Strategie di inoculazione per infettare le radici delle piante con microrganismi trasmessi dal suolo

I terreni naturali sono abitati da un numero sorprendente di microbi che possono essere neutri, dannosi o benefici per le piante¹. Molti agenti patogeni delle piante sono trasmessi dal suolo, circondano le radici e attaccano l’organo sotterraneo. Questi microrganismi appartengono a un’ampia varietà di cladi: funghi, oomiceti, batteri, nematodi, insetti e alcuni virus ^1,2. Una volta che le condizioni ambientali favoriscono l’infezione, le piante sensibili si ammaleranno e le rese delle colture diminuiranno. Gli effetti dei cambiamenti climatici, come il riscaldamento globale e gli estremi meteorologici, aumenteranno la percentuale di patogeni vegetali trasmessi dal suolo³. Pertanto, diventerà sempre più importante studiare questi microbi distruttivi e il loro impatto sulla produzione di alimenti e mangimi, ma anche sugli ecosistemi naturali. Inoltre, ci sono mutualisti microbici nel terreno che interagiscono strettamente con le radici e promuovono la crescita, lo sviluppo e l’immunità delle piante. Di fronte agli agenti patogeni, le piante possono reclutare attivamente avversari specifici nella rizosfera che possono supportare la sopravvivenza dell’ospite sopprimendo i patogeni 4,5,6,7. Tuttavia, i dettagli meccanicistici e i percorsi coinvolti nelle interazioni benefiche radice-microbo sono spesso ancora sconosciuti⁶.

È quindi essenziale espandere la comprensione generale delle interazioni radice-microbo. Sono necessari metodi affidabili per inoculare radici con microrganismi trasmessi dal suolo per eseguire studi modello e trasferire i risultati alle applicazioni agricole. Le interazioni benefiche nel suolo sono studiate, ad esempio, con Serendipita indica (precedentemente nota come Piriformospora indica), Rhizobium spp. che fissa l’azoto o funghi micorrizici, mentre noti patogeni vegetali trasmessi dal suolo includono Ralstonia solanacearum, Phytophthora spp., Fusarium spp. e Verticillium spp.1. Gli ultimi due sono generi fungini che sono distribuiti a livello globale e causano malattie vascolari². Verticillium spp. (Ascomycota) può infettare centinaia di specie vegetali – in gran parte dicotiledoni, tra cui annuali erbacee, piante perenni legnose e molte piante coltivate ^2,8. Le Ife di Verticillium entrano nella radice e crescono sia intercellulari che intracellulari verso il cilindro centrale per colonizzare i vasi xilema ^2,9. In questi vasi, il fungo rimane per la maggior parte del suo ciclo vitale. Poiché la linfa dello xilema è povera di nutrienti e trasporta composti di difesa delle piante, il fungo deve adattarsi a questo ambiente unico. Ciò si ottiene con la secrezione di proteine correlate alla colonizzazione che consentono all’agente patogeno di sopravvivere nel suo ospite^10,11. Dopo aver raggiunto la vascolarizzazione radicale, il fungo può diffondersi all’interno dei vasi xilema acropetalmente al fogliame, il che porta alla colonizzazione sistemica dell’ospite ^9,12. A questo punto, la pianta è influenzata negativamente nella crescita ^9,10,13. Ad esempio, si verificano arresto della crescita e foglie gialle e senescenza prematura 13,14,15,16.

Un membro di questo genere è verticillium longisporum, che è altamente adattato agli ospiti brassicacei, come la colza agronomicamente importante, il cavolfiore e la pianta modello Arabidopsis thaliana¹². Diversi studi hanno combinato V. longisporum e A. thaliana per ottenere ampie informazioni sulle malattie vascolari trasmesse dal suolo e sulle conseguenti risposte di difesa delle radici 13,15,16,17. Semplici test di suscettibilità possono essere realizzati utilizzando il sistema modello V. longisporum / A. thaliana e risorse genetiche consolidate sono disponibili per entrambi gli organismi. Strettamente correlato a V. longisporum è l’agente patogeno Verticillium dahliae. Sebbene entrambe le specie fungine svolgano uno stile di vita vascolare e un processo di invasione simili, la loro efficienza di propagazione dalle radici alle foglie e i sintomi della malattia suscitati in A. thaliana sono diversi: mentre V. longisporum di solito induce la senescenza precoce, l’infezione da V. dahliae provoca l’appassimento¹⁸. Recentemente, un riassunto metodologico ha presentato diverse strategie di inoculazione radicale per infettare A. thaliana con V. longisporum o V. dahliae, assistendo nella pianificazione di configurazioni sperimentali¹⁹. Nel campo, V. longisporum causa occasionalmente danni significativi nella produzione di colza¹², mentre V. dahliae ha una gamma di ospiti molto ampia che comprende diverse specie coltivate, come vite, patate e pomodoro⁸. Ciò rende entrambi i patogeni modelli economicamente interessanti da studiare.

Pertanto, i seguenti protocolli utilizzano sia V. longisporum che V. dahliae come patogeni radicali modello per esemplificare possibili approcci per le inoculazioni radicali. Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), colza (Brassica napus) e pomodoro (Solanum lycopersicum) sono stati scelti come ospiti modello. Descrizioni dettagliate delle metodologie sono disponibili nel testo sottostante e nel video di accompagnamento. Vengono discussi vantaggi e svantaggi per ciascun sistema di inoculazione. Nel complesso, questa raccolta di protocolli può aiutare a identificare un metodo adatto per domande di ricerca specifiche nel contesto delle interazioni radice-microbo.