Ospite

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9445 (2023) Citare questo articolo

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Gli pseudomonadi sono metabolicamente flessibili e possono prosperare su diversi ospiti vegetali. Tuttavia, gli adattamenti metabolici richiesti per la promiscuità dell’ospite sono sconosciuti. Qui, abbiamo colmato questa lacuna di conoscenza impiegando RNAseq e confrontando le risposte trascrittomiche di Pseudomonas donghuensis P482 agli essudati radicali di due piante ospiti: pomodoro e mais. Il nostro obiettivo principale era identificare le differenze e i punti comuni tra queste due risposte. I percorsi potenziati solo dagli essudati di pomodoro includevano la disintossicazione dall'ossido nitrico, la riparazione dei cluster ferro-zolfo, la respirazione attraverso il citocromo bd, insensibile al cianuro, e il catabolismo degli aminoacidi e/o degli acidi grassi. I primi due indicano la presenza di donatori di NO negli essudati delle piante test. Il mais ha indotto specificamente l'attività della pompa di efflusso di tipo MexE RND e la tolleranza al rame. I geni associati alla motilità sono stati indotti dal mais ma repressi dal pomodoro. La risposta condivisa agli essudati sembrava essere influenzata sia dai composti provenienti dalle piante che da quelli provenienti dal loro ambiente di crescita: la resistenza all'arsenico e la sintesi della batterioferritina erano sovraregolate, mentre l'assimilazione dello zolfo, il rilevamento del citrato ferrico e/o di altri trasportatori di ferro, l'acquisizione dell'eme e la il trasporto degli aminoacidi polari era sottoregolato. I nostri risultati forniscono indicazioni per esplorare i meccanismi di adattamento dell’ospite nei microrganismi associati alle piante.

Le piante nutrono le comunità microbiche nella rizosfera rilasciando miscele di composti organici attraverso le radici1. Gli essudati radicali contengono metaboliti primari come acidi organici, aminoacidi, zuccheri e metaboliti secondari con proprietà bioattive o di segnalazione. L'esatta composizione chimica degli essudati dipende dalla specie vegetale e dallo stato fisiologico della pianta, quest'ultimo dipendente dallo stadio di sviluppo, dalla disponibilità di nutrienti e dalla presenza di fattori di stress2. Le differenze nella composizione degli essudati e nel funzionamento dell'immunità innata della pianta modellano la composizione e l'attività del microbiota radicale3.

I batteri Pseudomonas possono prosperare in varie nicchie ambientali, comprese le radici di varie piante ospiti. Il loro vantaggio competitivo implica la flessibilità metabolica e la produzione di un’ampia gamma di metaboliti secondari, inclusi antimicrobici e composti che eliminano il ferro4. Molti ceppi associati alle piante facilitano la crescita delle piante, alleviano lo stress abiotico o proteggono le piante dagli agenti patogeni5. Non esistono studi completi sull'ampiezza filogenetica delle piante che un dato ceppo di Pseudomonas può colonizzare. Tuttavia, alcuni pseudomonadi si sono rivelati efficaci come agenti di biocontrollo su specie vegetali diverse da quella di origine o su più colture, suggerendo che gli pseudomonadi sono coloni di piante piuttosto promiscui6.

È sempre più riconosciuto che le specie vegetali selezionano comunità microbiche distintive7, con ospiti vegetali più distanti filogeneticamente che reclutano popolazioni di microbiota più distinte8. Pertanto, l’apparente promiscuità dell’ospite di alcuni microrganismi, come gli pseudomonadi, solleva interrogativi sui cambiamenti metabolici richiesti ai batteri per colonizzare più ospiti o per mantenere un’associazione con un ospite che subisce cambiamenti fisiologici. Questo problema è stato difficile da affrontare con i dati esistenti poiché la maggior parte degli studi affronta solo le singole interazioni ospite-microbo. Inoltre, mentre i determinanti della specificità dell’ospite nelle interazioni pianta-microbo sono stati studiati in modo approfondito per la rizobia simbiotica, hanno ricevuto poca attenzione nei batteri che formano associazioni meno intime con i loro ospiti9.

Pseudomonas donghuensis P482 è un ceppo di biocontrollo che inibisce la crescita di numerosi agenti patogeni batterici e fungini delle piante10,11. Originariamente isolato dalla rizosfera del pomodoro (Solanum lycopersicum L.), il batterio può anche colonizzare la rizosfera della patata12 e, come mostrato in questo studio, le radici del mais, rendendolo un modello promettente per lo studio dei tratti adattativi dell'ospite nelle specie promiscue. batteri colonizzatori delle radici.