La simbiosi tra piante e funghi per migliorare la produttività

Le pratiche agricole industriali spesso esauriscono il suolo di importanti nutrienti e minerali, lasciando gli agricoltori a fare affidamento su fertilizzanti artificiali per sostenere la crescita delle piante. In effetti, l'uso di fertilizzanti è più che quadruplicato dagli anni '60, ma questo comporta gravi conseguenze. La produzione di fertilizzanti consuma enormi quantità di energia e il suo uso inquina l'acqua, l'aria e la terra.

Il Salk Institute ha individuato una molecola chiave prodotta dalle radici delle piante, un piccolo peptide chiamato CLE16, che incoraggia le piante e i funghi del suolo benefico a interagire tra loro. 

"Molte piante si sono evolute per impegnarsi in relazioni simbiotiche con altre specie, ma le tecniche di allevamento industriale hanno smorzato molti tratti di simbiosi nelle nostre colture moderne e hanno cementato la loro dipendenza dai fertilizzanti chimici", afferma l'autrice senior Lena Mueller. “Ripristinando la simbiosi naturale tra radici di piante e funghi, potremmo aiutare le colture a ottenere i nutrienti di cui hanno bisogno senza l’uso di fertilizzanti.

In questa relazione reciprocamente vantaggiosa, i funghi micorrizici arbuscolari trasportati dal suolo forniscono alle piante acqua e fosforo, che le piante accettano in cambio di molecole di carbonio. Questi scambi si verificano da viticci fungini simbiotici specializzati, chiamati arbuscoli, che si seppelliscono nelle cellule delle radici delle piante. Circa l'80% delle piante può scambiare risorse con i funghi in questo modo. Tuttavia, i tratti che supportano questa simbiosi sono stati indeboliti nel corso di secoli di allevamento di piante agricole che hanno dato priorità alla creazione di colture con le maggiori rese.

Per iniziare a scoprire e rafforzare questi tratti, il laboratorio di Mueller ha iniziato coltivando una specie di fungo micorrizico arbuscolare insieme a Medicago truncatula, un piccolo legume mediterraneo. Una volta che i due avevano formato una relazione simbiotica, i ricercatori hanno cercato di vedere quali geni stavano sostenendo questa interazione.

I legumi avevano iniziato ad esprimere grandi quantità di una piccola molecola di segnalazione chiamata CLE16 - un membro della famiglia di peptidi CLE. Queste piccole molecole di segnalazione sono presenti in molte specie vegetali, ma sono state relativamente poco studiate. Fino al CLE16, l'unica pianta che gli scienziati avevano had studiato gli scienziati stavano lavorando contro la simbiosi.

Il team ha poi fatto una serie di esperimenti per capire come CLE16 stesse incoraggiando questa interazione tra piante e funghi benefici. I loro risultati hanno rivelato che CLE16 promuove la simbiosi attraverso la proteina di segnalazione CORYNE (CRN), un componente del complesso recettore CLAVATA noto per il suo ruolo nelle risposte delle piante all'ambiente.

Quando una pianta diventa stressata, entra in uno stato immunitario intensificato per proteggersi da eventuali ulteriori minacce. Tuttavia, questo rende anche inavvertitamente la pianta meno ricettiva ai funghi circostanti. Mueller prevede che quando CLE16 si lega al complesso recettore CRN-CLAVATA, questo riduce i livelli di stress delle piante e la reattività immunitaria, consentendo al fungo benefico di entrare nelle radici delle piante e iniziare lo scambio di nutrienti.