Batteri, api e fragole: scoperta una squadra dolcissima!

Le associazioni mutualistiche

Quello delle relazioni mutualistiche tra microrganismi e altri esseri viventi, rappresenta un mondo affascinante e tuttora parzialmente esplorato, capace di tenere in serbo innumerevoli interazioni ancora da scoprire. In questo articolo riportiamo un recente lavoro pubblicato sulla rivista Nature Communications che descrive un curioso trittico mutualistico, costituito da batteri, api e fragole.

Tale scoperta non solo arricchisce le conoscenze relative alle affascinanti interazioni tra piante, insetti e microrganismi, ma potrebbe rappresentare la chiave di volta per proteggere le colture di fragola dall’attacco di patogeni.

La prima legge dell’ecologia secondo Commoner

Secondo il biologo ed ecologo statunitense Barry Commoner, ogni cosa è connessa con qualsiasi altra. Questa affermazione illustra la prima di quattro leggi dell’ecologia, proposte e raccolte nel suo libro ‘’Il cerchio da chiudere’’.

Secondo l’autore infatti, l’ambiente costituisce una macchina vivente, immensa ed estremamente complessa, capace di formare un sottile strato dinamico. Ogni specie è quindi collegata con molte altre e questi legami risultano sorprendenti per via della straordinaria varietà e per le sottili interdipendenze.

Interazioni pianta-microrganismo

Quando si trovano in associazione con le piante, i microrganismi codificano un secondo genoma che potenzia e incrementa le funzioni fisiologiche dell’ospite. Le associazioni pianta-microrganismo favoriscono infatti la produzione di ormoni, la fissazione dell’azoto, la mobilitazione dei nutrienti e inducono meccanismi di resistenza, difendendo la pianta ospite da stress biotici e abiotici. Moderni concetti di interazione pianta-microrganismo riconoscono queste relazioni mutualistiche come singole unità evolutive.

È ormai comunemente accettato che le piante facciano affidamento sul loro microbiota per acquisire maggiore resistenza nei confronti degli stress ambientali, tuttavia non risulta ancora chiaro se o come i microrganismi benefici riescano a viaggiare all’interno o tra le piante.

Il caso studio

Lo studio che presentiamo in questo articolo è andato ad indagare proprio il percorso di un ceppo endofitico di batteri gram-positivi del genere Streptomyces all’interno di una coltura di fragole in serra.

Nell’ambito di questa ricerca, è stata inoltre scoperta una particolare associazione mutualistica che, oltre a vedere come protagonisti una pianta ed un microrganismo, include un impollinatore nelle sue relazioni. In particolare, nel lavoro in oggetto, Kim e colleghi hanno osservato come Streptomyces riesca a muoversi all’interno del sistema vascolare della pianta dalle radici e dai fiori e come venga trasportato dalle api impollinatrici (Apis mellifera).

Lo Streptomyces in aggiunta, difende la pianta dagli attacchi del fungo Botrytis cinerea, responsabile della cosiddetta “muffa grigia” e protegge le api da patogeni. Impiegando la pianta e gli impollinatori, Streptomyces beneficia quindi di un’efficace dispersione.

Profilo delle comunità

Mediante analisi della sequenza del gene 16S rRNA, gli autori hanno ottenuto un profilo delle comunità microbiche isolate da campioni di polline e fiori prelevati dalle piante di fragola. Inoltre, l’incidenza della malattia della “muffa grigia” risulta inversamente correlata con la presenza degli Streptomyces. Gli isolati ottenuti da fiori e polline sono stati quindi sottoposti ad uno screening per l’attività antifungina. Grazie a questo esame sono stati individuati due ceppi di Streptomyces, classificati come Streptomyces globisporus . Tali ceppi, SP6C4 e SF7B6 (figura 1), risultano capaci di colonizzare i fiori e mostrano una spiccata attività antifungina contro B. cinerea.

Figura 1 – Ceppi isolati da campioni di polline e fiori prelevati dalle piante di fragola.

Come si spostano i batteri?

Attraverso l’utilizzo di marcatori specifici è stato quindi possibile osservare come S. globisporus SP6C4 sia in grado di spostarsi nella pianta dalle radici o dalle strutture superficiali ai fasci vascolari dello stelo. Per valutare il movimento legato agli impollinatori invece, tre serie di fiori, tutte manipolate in maniera differente l’una dalle altre, sono state preparate in un recipiente di plastica (figura 2). Da quest’ultimo esperimento è emerso che la varietà Streptomyces riesce a colonizzare anche l’intestino delle api, e quindi essere trasportata dagli impollinatori da una pianta all’altra (figura 2).

Figura 2 – Modello per valutare la dispersione di Streptomyces attraverso insetti impollinatori (Apis mellifera).

S. globiscporus vs B. cinerea

L’aspetto più rilevante del lavoro è forse legato alla capacità dei ceppi di S. globisporus di sopprimere la malattia della muffa grigia, prodotta da B. cinerea.

S. globisporus SP6C4 non solo mostra antagonismo in vitro contro il fungo, ma riduce anche l’incidenza della malattia se spruzzato sulle piante. Intorno alla decima settimana dello studio, il 31% dei fiori di controllo è risultato infetto contro il 12% delle piante spruzzate con il ceppo SP6C4. Coerentemente con la capacità delle api di diffondere il batterio Streptomyces tra le piante, anche l’SP6C4 trasportato dagli impollinatori ha ridotto l’incidenza della malattia.

Ancora più sorprendente è il fatto che questo stesso ceppo di Streptomyces sia in grado di proteggere le api impollinatrici dai batteri entomopatogeni delle larve. Pertanto, questo microrganismo, svolge una duplice protezione contro gli agenti patogeni sia della pianta ospite che dell’impollinatore.

Coltivazioni sostenibili

Per far crescere milioni di tonnellate di fragole consumate ogni anno, è necessario ricorrere a metodi agricoli intensivi che prevedono piantagioni ad alta densità e che, conseguentemente, facilitano notevolmente la trasmissione di agenti patogeni.

Nella maggior parte dei casi, il fungo che causa la muffa grigia è endemico delle serre commerciali, dove infetta e causa perdita di numerose colture. Per risolvere queste problematiche i coltivatori applicano quantità sempre crescenti di fungicidi. Tuttavia, lo studio appena descritto potrebbe rappresentare una possibile alternativa sicuramente più e ecologica e sostenibile.

Applicazioni future

Le interazioni benefiche pianta-microrganismo sono ormai riconosciute, ma la diversità, l’entità e le conseguenze di queste associazioni rimangono aree di indagine in continua evoluzione.

Eppure, anche se sempre più scoperte rivelano interazioni mutualistiche tra diverse specie viventi, gli ecosistemi naturali o agricoli mostrano molti elementi complessi e sofisticati. Pertanto, una migliore comprensione delle relazioni mutualistiche faciliterà l’uso del fitobioma per proteggere in modo più efficace e sostenibile l’approvvigionamento alimentare mondiale.