Construction of a Four-Strain Synthetic Bacillus Consortium and Evaluation of Its Biocontrol Efficacy Against Tomato Fusarium Wilt Caused by Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici

Nel mondo nascosto sotto il suolo, una guerra silenziosa viene combattuta costantemente. Da una parte ci sono le piante, e dall'altra, invasori microscopici che cercano di rubare i loro nutrienti e di interrompere i loro sistemi di supporto vitale. Per gli agricoltori che coltivano pomodori, uno dei nemici più persistenti è un fungo chiamato Fusarium oxysporum. Questo organismo vive nel terreno, in attesa di un'occasione per entrare nelle radici di una pianta di pomodoro. Una volta all'interno, viaggia attraverso l'impianto idraulico interno della pianta, bloccando il flusso di acqua e nutrienti finché la pianta non appassisce e muore. Questa malattia, nota come appassimento da Fusarium, è un problema importante per i coltivatori di pomodori ovunque, specialmente per coloro che coltivano le proprie colture in serre dove il terreno viene riutilizzato ripetutamente. Poiché il fungo è così ostinato e difficile da eliminare senza danneggiare l'ambiente, gli scienziati cercano da tempo una soluzione diversa: l'uso di altri esseri viventi per combatterlo.

Per anni, i ricercatori hanno cercato di trovare singoli ceppi di batteri benefici che potessero agire come guardie del corpo per le piante. Questi sono microbi minuscoli che vivono naturalmente nel suolo o all'interno della pianta stessa, e alcuni di essi producono sostanze che impediscono la crescita di funghi dannosi. Tuttavia, fare affidamento su un solo tipo di batterio spesso fallisce nel mondo reale. Un singolo ceppo potrebbe funzionare bene in laboratorio, ma faticare a sopravvivere alle condizioni complesse e mutevoli di un campo agricolo. L'idea che ha guadagnato terreno recentemente è quella di utilizzare una squadra, o un consorzio, di diversi batteri che lavorano insieme. Proprio come un ecosistema diversificato è spesso più stabile di una singola specie, un gruppo di batteri diversi potrebbe essere più bravo a proteggere una pianta rispetto a quanto uno di essi potrebbe fare da solo. La sfida, tuttavia, consiste nel capire esattamente quali batteri scegliere e in quali proporzioni mescolarli affinché lavorino insieme senza combattere tra loro.

Un team di ricercatori dell'Università Agricola di Jilin, in Cina, si è messo in impegno per costruire una tale squadra specificamente per i pomodori. Hanno iniziato raccogliendo campioni da due luoghi diversi: il suolo circostante le radici delle piante di pomodoro e il tessuto interno delle piante di pomodoro stesse, sane. Dal suolo, hanno isolato centinaia di ceppi batterici e, dal interno delle piante, ne hanno trovati ancora di più. Hanno poi sottoposto questi batteri a una serie di test per vedere quali fossero i migliori nel bloccare la crescita del fungo Fusarium. Dopo aver ristretto il campo da un vasto pool di candidati, hanno selezionato quattro ceppi specifici che mostravano la più forte capacità di inibire il fungo in una capsula di Petri. Due di questi batteri provenivano dal suolo, e due sono stati trovati vivendo all'interno delle piante di pomodoro.

I ricercatori hanno identificato questi quattro ceppi come diversi tipi di Bacillus, un gruppo di batteri comune e resistente. Prima di poterli mescolare, dovevano assicurarsi che i batteri andassero d'accordo. Hanno testato se i batteri si sarebbero attaccati tra loro se posti nello stesso contenitore e hanno scoperto che non lo facevano. Inveambio, coesistevano pacificamente, il che significava che potevano essere combinati in un unico miscuglio. Il passaggio successivo era la parte più difficile del puzzle: determinare la ricetta perfetta. Il team doveva sapere esattamente quanto di ciascun dei quattro batteri includere per ottenere il miglior risultato. Hanno utilizzato un metodo sofisticato di test di diverse combinazioni, variando le quantità di ciascun ceppo per vedere quale miscela producesse la difesa più forte contro il fungo.

