Le radici non sono sole nel terreno ma sono in stretto contatto con i microrganismi.
LE PREMESSE DEL PROGETTO MICRO4LIFE
Si trovano batteri e funghi, alcuni utili e altri no. Basti pensare che un grammo di suolo è occupato da 200 metri di ife fungine e da un miliardo di batteri. In questo ambiente sotterraneo le piante, attraverso l’apparato radicale, sono capaci di selezionare i microrganismi migliori e attrarli a sé per avere un vantaggio in termini di crescita, sviluppo e di protezione da diversi agenti come scarsità di nutrienti, malattie, scarsità d’acqua e avversità climatiche.
Il progetto Micro4Life studia l’interazione tra i microrganismi benefici di campo e il riso con l’obiettivo di identificare e sfruttare comunità microbiche su misura da utilizzare come biofertilizzanti e di selezionare varietà di riso capaci di attirare a sé consorzi microbici che favoriscano la “performance” della pianta per qualità, sostenibilità ambientale, e resilienza degli agro-ecosistemi italiani.
AUMENTARE LA SUPERFICIE ASSORBENTE DELLE RADICI
L’agricoltura moderna è sempre più eco-compatibile e sempre più attenta a coniugare produzioni di alta qualità con la sicurezza alimentare. A questi obiettivi si affianca la riduzione dell’utilizzo di agrofarmaci. Per poter raggiungere questo obiettivo è importante considerare ed ottimizzare tutti i fattori produttivi. Tra essi la disponibilità di nutrienti nel suolo e la capacità delle radici di assorbirli sono certamente un aspetto fondamentale.
Oltre alla fertilizzazione chimica, molti altri fattori determinano disponibilità ed assorbimento dei nutrienti. Proprio agendo su questi fattori è possibile migliorare l’efficienza della concimazione riducendo l’apporto di fertilizzanti, a parità di resa. I microrganismi del suolo e le interazioni tra pianta e microbiota sono in grado di influenzare in modo importante la capacità delle radici di assorbire gli elementi nutritivi.
Fig. 1 Schema di backcross assistito da marcatori molecolari (MABC) e immagine della sequenza di DNA del gene NRT1.1B nelle progenie eterozigoti e selezione della progenie BC per l’allele efficace NRT1.1B con marcatori molecolari SNP-Type.
IL MICROBIOTA
Il microbiota radicale è costituito dalla comunità dinamica di microrganismi associati alle radici. Le piante sono organismi ricchi di composti di carbonio. Composti che forniscono ambienti favorevoli per un insieme diversificato di microrganismi del suolo inclusi batteri, funghi e archaea. Le radici delle piante stabiliscono relazioni con i microrganismi del suolo «endofiti», microrganismi non patogeni. I microrganismi vivono nel volume di suolo a contatto con le radici delle piante (rizosfera) dando origine a complesse interazioni tra pianta, suolo, e microrganismi.
I funghi micorrizici arbuscolari e i batteri del suolo endofiti possono stimolare la crescita delle piante agendo da biofertilizzanti e biostimolanti con anche un effetto positivo sulla tolleranza agli stress ambientali e la fertilità del suolo (segue dopo l’immagine).
Fig. 2 Rappresentazione dell’associazione favorevole pianta-microbiota radicale. Schema di attività di fenotipizzazione mediante inoculi batterici «endofiti» che grazie alla loro associazione positiva con le radici promuovono la crescita in riso (i disegni della figura sono realizzati con BioRender, software per illustrazioni scientifiche).
L’instaurarsi di interazioni radici-microbiota con effetti positivi sulla crescita è di per sé un carattere genetico determinato dai geni presenti nella pianta. Infatti, è dimostrato che varietà diverse di riso si associano selettivamente a specie diverse di microrganismi endofiti. Questi ultimi, a loro volta possono essere più o meno efficaci nel promuovere la crescita. Pertanto, lo sfruttamento del microbiota della rizosfera per migliorare la produzione e la tolleranza agli stress è una nuova strada promettente e sostenibile per il miglioramento della risicoltura italiana.
IL MICROBIOTA DEL RISO NEL DNA
Il CREA Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica sta lavorando all’incremento del grado di associazione del riso al microbiota radicale attraverso lo sviluppo di nuove varietà capaci di selezionare le migliori (più efficaci) comunità microbiche del suolo. Il progetto Micro4Life prevede di utilizzare un gene chiamato NRT1.1B capace di favorire migliori interazioni tra radici e microbiota.
Il gene sta nella cultivar di riso indica Teqing ed il progetto prevede il suo trasferimento attraverso incroci e selezione realizzata con marcatori in due varietà élite italiane Ronaldo (lungo A) e Selenio (tondo). NRT1.1B è un gene che codifica per un trasportatore e sensore radicale di composti azotati, ed è noto in letteratura per aumentare l’efficienza di utilizzo dell’N e favorire l’associazione tra radici e microrganismi.
IL GENE NRT1.1B
Dopo l’incrocio iniziale, lo schema prevede tre backcross (BC) e una successiva autofecondazione per fissare il “nuovo” carattere. Le progenie BC sono selezionate in eterozigosi utilizzando marcatori molecolari. I marcatori molecolari identificano in modo selettivo la sequenza di DNA specifica del gene NRT1.1B del donatore o del ricorrente. Al termine dello schema di breeding, le linee di introgressione sviluppate (BC3F2) saranno genotipizzate sia per la presenza dell’allele efficace NRT1.1B fissato in omozigosi. Il gene serve per valutare la percentuale di genoma del parentale ricorrente in modo da selezionare le linee che sono geneticamente più simili alle varietà europee ma che contengono l’allele efficace NRT1.1B. (Fig. 1).
L’intero processo dura due anni durante i quali vengono realizzate 6 generazioni, le linee BC3F3 portanti il gene NRT1.1B ma del tutto identiche a Ronaldo e Selenio saranno analizzate nel 2025 in condizioni controllate per valutare l’attesa maggiore efficienza di utilizzo dell’N, e l’associazione favorevole con i batteri endofiti promotori della crescita (Fig.2). l’anno successivo le piante saranno provate in campo.
IL PROGETTO MICRO4LIFE
Micro4life (Enabling the potential of the unexplored: exploiting tailored microbial consortia to enhance environmental, societal and economic sustainability and resilience of Italian agro-ecosystems), è un progetto finanziato da Fondazione in Rete per la Ricerca Agroalimentare. Il progetto risponde al bando (2022) di AGER AGroalimentare E Ricerca “Dal suolo al campo – Approcci multidisciplinari per migliorare l’adattamento delle colture al cambiamento climatico”.
Il progetto intende approfondire lo studio delle interazioni suolo-pianta per due importanti colture italiane, la vite e il riso. L’obettivo finale è di fornire piante e sistemi di coltivazione più sostenibili e adattabili ad una vasta gamma di ambienti e caratteristiche del suolo. Micro4Life (2022-2903) è coordinato dal Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR). I partners sono: Consiglio per la ricerca in agricoltura e l’analisi dell’economia agraria (CREA), Università del Piemonte Orientale (UPO) e Università di Sassari (UNISS). Autore: Caterina Marè, Daniela Palma, Franca Finocchiaro, Luigi Cattivelli (CREA-Centro di Ricerca Genomica e Bioinformatica, Fiorenzuola d’Arda) e Giampiero Valè (Dipartimento per lo Sviluppo Sostenibile e la Transizione Ecologica Università del Piemonte Orientale, Vercelli)
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