Uno studio prospetta un ruolo dei microrganismi del suolo nel vigore ibrido da eterosi del mais

Un interessante studio recente ha permesso di avviare un promettente filone di studio per arrivare finalmente alla comprensione di un fenomeno molto noto in genetica vegetale e che ha importanti riflessi sulla produzione agricola: si tratta del vigore ibrido o eterosi, che si origina dalla semina di semente ottenuta dall'incrocio di due linee di mais auto-fecondate, per varie successive generazioni.

Il mais è una pianta allogama e quindi la sua autofecondazione determina una forte riduzione del vigore vegetativo delle piante, ma la semina della semente derivata dall'incrocio di due linee inbreed determina lo sviluppo di piante molto più vigorose e produttive e per questo motivo si parla comune mente di vigore ibrido. Studi successivi sugli ibridi eterotici hanno portato gradualmente a produrre ibridi di più di due linee auto-fecondate, ovvero ibridi a due, tre vie, ecc.

Negli ultimi anni è stato scoperto l'influsso dei microrganismi dell'intestino sulla salute dell'uomo e dei microrganismi del terreno su quella delle piante, che va ben oltre quanto originariamente noto sul ruolo dei microrganismi nei cicli degli elementi nutritivi e l'azoto-fissazione. Secondo le informazioni più recenti, i microrganismi del terreno riescono a influenzare il complessivo stato di salute delle piante e la loro potenzialità produttiva.

Quest'ultimo studio, condotto presso l'università statale della Nord-Carolina e l'università del Kansas ha, più in particolare, evidenziato l'interazione dei microrganismi del terreno (virus, batteri, funghi) con il vigore e maggiori capacità produttive, tipiche degli ibridi eterotici e quindi la capacità di fattori ambientali e biotici d'influire su un effetto la cui origine era finora ritenuta esclusivamente collegata al genoma della pianta. Infatti finora la più attendibile spiegazione fornita, per l'effetto eterotico degli ibridi F1 di linee inbreed di mais, era un meccanismo genetico quantitativo, che però non era in grado di spiegare completamente tale fenomeno.

Come ha riferito Manuel Kleiner, assistente di biologia delle piante e dei microrganismi all'università della Nord-Carolina: 'Questo lavoro ci porta verso una maggiore comprensione di ciò che guida l'eterosi'.
Kleiner è anche autore corrispondente di un articolo che ha descritto la ricerca compiuta, riguardo la quale egli ha aggiunto: 'I microrganismi sono attori tipici causanti effetti sulla pianta di mais – non lo è solo la temperatura e il tipo di suolo'.

I ricercatori hanno dapprima condotto i loro esperimenti su due tipi di piante di mais auto-fecondato e su un ibrido, prodotto in laboratorio da tali due linee; infine hanno condotto delle prove di campo in Nord-Carolina e Kansas.

Il loro studio è iniziato facendo crescere, l'ibrido e le piante auto-fecondate di mais, in borse sterili, ottenendo che, in tali condizioni, le radici e i getti dei due diversi tipi di piante di mais si sviluppassero in modo analogo. Ma quando i ricercatori hanno aggiunto, alle borse sterili, alcuni ceppi controllati di noti microrganismi notoriamente associati in natura alle radici di mais, le linee ibride crebbero più di quelle auto-fecondate (linee in-breed), le loro radici e germogli pesavano di più, mostrando quindi l'effetto dell'eterosi, che invece nelle condizioni di sterilità delle borse in laboratorio non era emerso.

Ha riferito Kleiner: 'Ciò sembrava essere il risultato di un effetto microbico negativo sulle linee auto-fecondate, piuttosto che un effetto di aiuto sugli ibridi'.
Una simile attività microbica di accentuazione dell'eterosi era stata osservata nelle prove di campo in Nord-Carolina, nelle quali furono confrontati i risultati di parcelle in cui gli ibridi e le linee auto-fecondanti furono fatte crescere, rispettivamente, in appezzamenti non trattati, appezzamenti trattati con un composto chimico antimicrobico e appezzamenti trattati con un metodo di disinfezione del suolo 'a vapore rovente'.
Sorprendentemente effettuando quest'ultimo esperimento anche in Kansas, fu osservato un effetto opposto: il trattamento di riscaldamento del suolo con vapore rovente, che in Nord-Carolina aveva determinato una diminuzione delle popolazioni microbiche in Kansas invece provocava un incremento dell'eterosi.

Come ha riferito Kleiner: 'Adesso possiamo dire che i microrganismi hanno effetti sull'eterosi, ma non possiamo prevedere la direzione di tali effetti. Sappiamo che i microrganismi stanno influenzando gli ibridi e le linee auto-fecondate di mais, ma gli effetti possono dipendere dall'ambiente o dai particolari microrganismi del suolo', ha detto Peter Balint-Kurti, professore USDA (ministero dell'agricoltura statunitense) di Patologia vegetale all'università statale della Nord-Carolina e coautore di un articolo di ricerca, intitolato 'Microbe-dependent heterosis in maize' (eterosi microrganismo-dipendente nel mais); tale articolo è stato pubblicato negli Atti Dell'Accademia Nazionale delle Scienze degli Stati Uniti d'America (PNAS = Proceedings of the National Academy of Sciences ).

La ricerca, che per intenzione dei ricercatori proseguirà per meglio comprendere gli effetti dei microrganismi sull'eterosi del mais, è stata sovvenzionata dalla Fondazione scientifica nazionale. Principale autore del lavoro è stata Maggie Wagner, assistente di ecologia e biologia evolutiva all'università del Kansas ed ex-ricercatrice di post-dottorato all'università della Nord-Carolina.