Endophytic entomopathogenic fungi remodel phyllosphere microbiome and metabolome to suppress Spodoptera frugiperda and enhance parasitoid biocontrol

Nei vasti campi dell'agricoltura, le piante non sono meri soggetti passivi di insetti affamati; sono partecipanti attivi in una complessa guerra chimica. Quando una pianta viene attaccata, spesso risponde producendo composti difensivi o alterando la propria chimica interna per renderla meno appetibile o più tossica per l'invasore. Tuttavia, le piante non combattono queste battaglie da sole. Ospitano comunità di organismi microscopici sulle loro foglie e all'interno dei loro tessuti, note come microbioma. Questi minuscoli residenti possono influenzare la salute della pianta, talvolta stimolandone la crescita o aiutandola a resistere alle malattie. Gli scienziati si chiedono da tempo se potremmo sfruttare questi alleati naturali per proteggere le colture senza fare affidamento su dure acque spray chimici. Una via promettente prevede l'uso di funghi benefici che vivono all'interno delle piante senza danneggiarle, noti come endofiti. Questi funghi possono agire come guardie del corpo invisibili, cambiando l'ambiente interno della pianta in modi che confondono o indeboliscono i parassiti.

Uno studio recente condotto da ricercatori dell'Università di Guizhou, in Cina, esplora come due ceppi specifici di questi funghi amichevoli possano aiutare a proteggere il mais, una coltura globale vitale, dalla falda desultoria (fall armyworm). Questo parassita è un mangiatore vorace che si è diffuso rapidamente in tutto il mondo, causando danni massicci ai campi di mais. I ricercatori volevano capire non solo se questi funghi potessero fermare i vermi, ma come lo facessero. Hanno esaminato l'intero sistema: la crescita della pianta di mais, i minuscoli batteri e funghi che vivono sulle sue foglie, i composti chimici prodotti dalla pianta e come questi cambiamenti influenzassero sia il parassita che un nemico naturale del parassita, una piccola vespa che depone le uova all'interno del verme. L'obiettivo era vedere se questi funghi potessero rendere la pianta una fortezza migliore e un alleato migliore per la vespa, creando una partnership a tre vie per controllare l'infestazione.

I ricercatori iniziarono introducendo due diversi ceppi fungini, chiamati GL-5 e H8, in giovani piantine di mais. Lo fecero versando un liquido contenente spore fungine nel terreno intorno alle radici, permettendo ai funghi di crescere all'interno della pianta. Mentre le piantine crescevano, il team misurava la loro dimensione e salute. Entrambi i ceppi fungini aiutarono le piante a crescere più in alto e a sviluppare radici e foglie più lunghe rispetto alle piante che non avevano ricevuto alcun trattamento. Le piante trattate con i funghi erano visibilmente più vigorose, suggerendo che questi ospiti microscopici non stavano solo vivendo lì, ma stavano attivamente aiutando il loro ospite a prosperare. Questa spinta iniziale alla crescita preparò la scena per la fase successiva dell'esperimento, in cui i ricercatori introdussero le larve della falda desultoria.

Quando i vermi mangiarono le foglie delle piante trattate con i funghi, il loro sviluppo fu sconvolto. I vermi che si nutrivano delle piante con il ceppo GL-5 impiegarono molto più tempo per completare le prime fasi di crescita e molti morirono prima di diventare adulti. I vermi che mangiarono le piante trattate con H8 ebbero anch'essi difficoltà, in particolare nelle fasi larvali successive e come pupe. La dimensione fisica dei vermi che sopravvissero era minore, e pesavano significativamente meno di quelli che mangiarono foglie non trattate. Per i vermi che riuscirono ad diventare adulti, la loro capacità di riprodursi fu gravemente compromessa. Quelli nutriti con piante trattate con GL-5 deponevano molti meno uova e il tempo necessario per iniziare a deporre le uova era molto più lungo. Essenzialmente, i funghi avevano trasformato le piante di mais in una dieta difficile che rallentava i vermi, ne ostacolava la crescita e riduceva la loro capacità di procreare.

Lo studio ha anche esaminato cosa stesse accadendo all'interno della pianta e del parassita per spiegare questi risultati. I ricercatori scoprirono che i funghi cambiarono la composizione chimica delle foglie di mais. Il ceppo GL-5 causò l'accumulo di livelli più elevati di determinati composti difensivi, specificamente flavonoidi e acidi fenolici, noti per scoraggiare gli insetti. Allo stesso tempo, i funghi alterarono la comunità di batteri che vive sulla superficie della foglia. Il ceppo GL-5 incoraggiò la crescita di un tipo specifico di batterio chiamato Enterobacter, che è legato alla produzione di questi composti difensivi. Al contrario, il ceppo H8 incoraggiò un batterio diverso, chiamato Chryseobacterium, e cambiò il metabolismo degli zuccheri della pianta. Questi cambiamenti nella chimica della pianta e nei suoi vicini microbici interruppero i sistemi interni del verme. I vermi che mangiarono le piante trattate ebbero difficoltà a elaborare le tossine, con i loro enzimi di disintossicazione sovraccarichi o soppressi, lasciandoli vulnerabili e incapaci di svilupparsi correttamente.

Forse la scoperta più sorprendente fu come questi cambiamenti influenzassero un nemico naturale della falda desultoria: una vespa parassitoide chiamata Microplitis manilae. Questa vespa caccia i vermi deponendo le uova al loro interno, uccidendo infine l'ospite. I ricercatori volevano capire se le piante trattate con i funghi aiutassero o danneggiassero queste vespe utili. Scoprirono che il ceppo GL-5 rendeva effettivamente le vespe più efficaci. Quando le vespe venivano lasciate cacciare i vermi che si erano nutriti di piante trattate con GL-5, parassitavano con successo un numero maggiore di essi, e i bozzoli di vespa che producevano erano più pesanti e forti. Ciò suggerisce che i cambiamenti nella pianta resero i vermi bersagli più facili, forse indebolendoli o cambiando i segnali che emettevano. Tuttavia, il ceppo H8 non fornì lo stesso beneficio alle vespe, evidenziando come diversi ceppi fungini possano avere effetti molto specifici e distinti sull'intero ecosistema.

Lo studio conclude che questi funghi endofiti sono strumenti potenti per la gestione dei parassiti, ma operano in modi diversi a seconda del ceppo utilizzato. Il ceppo GL-5 appare come la scelta superiore per una strategia combinata, poiché non solo indebolisce direttamente il parassita, ma potenzia anche le prestazioni dei predatori naturali che aiutano a controllarlo. Rimodellando la chimica interna della pianta e la comunità di microbi sulle sue foglie, questi funghi creano un ambiente in cui il parassita fatica a sopravvivere e riprodursi, mentre i suoi nemici naturali prosperano. Questa ricerca offre uno sguardo su un futuro in cui gli agricoltori potrebbero usare questi alleati microscopici per proteggere le loro colture, facendo affidamento sulle complesse relazioni tra piante, funghi, insetti e batteri per mantenere campi sani senza la necessità di pesanti interventi chimici. Le scoperte forniscono un meccanismo chiaro su come funzionano queste interazioni, aprendo la strada a modi più sostenibili ed efficaci per combattere uno dei parassiti più distruttivi dell'agricoltura.