Ricerca sulle piante, ingegnerizzate le reti di comunicazione pianta-microrganismo per colture che richiedono meno fertilizzanti

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Ricerca sulle piante, ingegnerizzate le reti di comunicazione pianta-microrganismo per colture che richiedono meno fertilizzanti

Ingegnerizzare nuove reti di segnalazione per produrre colture che richiedono meno fertilizzanti

Una collaborazione di ricerca interdisciplinare tra le Università di Oxford e Cambridge ha studiato un nuovo percorso di segnalazione sintetico tra microrganismi e pianta che potrebbe fornire le basi per il trasferimento del meccanismo di fissazione dell’azoto ai cereali.

Pubblicato su Nature Communications, il team di scienziati, microbiologi e chimici delle piante ha utilizzato tecniche di biologia di sintesi per studiare e quindi ingegnerizzare un dialogo molecolare tra piante e batteri che circondano le loro radici in una zona chiamata rizosfera. Questo sistema di segnalazione sintetica potrebbe essere un passo fondamentale per progettare con successo la simbiosi che fissa l’azoto in colture non leguminose come grano e mais.

Il potenziamento del microbiota radicale ha un enorme potenziale per migliorare le rese dei raccolti in terreni poveri di nutrienti e ridurre l’uso di fertilizzanti chimici.

Barney Geddes, uno dei co-autore, del Dipartimento di Scienze vegetali di Oxford, ha dichiarato: “Le piante influenzano il microbiota della loro rizosfera inviando segnali chimici che attraggono o sopprimono specifici microrganismi. L’ingegnerizzazione delle piante di cereali per produrre un segnale per comunicare e controllare i batteri sulle loro radici potrebbe potenzialmente consentire loro di trarre vantaggio dalla promozione della crescita di quei batteri, compresa la fissazione dell’azoto.

Per fare ciò abbiamo selezionato un gruppo di composti normalmente prodotti dai batteri nei noduli dei legumi, chiamati rizopine. In primo luogo abbiamo dovuto scoprire il percorso biosintetico naturale per la produzione di rizopina, quindi progettare un percorso sintetico che è stato più facilmente trasferito alle piante. Siamo stati in grado di trasferire la via di segnalazione sintetica a numerose piante, compresi i cereali, e di progettare una risposta da parte dei batteri della rizosfera alla rizopina.

La co-autrice, la dott.ssa Amelie Joffrin, a Oxford, ha sviluppato una nuova sintesi stereoselettiva della rizopina chiave. Ha detto: “La chimica di sintesi era essenziale per fornire composti che consentissero di studiare la biosintesi della rizopina e il suo trasferimento dai batteri alle piante. In particolare, le rizopine prodotte ci hanno permesso di confermare quale fosse l’enantiomero (“hand”) naturalmente attivo di un composto bioattivo chiave“.

La dott.ssa Ponraj Paramasivan, co-autrice del Sainsbury Laboratory di Cambridge, ha spiegato come il team ha trasferito i geni di sintesi della rizopina nell’orzo per valutare se fosse o meno possibile ingegnerizzare la sintesi della rizopina nei cereali. Ha detto: “Abbiamo confermato l’orzo sintetizzato e poi abbiamo fatto essudare la rizopina nella sua rizosfera. Abbiamo quindi misurato la segnalazione tra le radici dell’orzo e i batteri della rizosfera e abbiamo scoperto che si stava verificando un livello significativo di comunicazione nella maggior parte delle colonie batteriche. Questi risultati significano che potremmo potenzialmente utilizzare questa via di segnalazione del tra regni diversi per attivare il microbiota radicale per fissare l’azoto e una miriade di altre soluzioni di promozione della crescita delle piante come la produzione di antibiotici o ormoni o la solubilizzazione dei nutrienti del suolo.

Un vantaggio chiave di questa via di segnalazione sintetica è che solo la specifica pianta coltivata progettata per produrre il segnale ne trarrà vantaggio. Ciò significa che le erbe infestanti che attualmente beneficiano tanto quanto la coltura bersaglio dall’applicazione di fertilizzanti chimici, non trarranno beneficio da queste associazioni potenziate pianta-batterio in quanto non producono questa nuova molecola di segnalazione per comunicare con i batteri.

Il lavoro futuro nei laboratori Poole, Oldroyd e Conway si concentrerà su come le piante possono controllare i processi chiave nei batteri delle radici come la fissazione dell’azoto, la solubilizzazione del fosfato e la promozione della crescita delle piante. Ciò apre il mondo del microbioma batterico e il suo diverso metabolismo al controllo da parte delle piante e in particolare dei cereali. È probabile che sia un componente chiave nei tentativi di ingegnerizzare la fissazione dell’azoto nei cereali.

Fonte: University of Oxford

Engineering transkingdom signalling in plants to control gene expression in rhizosphere bacteria

Barney A. Geddes, Ponraj Paramasivan, Amelie Joffrin, Amber L. Thompson, Kirsten Christensen, Beatriz Jorrin, Paul Brett, Stuart J. Conway, Giles E. D. Oldroyd & Philip S. Poole

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-019-10882-x

 

 

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Di |2019-08-08T15:23:50+02:009 Agosto 2019|Categorie: News|Tags: , , , , , |

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