Le piante “parlano” al suolo, secernendo varie sostanze dalle loro radici, e in tal modo influenzano la composizione dei microrganismi del suolo. Ma un recente studio condotto da ricercatori del Weizmann Institute of Science ha rivelato che è vero anche il contrario. Anche il suolo “parla” alle piante, i microrganismi che contiene influenzano il metabolismo della pianta e la secrezione di varie molecole dalle radici.
Il terreno che circonda le radici delle piante pullula di milioni di microrganismi, rendendolo uno degli ecosistemi più complessi sulla terra. Per determinare se la composizione della comunità di microrganismi chiamata microbiota della rizosfera innesca cambiamenti all’interno della pianta, Elisa Korenblum e altri membri di una squadra guidata dal Prof. Asaph Aharoni del Dipartimento di Scienze vegetali e ambientali dell’università di Weizmann, hanno creato un impianto idroponico e hanno diviso in due le radici delle piantine di pomodoro.
I ricercatori hanno fatto una serie di esperimenti posizionando un lato delle radici divise in fiale, diluendo progressivamente le sospensioni del terreno. Ogni diluizione alterava la composizione microbica del suolo e riduceva la diversità all’interno della comunità microbica, le diverse sospensioni finivano per contenere microbiota radicali con livelli di diversità: alta, media e bassa. L’altro lato delle radici è stato immerso in una fiala con una soluzione pulita e priva di terreno.
Ma per capire se i microorganismi del suolo comunicano con la pianta si sarebbero dovuti trovare segnali dei loro messaggi su entrambi i lati del sistema radicale.
Il team ha utilizzato la spettrometria di massa ad alta risoluzione per analizzare le sostanze secrete dalle radici sul lato “pulito” e hanno scoperto che queste secrezioni differivano in base alla composizione e alla diversità dei microrganismi del suolo dal lato “sporco”. Ad esempio, una massiccia presenza di batteri del genere Bacillus nella sospensione del suolo ha innescato una maggiore produzione di acylsugars, un gruppo di metaboliti – sostanze appiccicose in grado di intrappolare gli insetti – nelle radici dal lato pulito. La composizione microbica del suolo aveva influenzato il metabolismo dell’intera pianta, alterando i livelli e la distribuzione di oltre 170 metaboliti, nonché l’espressione di diversi geni nei tessuti del germoglio e delle radici.
“Abbiamo dimostrato che i segnali dei microrganismi del suolo viaggiano attraverso una linea di comunicazione a lunga distanza all’interno della pianta, riprogrammando il suo metabolismo e infine alterando le secrezioni delle radici”, afferma Aharoni. “Queste secrezioni hanno maggiori probabilità di influenzare la colonizzazione del suolo circostante da parte di batteri benefici”.
Cercando di stabilire come i segnali indotti dal microrganismo viaggiano attraverso la pianta, gli scienziati si sono concentrati sull’acido azelaico, un composto organico che influenza le risposte difensive della pianta, come potenziale molecola di segnalazione. Dopo aver aggiunto l’acido azelaico al terreno su un lato delle radici del pomodoro, hanno trovato molecole di questo acido dall’altro lato pulito. Hanno anche rilevato cambiamenti nelle secrezioni radicali che erano stati innescati proprio dall’acido.
“Il nostro obiettivo finale è decifrare il linguaggio chimico – si potrebbe chiamarlo “Plantish “- utilizzato dalle piante e dal suolo per interagire tra loro”, afferma Korenblum. “L’acido azelaico è probabilmente una delle” parole “di questa lingua.”
Le secrezioni della radice – che utilizzano circa il 50% dell’energia prodotta dalla fotosintesi all’interno dell’intera pianta – possono rafforzare le difese di una pianta e facilitarne l’assorbimento dei nutrienti, oltre a influenzare altre funzioni vitali.
Lo studio ha dimostrato che una migliore comprensione del modo in cui i microrganismi del suolo condizionano queste secrezioni potrebbe consentire agli scienziati di effettuare interventi per aiutare la pianta ad avere un ambiente ottimale attorno alle proprie radici. Inoltre, questi interventi potrebbero aumentare la produzione di sostanze di origine vegetale utilizzate nell’industria farmaceutica, cosmetica e di altro tipo. Ad esempio, gli scienziati di Weizmann hanno già dimostrato in laboratorio che, alterando l’ambiente chimico delle radici, sono stati in grado di aumentare le secrezioni vegetali di sostanze antitumorali come il paclitaxel (Taxol) e gli alcaloidi della vinca.
Questi risultati sono stati descritti in un articolo pubblicato da PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences).
L’immagine è dell’Università di Weizmann.