Microbiome and plant health, beneficial bacteria for the eco-sustainable protection of tomato from stresses [Microbioma e salute delle piante, batteri benefici per la difesa eco-sostenibile del pomodoro dagli stress]

Questo progetto di dottorato mira a scoprire i meccanismi che guidano le complesse interazioni all'interno del microbioma vegetale, con l'obiettivo finale di sviluppare nuovi bioinoculanti come alternative sostenibili ai prodotti chimici nella coltivazione del pomodoro. Il pomodoro, una delle colture orticole più diffuse ed economicamente importanti al mondo, deve affrontare sfide importanti a causa di fattori di stress biotici e abiotici che ne riducono la resa e la qualità. Le crescenti preoccupazioni ambientali e sanitarie relative all'uso intensivo di trattamenti chimici nella coltivazione del pomodoro hanno aumentato l'interesse per approcci alternativi, concentrandosi in particolare sugli agenti di controllo biologico (BCA). Sulla base di un progetto precedente che ha sviluppato un sistema modello per l'analisi della tracciabilità e del profilo del microbioma del pomodoro basata sul New Generation Sequencing (NGS), il primo obiettivo di questo progetto di dottorato è stato quello di isolare e selezionare endofiti batterici con un potenziale come bioinoculanti per promuovere la crescita e controllare le malattie nel pomodoro. I ceppi selezionati sono stati isolati dall'endosfera di semi e radici di piante di pomodoro in diverse fasi della catena di produzione e sono stati scelti in base all'analisi del core microbioma. Questi ceppi batterici comprendono sia biofertilizzanti e agenti di biocontrollo ben noti (ad esempio, Pseudomonas e Bacillus) sia generi meno conosciuti (ad esempio, Chryseobacterium, Glutamicibacter, Paenartrhobacter e Leclercia). È interessante notare che i ceppi selezionati hanno dimostrato attività benefiche in pianta, migliorando la crescita del pomodoro e controllando malattie come il marciume del colletto e delle radici e la maculatura batterica, indipendentemente dalle loro prestazioni in vitro. I genomi di alta qualità di ciascun ceppo sono stati ottenuti mediante sequenziamento Oxford Nanopore (long-read) e Illumina (short-read), consentendo un'analisi approfondita dei loro profili genetici per identificare i tratti fito-benefici. Dai dieci ceppi selezionati, sono state progettate tre comunità sintetiche (SynCom) con diversi livelli di ricchezza e diversità, che sono state testate per verificare il loro potenziale in vivo nel migliorare la crescita delle piante e la resilienza agli stress nella coltura del pomodoro. Una SynCom, denominata MIX2, ha mostrato l'attività migliore nelle nostre prove, spingendo a indagare ulteriormente sui suoi effetti sulle comunità microbiche residenti e sull'espressione genica delle piante. Nelle prove in camera di crescita, l'applicazione di MIX2 al suolo ha rimodellato le comunità batteriche della rizosfera, influenzando in particolare i taxa a bassa abbondanza. In condizioni di serra, MIX2, così come due singoli ceppi appartenenti ai generi Bacillus e Pseudomonas, hanno mitigato lo stress idrico nelle piante di pomodoro, migliorando sia la crescita che la qualità dei frutti. Questo effetto benefico può essere legato all'influenza positiva sulla diversità del microbioma della rizosfera, significativamente compromessa dalla carenza idrica ma ripristinata con successo soprattutto dal trattamento con la SynCom. In una prova di biocontrollo condotta in camera di crescita, il MIX2 ha ridotto l'incidenza e la gravità della maculatura batterica causata da Xanthomonas euvesicatoria pv. perforans (Xep). Le analisi delle comunità microbiche della fillosfera e della rizosfera hanno evidenziato che sia il patogeno che il trattamento con la SynCom hanno modificato la struttura della comunità residente rispetto alle piante controllo. L'analisi trascrittomica dell'interazione pianta-patogeno-BCA sulle foglie di pomodoro ha rivelato che l'inoculazione di Xep ha influenzato significativamente l'espressione genica rispetto al MIX2. È interessante notare che solo in presenza del patogeno, il MIX2 ha innescato un effetto di priming, sovra regolando la segnalazione degli ormoni vegetali e le vie biosintetiche dei fenilpropanoidi, in particolare quelle legate all'acido jasmonico (JA) e alla biosintesi della lignina. Nel complesso, questi risultati suggeriscono il potenziale dei PGPR come strumento promettente per migliorare la crescita e la salute delle piante. Un approccio di selezione top-down basato sull'analisi del microbioma si è dimostrato efficace nell'identificare potenziali bioinoculanti. Inoltre, una corretta progettazione delle SynCom risulta cruciale per il successo dell'insediamento degli inoculanti all'interno del microbioma residente, dove interagiscono attivamente con i microrganismi autoctoni per promuovere un assemblaggio del microbioma più resiliente ed efficiente. Una miscela diversificata di ceppi batterici può anche combinare più meccanismi d'azione, migliorando l'espressione genica delle piante, essenziale per resistere alle condizioni di stress.

Grantor dc:publisher

Università degli studi di Catania

Year dc:date

2025

Author dc:creator

• NICOTRA, DANIELE

Contributors dc:contributor

• CATARA, VITTORIA
• DE PINTO, Vito Nicola

• Tomato
• Microbiome
• Rhizosphere
• PGPR
• Endophyte
• SynCom
• Consortia
• Bacterial Spot
• Drought
• Water stre
• Transcriptome
• Pomodoro
• Microbioma
• Rizosfera
• Endofiti
• Consorzi
• Maculatura batterica
• Siccità
• Stress idrico
• Trascrittoma

Statement dc:rights

• info:eu-repo/semantics/openAccess
• license:NON PUBBLICO - Accesso privato/ristretto
• license uri:iris.PRI01

Language dc:language

eng

Handle dc:identifier

https://hdl.handle.net/20.500.11769/690234

OAI identifier oai:identifier

oai:www.iris.unict.it:20.500.11769/690234