The microbial community living within the rust fungus Uromyces hawksworthii assessed through metagenome analysis

I funghi della ruggine sono tra i patogeni vegetali più di successo sulla Terra, infettando sia le colture che le piante selvatiche con un complesso ciclo vitale che spesso richiede due diverse piante ospiti per completarsi. Questi funghi producono diversi tipi distinti di spore in diverse fasi del loro sviluppo, tra cui aeciospore e teliospore, che fungono da veicolo per la diffusione della malattia. Per decenni, gli scienziati hanno saputo che queste spore non sono sterili; esse ospitano spesso una comunità nascosta di altri microrganismi, inclusi batteri e funghi, che vivono sulla o dentro di esse. Alcuni di questi vicini sono iperparassiti, organismi che si nutrono della ruggine stessa. Comprendere esattamente chi vive all'interno di queste spore e come le loro comunità cambino man mano che la ruggine matura potrebbe rivelare nuovi modi per gestire queste distruttive malattie delle piante, potenzialmente incoraggiando i nemici naturali della ruggine a svolgere il lavoro di controllo.

In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di mappare questo mondo invisibile all'interno del fungo della ruggine Uromyces hawksworthii, una specie che infetta le piante della famiglia delle mistletoe (vischio). Il team si è concentrato su due fasi specifiche della ruggine: l'aecio, che produce aeciospore, e il telio, che produce teliospore. Sebbene queste due fasi fossero state precedentemente distinte solo dalla loro apparenza fisica al microscopio, i ricercatori sospettavano che le comunità microbiche che vivono al loro interno potessero essere fondamentalmente diverse. Per scoprirlo, hanno raccolto spore da foglie infette in Brasile e hanno utilizzato una potente tecnica di sequenziamento genetico per leggere il DNA di ogni batterio e fungo presente nei campioni. Questo approccio ha permesso loro di identificare i tipi specifici di microbi senza la necessità di coltivarli in laboratorio, fornendo un censimento completo dei residenti microbici.

L'analisi ha rivelato che, sebbene alcuni gruppi di batteri e funghi fossero comuni a entrambe le fasi della ruggine, la composizione complessiva di queste comunità cambiava drasticamente con la maturazione della ruggine. Nella fase iniziale dell'aecio, la comunità batterica era dominata da due gruppi principali, Proteobacteria e Actinobacteria, e mostrava una maggiore varietà di diversi tipi batterici. Tuttavia, man mano che la ruggine progrediva verso la fase del telio, il panorama batterico cambiava, con i Firmicutes e i Cyanobacteria che diventavano molto più prominenti. I residenti fungini mostrarono un modello di cambiamento simile. Mentre certe classi di funghi erano presenti in entrambe le fasi, la fase del telio ospitava un numero significativamente maggiore di diversi tipi di funghi, inclusi gruppi come Exobasidiomycetes e Pucciniomycetes, che erano molto meno comuni nella fase precedente dell'aecio.

Queste scoperte suggeriscono che la comunità microbica all'interno di una spora di ruggine non è statica ma evolve insieme al fungo stesso. I ricercatori hanno scoperto che le differenze tra queste popolazioni microbiche erano così distinte da poter essere utilizzate per distinguere le fasi di aecio e telio, anche osservando solo i dati genetici. Questa distinzione è cruciale perché implica che l'ambiente all'interno della spora cambia in modi che favoriscono diversi tipi di iperparassiti in momenti diversi. Ad esempio, la maggiore diversità di batteri nella fase dell'aecio e la maggiore diversità di funghi nella fase del telio potrebbero indicare che queste fasi sono più suscettibili all'infezione da parte di microbi specifici in quei momenti, o che forniscono risorse più ricche per essi. Comprendendo questi specifici cambiamenti microbici, gli scienziati potrebbero eventualmente essere in grado di identificare quali nemici naturali sono più efficaci nell'attaccare i funghi della ruggine in punti specifici del loro ciclo vitale, offrendo un approccio più mirato al controllo biologico.

Lo studio ha anche confermato che le strutture fisiche delle spore, come i pori di germinazione e le pareti protettive, giocano un ruolo nel modo in cui queste comunità si assemblano. I ricercatori hanno notato che i funghi iperparassiti spesso entrano attraverso queste aperture specifiche, e la natura mutevole della parete della spora e dei suoi contenuti chimici durante lo sviluppo della ruggine influenza probabilmente quali microbi possono sopravvivere e prosperare. Sebbene il documento non sostenga di aver risolto il problema delle malattie della ruggine, esso fornisce un quadro chiaro e basato sui dati di come il mondo microbico all'interno di queste spore sia strutturato. I risultati indicano che le fasi di aecio e telio non sono solo morfologicamente diverse, ma sono ambienti ecologicamente distinti, ognuno dei quali supporta una comunità unica di batteri e funghi che potrebbe essere sfruttata per proteggere le colture e gli ecosistemi naturali da questi persistenti patogeni.