Una nuova strada per il riso più duro:modifica il suo microbioma

La prossima ondata di innovazioni nella scienza delle colture potrebbe non venire dall'incrocio di piante o dalla riprogrammazione dei loro geni, ma modificando i microbi che vivono, sopra e intorno a loro.

Sì, le piante hanno microbiomi, pure, e quei miliardi di minuscoli autostoppisti possono aiutarli a crescere e combattere gli agenti patogeni invasori. I ricercatori stanno cercando di comprendere queste comunità microbiche e di adattarle per aiutare le piante a diventare più resistenti alla siccità, calore e infezione. Man mano che le malattie delle colture si diffondono a causa della globalizzazione e del cambiamento climatico, piante resistenti alle malattie con microbiomi fortificati possono diventare vitali per garantire un approvvigionamento alimentare costante per una popolazione umana in crescita.

“Penso che il futuro sia dotare le piante di prodotti naturali, microbiomi produttivi e portare l'intera comunità in equilibrio, "dice Tomislav Cernava, un microbiologo presso l'Università di tecnologia di Graz in Austria.

I microbi associati alle piante sono stati per decenni un'area fertile di ricerca. I ricercatori delle piante hanno identificato microbiomi nel suolo, che possono aiutare le piante ad acquisire nutrienti come l'azoto e i funghi associati alle radici che possono aiutare le piante a comunicare tra loro. Ma la ricerca recente ha anche sbirciato all'interno dei semi per saperne di più sui microbi accalcati lì.

Cernava e il suo team hanno descritto il microbioma dei semi di riso in un nuovo articolo pubblicato a gennaio in piante naturali . Il suo team non stava solo cercando un microbioma ovunque potesse trovarne uno, però, stava cercando di risolvere un enigma.

Scienziati cinesi avevano scoperto che alcune piante di riso nella provincia costiera di Zhejiang stavano fallendo a causa di un'infezione da un batterio chiamato Burkholderia plantarii , mentre altri erano immuni. Le piante avrebbero dovuto essere identiche; erano stati coltivati ​​dalla stessa cultivar, o ceppo, di semi ed erano gemelli genetici.

A un esame più attento, Cernava ha scoperto che le piante suscettibili all'infezione avevano un microbioma di semi diverso. Nello specifico, le piante sensibili avevano quantità inferiori di un gruppo di batteri chiamato Sfingomonas , che teneva a bada i batteri patogeni producendo un acido che impediva agli invasori di produrre tropolone, una sostanza chimica che ha arrestato la crescita delle piante di riso.

L'immunità dall'infezione potrebbe essere trasferita alle piante suscettibili aggiungendo altro Sfingomonas al loro microbioma o aggiungendo l'acido protettivo direttamente alla pianta suscettibile.

Quest'ultimo passo è ciò che ravviva le orecchie di alcuni ricercatori:trasferire l'immunità alterando il microbioma, soprattutto in natura, è stato un bersaglio difficile da colpire. “Questo è uno dei pochi casi in cui funziona davvero sul campo, "dice Sheng-Yang He, un biologo vegetale della Duke University che non era coinvolto nello studio.

I ricercatori hanno precedentemente osservato l'immunità protettiva dai batteri e isolato le specie responsabili. Ma quando arriva il momento di usare i batteri come intervento in un sistema più complicato con batteri selvatici e piante selvatiche, spesso non funziona, dice Lui, forse perché le condizioni ambientali, o comunità microbiche residenti, sono diversi.

Ogni singola specie è solo una parte di una comunità di microbiomi molto più ampia, che può influenzare il modo in cui interagisce con le piante, secondo Matt Agler, un ricercatore di microbiomi vegetali presso l'Università Friedrich Schiller di Jena in Germania.

Capire come una comunità microbica lavora insieme è vitale per i ricercatori e gli agricoltori che sperano di sfruttare il microbioma, dice Agler. Mentre le singole specie potrebbero avere effetti particolari, ci sono molte minacce che una pianta può affrontare, e microbi diversi potrebbero aiutare le piante in scenari diversi. “Non sai mai cosa sta arrivando in questa stagione di crescita, Agler aggiunge.

Se i ricercatori riescono a trovare modi per navigare in queste complessità, il microbioma potrebbe diventare terreno fertile per una vasta gamma di interventi per sostenere l'approvvigionamento alimentare. Potrebbe rivelarsi cruciale. Anche se gli umani hanno allevato selettivamente piante per produrre caratteristiche più desiderabili per 10, 000 anni, gli interventi di oggi avvengono per lo più in laboratorio attraverso tecniche di ingegneria genetica che incontrano l'opposizione di un numero significativo di americani. In un sondaggio del Pew Research Center del 2016, Il 39% degli intervistati ritiene che gli OGM siano peggiori per la loro salute rispetto ad altri alimenti, nonostante il fatto che la maggior parte degli scienziati sia d'accordo sul fatto che siano al sicuro.

Gli adeguamenti ai microbiomi vegetali possono essere un approccio molto meno controverso, dicono i ricercatori. “Lascia perdere l'ingegneria genetica, "dice Duke's He. “Se possiamo trapiantare quel tipo di comunità [microbica] in piante che normalmente non hanno quella comunità, non sarebbe meraviglioso?"

Ci sono già alcune aziende che stanno sfruttando il potere dei microbi per gli agricoltori, vendere batteri e funghi come pesticidi organici o semi ricoperti di batteri utili per fornire sostanze nutritive.

Ma dal momento che Sfingomonas i batteri vivono effettivamente all'interno dei semi di riso, l'immunità che fornisce può essere trasmessa di generazione in generazione alle piante di riso. L'alterazione dei microbiomi interni potrebbe essere più simile a una volta, misura preventiva, piuttosto che un medicinale da usare costantemente.

Cernava pensa che il lavoro della sua squadra possa un giorno essere disponibile in commercio per aiutare a proteggere le colture di riso, e spera che la natura possa continuare a ispirare nuove innovazioni in agricoltura.

“Penso che in futuro, " lui dice, “dovremmo cercare di imparare dalla natura.”