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Jun 10, 2023

Il numero di nodulazione mitiga l’importanza relativa dei processi stocastici nell’assemblaggio della radice di soia

Comunicazioni ISME volume 3, numero articolo: 89 (2023) Citare questo articolo 2 Dettagli sulle metriche alternative Identificare le forze ecologiche che strutturano le comunità microbiche associate alle radici è un'operazione

Comunicazioni ISME volume 3, articolo numero: 89 (2023) Citare questo articolo

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Identificare le forze ecologiche che strutturano le comunità microbiche associate alle radici è un passo essenziale verso un’agricoltura più sostenibile. I legumi sono ampiamente utilizzati come piante modello per studiare le forze selettive e il loro funzionamento nelle interazioni pianta-microbica grazie alla loro capacità di stabilire mutualismo con la rizobia. I noduli radicali agiscono come organi simbiotici per ottimizzare l’equilibrio costi-benefici in questa relazione mutualistica modulando il numero di noduli. Tuttavia, non è noto se il numero di noduli sia correlato alla struttura delle comunità batteriche associate alle radici. In questo caso, sono state studiate le comunità batteriche associate alle radici della soia coltivata nel terreno nativo mediante cultivar di soia con nodulazione super o normale in quattro fasi di sviluppo. Abbiamo confrontato i processi ecologici tra le comunità e riscontrato una diminuzione dell’importanza relativa dei processi neutri per la soia super-nodulante, sebbene le strutture complessive somigliassero a quelle della soia nodulare normale. Abbiamo identificato le popolazioni batteriche centrali generaliste in ciascun compartimento associato alle radici, che sono condivise tra le nicchie associate alle radici e persistono attraverso le fasi di sviluppo. All’interno delle specie batteriche principali, l’abbondanza relativa di specie batteriche nel microbioma della rizosfera è stata collegata ai tratti funzionali della pianta ospite e può essere utilizzata per prevedere questi tratti dai microbi utilizzando algoritmi di apprendimento automatico. Questi risultati ampliano la comprensione globale delle forze ecologiche e delle associazioni dei microbioti in vari compartimenti associati alle radici e forniscono nuove intuizioni per integrare i microbiomi vegetali benefici nella produzione agricola per migliorare le prestazioni delle piante.

Il microbioma vegetale è parte integrante della pianta “olobionte”, che si è evoluta con il suo ospite e influenza i tratti della pianta in modo profondo [1]. Tuttavia, manca una comprensione fondamentale delle forze ecologiche che strutturano queste comunità ed è necessaria un’identificazione completa dei modelli e dei principi che modellano il microbioma. Come generalmente accettato, si ritiene che sia i processi deterministici che quelli stocastici modellino la composizione della comunità microbica [2]. I microbiomi associati alle piante iniziano a formarsi subito dopo la semina e si sviluppano con la crescita delle piante attraverso quattro processi ecoevolutivi: deriva ecologica, speciazione/diversificazione, dispersione e selezione [3, 4]. La speciazione e la dispersione possono essere sia stocastiche che deterministiche, mentre la deriva ecologica e la selezione sono chiaramente rispettivamente stocastiche e deterministiche. I relativi contributi dei processi stocastici e deterministici e il modo in cui cooperano per regolare la costituzione della comunità rimangono questioni cruciali.

Da notare che, per molti legumi, la simbiosi dei noduli radicali definisce una specifica interazione pianta-microbo in cui la colonizzazione rizobica inizia nei peli radicali attraverso fili di infezione transcellulari [5, 6]. Ciò complica il modello di assemblaggio della comunità [7,8,9,10]. I legumi, a differenza della maggior parte delle piante terrestri, possono sviluppare noduli radicali per far fronte alla presenza dei loro partner batterici. La formazione di questi organi radicali laterali de novo ospita i microsimbionti all’interno delle loro cellule ospiti e fornisce un mezzo per controllare il mutualismo tra microbi e legumi [11, 12]. Durante lo sviluppo del nodulo, le cellule corticali che dividono i batteri endosimbiotici confinati nei noduli radicali, con la cascata di segnali indotta dai batteri e l'autoregolazione della nodulazione controllata dall'ospite (AON), controllano accuratamente il numero di noduli e ottimizzano il rapporto costi-benefici della relazione mutualistica. 13,14,15]. Il disturbo nell'autoregolazione della nodulazione porta spesso ad un numero anormale di noduli. Le perturbazioni nelle relazioni mutualistiche non si limitano alle leguminose ospiti e possono anche influenzare la composizione nota delle comunità batteriche associate alle radici e guidarne la distribuzione, che può estendere l’influenza ad altre colture consociate o ruotate con le leguminose [7, 8]. Questa informazione è importante per comprendere l’evoluzione simbiotica dei legumi e progettare la fissazione biologica simbiotica dell’azoto (BNF) nelle piante non leguminose per incorporare queste interazioni binarie specializzate nel contesto di una comunità ecologica.