La prima collezione completa di batteri vegetali

Nessun organismo vive da solo. Nemmeno le piante. Sulle loro foglie e radici vivono comunità complesse di diversi tipi di batteri. Così come la flora intestinale naturale aiuta gli esseri umani a digerire il cibo e li protegge da microrganismi patogeni, i microrganismi sono probabilmente di enorme importanza anche per la crescita e la salute delle piante.

Gli scienziati dell'ETH di Zurigo e del Max Planck Institute for Plant Breeding Research di Colonia hanno ora inventariato e coltivato gran parte delle specie batteriche che vivono naturalmente su una particolare specie vegetale. I ricercatori hanno condotto il loro studio sul crescione (Arabidopsis thaliana) una pianta modello per la scienza. I risultati dello studio sono stati appena pubblicati sulla rivista scientifica Nature.

Per la prima volta, i ricercatori hanno creato una collezione completa di ceppi batterici di questa specie vegetale. Hanno isolato quasi 10.000 ceppi batterici e ne hanno selezionati 432 per ulteriori studi. "Siamo rimasti sorpresi dal fatto che più della metà delle specie identificate dalla biologia molecolare potesse essere coltivata anche in laboratorio", afferma Daniel Müller, dottorando del gruppo della professoressa Julia Vorholt dell'ETH e uno dei primi autori dello studio. Finora, gli scienziati ritenevano che circa l'1% dei microrganismi presenti in natura potesse crescere in condizioni di laboratorio. "Con questo studio abbiamo smentito questa ipotesi", afferma Müller.

Colonizzazione batterica costante

Nel loro studio, i ricercatori hanno riscontrato grandi somiglianze tra le comunità microbiche presenti sulle foglie e sulle radici del crescione: quasi la metà del centinaio di specie batteriche diverse presenti sulle foglie e nelle radici sono le stesse. È possibile che la maggior parte dei batteri delle radici e delle foglie provenga dalla comunità straordinariamente diversificata dei batteri del suolo e che le foglie della pianta annuale siano colonizzate da microrganismi del suolo durante la crescita.

Anche le differenze tra le varie località della Svizzera e della Germania in cui i ricercatori hanno raccolto le piante selvatiche sono minime. "Abbiamo trovato la maggior parte delle specie presenti in tutte le località. Ci sono molti elementi che suggeriscono l'esistenza di meccanismi conservati che fanno sì che alcuni batteri possano crescere sulle piante e altri no", afferma Julia Vorholt, professoressa di microbiologia presso l'ETH di Zurigo. Ha condotto lo studio insieme a Paul Schulze-Lefert, direttore del Max Planck Institute for Plant Breeding Research.

Prerequisito per gli esperimenti di laboratorio

La ricerca sul microbioma vegetale è ancora una scienza relativamente giovane. Finora i ricercatori hanno lavorato principalmente in modo descrittivo. Creando una collezione di batteri con ceppi rappresentativi, gli scienziati di Zurigo e Colonia possono ora fare un passo avanti: "Grazie a questi isolati batterici, ora possiamo ricreare in laboratorio i processi presenti in natura, in modo da poter condurre esperimenti mirati in condizioni controllate", spiega Müller. A tal fine, i ricercatori coltivano i batteri su piante prive di germi. Nei primi esperimenti di ricolonizzazione in laboratorio, è stato trovato un equilibrio di batteri sulle piante simile a quello presente in natura. "Gli esperimenti sono stati riproducibili. Ciò significa che le nostre colture batteriche e il nostro approccio sono adatti a questo tipo di esperimenti", afferma Vorholt.

In futuro, i ricercatori potrebbero utilizzare questo metodo per analizzare il ruolo dei singoli batteri nella crescita e nella suscettibilità agli agenti patogeni, ad esempio, o per studiare se il microbioma cambia in condizioni di stress come la siccità o la luce solare intensa. Tali esperimenti sarebbero difficili da realizzare all'aperto perché sarebbero troppo influenzati dalle fluttuazioni delle condizioni ambientali.

La microflora aiuta le piante

Gli scienziati hanno già trovato prove del fatto che i nutrienti sono più facilmente decisi dalle piante e che le piante crescono più velocemente quando sono colonizzate da alcuni microrganismi. È stato inoltre dimostrato che gli agenti patogeni sono meno in grado di insediarsi su una pianta se alcuni batteri sono presenti su di essa.

La comprensione di questa protezione naturale delle piante, mantenuta dal microbioma vegetale, non è solo una questione che ha iniziato a interessare i ricercatori universitari negli ultimi anni. Anche le aziende produttrici di sementi e di prodotti fitosanitari sono attive in questo campo di ricerca, con l'obiettivo di poter offrire in futuro prodotti fitosanitari microbici naturali.

Il professor Vorholt dell'ETH ha ricevuto a giugno un Advanced Grant dal Consiglio europeo della ricerca (ERC). "Con questo sostegno e la nostra nuova collezione di batteri, vogliamo studiare l'interazione tra le piante e i batteri che vivono su di esse a lungo termine", spiega la professoressa.