Bioprospecting and characterization of Trichoderma and Bacillus species as biocontrol agents against Macrophomina phaseolina in maize

Nel mondo nascosto sotto il suolo, una silenziosa lotta per la sopravvivenza si consuma ogni giorno. Le piante si affidano a una complessa rete di alleati e nemici microscopici per prosperare. Alcuni di questi organismi microscopici sono utili, proteggendo le radici dalle malattie o aiutandole ad assorbire i nutrienti, mentre altri sono patogeni distruttivi che possono annientare interi raccolti. Una di queste forze distruttive è un fungo che vive nel terreno e attacca le radici del mais, causando una malattia nota come marciume carbonioso. Questo fungo è particolarmente difficile da gestire perché produce minuscole strutture di sopravvivenza durevoli che gli permettono di persistere nel terreno per anni, e attualmente non esistono trattamenti chimici forti o varietà vegetali resistenti che possano fermarlo in modo affidabile. Quando questo fungo prende il sopravvento, priva la pianta di acqua e nutrienti, portando a significative perdite nella produzione alimentare. Trovare un modo per fermare questo fungo senza fare affidamento su prodotti chimici aggressivi è un obiettivo critico sia per gli agricoltori che per gli scienziati.

Per affrontare questo problema, i ricercatori hanno rivolto la loro attenzione al sistema di difesa della natura, cercando organismi microscopici che potessero combattere il fungo alle sue stesse condizioni. Hanno iniziato raccogliendo una vasta collezione di cinquantanove diversi campioni batterici e fungini dall'ambiente. Questi campioni sono stati sottoposti a un rigoroso processo di screening in laboratorio per vedere quali potessero fermare efficacemente la crescita del fungo del marciume carbonioso. Gli scienziati cercavano tratti specifici: la capacità di attaccare direttamente il fungo, la capacità di rilasciare segnali chimici che ne inibiscono la crescita e il potenziale di aiutare le piante di mais a crescere più forti. Da questo gruppo iniziale, quattro candidati specifici sono emersi come i più promettenti: due tipi di un fungo benefico chiamato Trichoderma e due tipi di batteri benefici chiamati Bacillus.

I ricercatori hanno poi esaminato esattamente come questi quattro candidati agissero contro il fungo del marciume carbonioso. Hanno scoperto che le due specie di Trichoderma agivano come aggressivi competitori. Avvolgevano fisicamente il fungo dannoso, consumandolo e occupando tutto lo spazio e i nutrienti disponibili affinché l'invasore non potesse sopravvivere. Rilasciavano anche composti chimici, sia quelli che rimangono sul posto sia quelli che fluttuano nell'aria, che inibivano ulteriormente il fungo. I batteri Bacillus adottavano un approccio leggermente diverso, affidandosi pesantemente al rilascio di potenti composti chimici che viaggiavano attraverso l'aria e il suolo per inibire la crescita del patogeno. In ogni caso, questi organismi benefici sono stati in grado di rallentare o fermare significativamente la diffusione del fungo del marciume carbonioso in test controllati.

Oltre a combattere semplicemente il nemico, lo studio ha anche esaminato come questi organismi benefici influenzassero le piante di mais stesse. Quando i ricercatori hanno applicato questi quattro candidati a piantine di mais sane, hanno osservato un chiaro aumento della crescita. Tutti e quattro gli organismi hanno aiutato le piante a sviluppare sistemi radicali più grandi, che sono essenziali per ancorare la pianta e raccogliere l'acqua. Due dei candidati, uno del gruppo Trichoderma e uno del gruppo Bacillus, hanno anche aiutato le piante a crescere più alte e robuste sopra il suolo. Ciò suggerisce che questi organismi facciano di più del semplice proteggere la pianta; essi aiutano attivamente la pianta a diventare più forte e vigorosa.

L'ultimo tassello del puzzle consisteva nel comprendere come questi organismi aiutassero le piante a difendersi dall'interno. I ricercatori hanno misurato l'attività di specifici enzimi all'interno delle cellule vegetali che agiscono come parte del sistema immunitario della pianta. Hanno scoperto che il trattamento delle piante con questi organismi benefici innescava una risposta biochimica. Alcuni trattamenti aumentavano l'attività di enzimi che proteggono le cellule dallo stress, mentre altri potenziavano enzimi che aiutano la pianta a produrre composti di difesa naturali. Ciò indica che gli organismi benefici non agiscono solo come uno scudo; essi insegnano anche alla pianta a essere più allerta e pronta a combattere la malattia da sola.

Lo studio conclude che il successo di questi quattro organismi specifici risiede in una combinazione di strategie. Essi lavorano attaccando direttamente il fungo dannoso, aiutando la pianta a crescere più grande e sana e potenziando i meccanismi di difesa interni della pianta. Questo approccio multistrato offre una via promettente per la gestione del marciume carbonioso nel mais, fornendo un'alternativa naturale ai trattamenti chimici. Sebbene la ricerca sia stata condotta in un ambiente controllato, i risultati suggeriscono che questi ceppi specifici di Trichoderma e Bacillus potrebbero giocare un ruolo vitale nel proteggere le colture, trasformando il suolo stesso in una fonte di protezione piuttosto che in una fonte di malattia.