I loro risultati, pubblicati su Nature Communications potrebbero avere importanti implicazioni per l'agricoltura e la salute delle piante nei cambiamenti climatici.

Il cambiamento climatico, e in particolare l’aumento delle temperature, metterà a dura prova la crescita delle piante e quasi sicuramente avrà un impatto sulla produzione vegetale. Una conseguenza ovvia di un clima più caldo è che le piante nei campi richiederanno una maggiore irrigazione. Una maggiore irrigazione, tuttavia, comporta anche una maggiore salinità poiché, in questo modo, i sali nutritivi si accumulano nei terreni agricoli.

Il cambiamento climatico influenzerà anche la salute delle piante attraverso gli effetti sulle comunità composte da numerosi microrganismi che vivono in stretta associazione con le piante ospiti. Queste comunità rendono le piante più resistenti alle condizioni di stress e più resistenti ai microbi patogeni.

Pertanto, l’inoculazione con comunità batteriche definite come probiotici è una strategia interessante per salvaguardare la salute delle piante. Tuttavia, per garantire che questi inoculi siano efficaci, è necessario capire come i batteri e le piante interagiscono in condizioni diverse.

Da esperimenti precedenti, l’autore co-corrispondente Stéphane Hacquard, che lavora presso l’Istituto Max Planck per la ricerca sulla selezione vegetale di Colonia, in Germania, e i suoi colleghi sapevano che circa il 95% dei batteri presenti nel microbiota vegetale sono neutri o benefici in un dato momento. interazioni individuali con le piante di crescione.

Un piccolo numero, tuttavia, è dannoso se coltivato insieme a piante in condizioni di laboratorio, tra cui Pseudomonas brassicacearum R401, un batterio Gram-negativo presente nel terreno che è un membro dominante del microbiota vegetale.

Sorprendentemente, però, quando questo batterio è stato coltivato insieme alle piante in condizioni naturali del terreno, non è stata osservata alcuna malattia. Ciò suggerisce che il batterio richiede condizioni specifiche per causare malattie sulle piante coltivate nel terreno.

Alcuni rapporti precedenti avevano dimostrato che lo stress salino può facilitare l’infezione batterica delle piante. Infatti, quando gli scienziati hanno applicato il sale, hanno scoperto che la crescita delle piante veniva influenzata negativamente dalla presenza del ceppo R401.

Molti batteri Gram-negativi causano virulenza iniettando proteine ​​patologiche direttamente nel citoplasma della cellula ospite. Tuttavia, l'ispezione del genoma R401 non è riuscita a rivelare alcun gene che codifichi questo apparato di iniezione. Inoltre, molti batteri patogeni crescono eccessivamente sulla pianta ospite e adottano strategie per smorzare le risposte immunitarie delle piante. Ancora una volta, R401 non faceva nessuna di queste cose.

Per capire come il ceppo R401 provoca malattie nelle piante coltivate in terra esposte a stress salino, Hacquard e il suo gruppo hanno collaborato con il gruppo di prodotti naturali di Till Schäberle presso l'Università Justus-Liebig e l'Istituto Fraunhofer di biologia molecolare ed ecologia applicata di Giessen. .

Insieme, i ricercatori hanno identificato geni che mostravano somiglianze con i geni di batteri correlati che codificano metaboliti fitotossici. Hanno isolato il metabolita previsto, che hanno chiamato brassicapeptina, e hanno mutato uno dei geni fondamentali necessari per la sua sintesi. Questa mutazione è stata sufficiente per trasformare l'R401 in un batterio benefico per le piante.

Sorprendentemente, una volta avuto il composto in mano, gli scienziati hanno potuto dimostrare che la brassicapeptina è di per sé sufficiente a causare malattie delle piante insieme ad elevate condizioni saline. Inoltre, la brassicapeptina non era tossica solo per le piante di crescione, ma anche per le piante di pomodoro che soffrivano di stress salino, nonché per altri microbi.

I ricercatori hanno potuto dimostrare che la molecola, composta da una coda di acidi grassi legata ad aminoacidi, può formare pori nelle membrane delle piante. Ciò potrebbe spiegare perché la tossicità della molecola diventa evidente quando le piante affrontano lo stress salino.

Schäberle è entusiasta delle possibilità offerte da questo studio per migliorare la salute delle colture. "È importante saperne di più su come i prodotti naturali prodotti dai microbi influenzano la fisiologia delle piante. Ciò ci consentirà di progettare prodotti biologici efficaci per la protezione delle colture."

Hacquard ha trovato notevole che "una singola molecola batterica può allo stesso tempo sensibilizzare le piante allo stress osmotico, promuovere la capacità dei batteri di colonizzare le radici e impedire la crescita di batteri e funghi concorrenti."