmente presenti.

 

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