Salvare gli olivi dalla siccità migliorando la salute del suolo

Mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici sugli ulivi attraverso pratiche agricole innovative che sfruttano i benefici delle comunità microbiche presenti nel suolo e nelle radici, soprattutto in condizioni di siccità. Questo è l’obiettivo dello studio ENEA pubblicato su Applied Science e condotto in collaborazione con il Cnr e le università di Milano, Torino e Tuscia, nell’ambito del progetto di cooperazione internazionale BIOMEnext.

La salute del suolo è fondamentale per la produzione alimentare globale nel contesto di una popolazione globale in continua crescita. I microbiomi, una combinazione di microrganismi e le loro attività, svolgono un ruolo fondamentale biodegradando i contaminanti, mantenendo la struttura del suolo, controllando i cicli dei nutrienti e regolando le risposte delle piante agli stress biotici e abiotici. Le soluzioni basate sul microbioma lungo il continuum suolo-pianta e il loro aumento dagli esperimenti di laboratorio alle applicazioni sul campo, sono promettenti per migliorare la sostenibilità agricola sfruttando la potenza dei consorzi microbici. Le comunità microbiche sintetiche, cioè i consorzi microbici selezionati, sono progettate per svolgere funzioni specifiche. Al contrario, le comunità naturali sfruttano le popolazioni microbiche indigene che sono adattate alle condizioni del suolo locali, promuovendo la resilienza degli ecosistemi e riducendo la dipendenza dagli input esterni. L’identificazione degli indicatori microbici richiede un approccio olistico. È fondamentale per la comprensione attuale dello stato di salute del suolo e per fornire una valutazione completa delle pratiche di gestione del territorio sostenibili e degli sforzi di conservazione. I recenti progressi nelle tecnologie molecolari, come il sequenziamento ad alto rendimento, hanno rivelato l'incredibile diversità dei microbiomi del suolo. Da un lato, il sequenziamento metagenomico consente la caratterizzazione dell'intera composizione genetica dei microbiomi del suolo e l'esame del loro potenziale funzionale e dei ruoli ecologici; dall'altro, gli approcci basati sulla cultura e il rilevamento delle impronte metaboliche offrono informazioni complementari fornendo istantanee della diversità microbica e delle attività metaboliche sia in sede di ex situ. Lo stoccaggio a lungo termine e la crioconservazione della coltura mista e dell'intero microbioma sono cruciali per mantenere l'originalità del campione nel biobanco del microbioma e per lo sviluppo e l'applicazione dell'innovazione basata sul microbioma. Questa revisione mira a chiarire gli approcci disponibili per caratterizzare la diversità, la funzione e la resilienza delle comunità microbiche del suolo e sviluppare soluzioni basate sul microbioma che possono aprire la strada per sfruttare le risorse non sfruttate della natura per coltivare colture in terreni sani, per migliorare la resilienza delle piante agli stress abiotici e biotici e per modellare gli ecosistemi fiorenti sbloccando il potenziale dei microbiomi del suolo è la chiave per l'agricoltura sostenibile. Migliorare le pratiche di gestione incorporando consorzi microbici benefici e promuovendo la resilienza al cambiamento climatico facilitando le strategie adattative rispetto alle condizioni ambientali sono le sfide globali del futuro per affrontare le questioni del cambiamento climatico, del degrado del suolo e della sicurezza alimentare.

“L’ulivo è stato scelto come specie modello per sviluppare un sistema colturale innovativo, rappresentativo dell’agricoltura mediterranea che è sempre più minacciata dal fenomeno della siccità”, spiega il responsabile del progetto per ENEA Gaetano Perrotta, ricercatore del Laboratorio di Bioeconomia circolare rigenerativa. “Con questo studio – aggiunge - abbiamo voluto analizzare la resilienza e l’adattamento funzionale dei microrganismi presenti nelle radici e nel suolo (la rizosfera) di quattro cultivar di ulivo, confrontando piante irrigate e sottoposte a siccità in Umbria, in diverse stagioni dell’anno”.

In particolare, i ricercatori ENEA si sono occupati del monitoraggio e della caratterizzazione del microbioma che vive nel terreno intorno alle radici, con l’obiettivo di identificare marcatori di stress o di resistenza associati a condizioni di aridità. “Abbiamo osservato che nel suolo i microrganismi rimangono abbastanza stabili anche in condizioni di scarsità idrica, grazie al fatto che molte specie svolgono funzioni simili. Nelle radici, invece, le comunità microbiche cambiano notevolmente: la pianta seleziona i batteri che la aiutano a resistere meglio alla mancanza d’acqua”, spiega il coautore dello studio Andrea Visca, biotecnologo del Laboratorio ENEA Innovazione delle filiere agroalimentari.

I ricercatori ENEA hanno poi identificato il cosiddetto core microbiome, ovvero l’insieme di diversi gruppi microbici costantemente presenti in differenti campioni, che giocano un ruolo centrale sia nei processi al suolo che nel modellare crescita, salute e resilienza delle piante ospiti. Sono stati individuati tre batteri ‘alleati’ degli ulivi contro la siccità, ognuno con funzioni complementari: Solirubrobacter, presente nel suolo e spesso associato alla decomposizione della materia organica e al ciclo dei nutrienti, Microvirga, che può vivere in simbiosi con le piante aiutandole ad assorbire nutrienti essenziali come l’azoto, e Pseudonocardia, noto per produrre sostanze antimicrobiche e contribuire alla difesa delle piante da patogeni.

Nello specifico, dallo studio emerge che, in condizioni di siccità, i microrganismi presenti nel suolo attivano o aumentano i geni necessari per difendersi e adattarsi, come quelli che migliorano l’utilizzo di nutrienti fondamentali, proteggono le cellule dai danni ossidativi e permettono ai batteri di spostarsi verso ambienti più ricchi di acqua e nutrienti.

“L’interfaccia tra radici e rizosfera rappresenta una zona cruciale di interazione tra piante e microrganismi, dove si svolgono molti processi essenziali per la salute e lo sviluppo delle piante, come l’assorbimento di nutrienti e di acqua”, spiega la coautrice dello studio Annamaria Bevivino, ricercatrice della Divisione ENEA Sistemi agroalimentari sostenibili.

Comprendere le dinamiche di queste interazioni sta diventando una priorità per lo sviluppo di pratiche agricole sostenibili. Infatti, modulando le comunità microbiche associate alle radici sarà possibile migliorare l’acquisizione di nutrienti e rafforzare la resistenza degli ulivi agli stress biotici (come i parassiti) e abiotici (fattori ambientali come la siccità).

Per arrivare a questi risultati, i ricercatori hanno messo insieme tre strumenti di indagine complementari: l’analisi del DNA per “fotografare” le comunità microbiche presenti, lo studio delle funzioni potenziali di queste comunità microbiche e l’utilizzo di software che esaminano migliaia di articoli scientifici per estrarre e collegare le informazioni più rilevanti in questo settore (text mining).

“ENEA è attivamente impegnata nella selezione e nella caratterizzazione di consorzi microbici che migliorano resa, qualità, salute delle piante. L’approccio combinato di culturomica e metagenomica che ENEA applica nelle sue ricerche permetterà di sviluppare soluzioni sempre più innovative per l’agricoltura, con l’obiettivo di promuovere pratiche sostenibili, resilienti e ad alta efficienza”, conclude Bevivino.