Attraverso questo processo, hanno scoperto che uno dei batteri, che avevano chiamato F-29, era il membro più importante del gruppo. Agiva come il leader o il ceppo dominante, contribuendo maggiormente alla capacità della squadra di combattere il fungo. Gli altri tre batteri svolgevano ruoli di supporto, ma erano comunque essenziali. I ricercatori hanno calcolato il rapporto ideale per la miscela in circa due parti del primo ceppo del suolo, due parti del primo ceppo della pianta, due parti del secondo ceppo del suolo e cinque parti e mezza del ceppo dominante della pianta. Con questa ricetta specifica, hanno creato un brodo di fermentazione, che è essenzialmente una coltura liquida dove i batteri sono cresciuti e hanno rilasciato le loro sostanze protettive.

Quando hanno testato questa miscela ottimizzata, i risultati sono stati promettenti. Il brodo liquido è stato in grado di fermare efficacementamente la crescita del fungo, e questo potere è rimasto forte anche quando il liquido veniva diluito significativamente, suggerendo che i batteri producessero una difesa robusta e stabile. Ma il team voleva sapere se questa miscela potesse fare di più del semplice uccidere il fungo in un piatto; volevano vedere se potesse effettivamente aiutare una pianta di pomodoro a crescere e a rimanere sana. Hanno applicato il brodo ai semi di pomodoro e ai giovani semenzali. Hanno scoperto che il trattamento aiutava i semi a germogliare più velocemente e a crescere in semenzali più forti con radici più lunghe e foglie più verdi. Le piante trattate mostravano anche livelli più elevati di clorofilla, il pigmento verde essenziale per la fotosintesi, e i loro enzimi interni che aiutano a elaborare l'azoto erano più attivi.

Forse la cosa più importante è che i ricercatori hanno osservato come le piante reagivano quando venivano effettivamente attaccate dal fungo. Hanno scoperto che le piante trattate con la miscela batterica erano meglio preparate per la battaglia. Quando il fungo tentava l'invasione, le piante trattate attivavano i propri sistemi di difesa naturali molto più velocemente e con maggiore forza rispetto alle piante non trattate. Producevano livelli più elevati di enzimi specifici che agiscono come uno scudo, aiutando a neutralizzare il danno causato dall'invasore. Ciò suggerisce che i batteri non hanno solo combattuto direttamente il fungo, ma hanno anche insegnato alla pianta come difendersi meglio.

Per vedere se questo funzionasse in un contesto reale, il team ha condotto una prova in vasi riempiti di terra. Hanno infettato alcune piante di pomodoro con il fungo e poi hanno trattato altre con la loro miscela batterica. I risultati hanno mostrato che la miscela era efficace nel prevenire la malattia quando applicata prima dell'infezione, ed era ancora più efficace nel curare le piante quando l'infezione era già iniziata. Le piante trattate presentavano una gravità della malattia significativamente inferiore rispetto a quelle non trattate. I ricercatori hanno calcolato che la miscela forniva un effetto protettivo di circa il 53 percento e un effetto curativo del 60 percento.

Sebbene questi risultati siano incoraggianti, i ricercatori tengono a precisare che questo lavoro è stato svolto in un ambiente controllato. La vera prova arriverà quando questa miscela sarà provata in campi aperti con diversi tipi di suolo, condizioni meteorologiche e varie ceppi del fungo. Hanno anche osservato che, sebbene sappiano che la miscela funziona, non hanno ancora identificato le specifiche sostanze chimiche che i batteri producono per combattere il fungo. Comprendere esattamente come i batteri uccidono il fungo e come potenziano il sistema immunitario della pianta sarà il prossimo passo della loro ricerca. Per ora, tuttavia, questo studio offre un esempio concreto di come combinare diversi tipi di batteri benefici possa creare uno strumento potente per proteggere le colture, offrendo un'alternativa potenziale ai pesticidi chimici per uno dei prodotti vegetali più importanti al mondo.