Quando pensiamo al microbiota, in genere pensiamo al nostro intestino. Tuttavia, esiste un altro tipo di microbiota meno conosciuto, ma che svolge un ruolo centrale: il microbiota delle piante. In un articolo apparso sulla copertina della rivista "Science" il 2 ottobre 2025, il Prof. Niko Geldner e il suo team dell’Università di Losanna hanno svelato l’intricata rete del "fitobiota", dove, al riparo nel sottosuolo, batteri e radici coltivano una relazione d’amore dolceamara.
Il microbiota vegetale, noto anche come "fitobiota", è costituito da comunità di microrganismi batterici e fungini più o meno mutualistici o simbiotici. Una parte di questo microbiota, detta "rizosferica" dal greco "rhizo-" (radice), è intimamente associata alle radici. Per costruire un microbioma rizosferico altamente specializzato, le piante devono reclutare selettivamente i batteri del suolo. Il benessere della pianta dipende da questo. Le comunità batteriche influenzano lo sviluppo delle radici e quindi la salute della pianta in generale. Conferiscono alle piante la capacità di resistere a tutta una serie di stress ambientali. L’equilibrio rimane tuttavia fragile e, se la pianta è debole, alcuni microbi possono anche rivelarsi patogeni.
Un flusso vegetale attraente per i batteri
Ma come fanno le piante a fare questa selezione e a plasmare le loro comunità microbiche? Rilasciando essudati radicali, un liquido complesso che trasuda dalla pianta. Sebbene sappiamo che questa miscela di composti organici svolge un ruolo importante nella colonizzazione batterica, poco si sa su come, quando e dove viene rilasciata, in particolare su una scala spaziale rilevante per i batteri.
È proprio questo il problema studiato dal gruppo guidato da Niko Geldner, professore ordinario e direttore del Dipartimento di Biologia Molecolare Vegetale (DBMV) della Facoltà di Biologia e Medicina dell’Università di Losanna, in stretta collaborazione con il laboratorio del dottor Feng Zhou del Center for Excellence in Molecular Plant Science (CEMPS) di Shanghai e in collaborazione con colleghi tedeschi. I risultati sono pubblicati nel numero del 2 ottobre 2025 della rivista Science.
Somiglianze tra il regno animale e quello vegetale
Per comprendere meglio la ricerca condotta dai biologi, è utile un paragone: proprio come l’epitelio intestinale degli animali, l’endoderma radicale agisce come una barriera cellulare selettiva, limitando il libero flusso di nutrienti minerali al tessuto vascolare centrale delle radici. Al contrario, la barriera endodermica svolge anche un ruolo fondamentale nel prevenire la fuoriuscita di zuccheri, acidi organici, aminoacidi e altra materia organica ricca di energia prodotta dalla fotosintesi nel terreno, che è povero di questi composti. Durante la crescita o la ramificazione, la radice può attraversare momenti e aree di vulnerabilità. ad esempio, quando una radice laterale emerge dalla radice madre, una parte della barriera viene rotta per facilitare l’emergere della radichetta", spiega Niko Geldner, coautore dell’articolo. Se la barriera rotta viene successivamente riparata, la rottura provoca un flusso temporaneo verso l’esterno. Abbiamo osservato che i batteri si raggruppano e proliferano proprio in questo punto. La domanda era: cosa li attrae e li fa proliferare in questo modo?
Da qui l’ipotesi avanzata dagli scienziati: un’alterazione della barriera endodermica deve logicamente avere un’influenza sul reclutamento microbico e sulla composizione delle comunità. Non restava che chiarire il meccanismo alla base di questo fenomeno. Per farlo, sono stati utilizzati mutanti della pianta modello Arabidopsis thaliana, o Lady’s Slipper, in cui la barriera endodermica era assente o alterata. le nostre osservazioni hanno confermato che un’alterazione delle barriere endodermiche influisce profondamente sulla colonizzazione batterica", spiega Niko Geldner. Ci siamo quindi chiesti se i batteri fossero ghiotti di una o più sostanze particolari
Uso della fluorescenza per rilevare il metabolismo della glutammina
Gli autori hanno quindi cercato i composti la cui concentrazione era aumentata negli essudati radicali dei mutanti. Hanno riscontrato un netto aumento degli aminoacidi, soprattutto della glutammina, nei loro campioni. La glutammina svolge un ruolo importante nel trasporto dell’azoto ai germogli.
È qui che entra in gioco l’esperienza del laboratorio del professor Christoph Keel del Dipartimento di Microbiologia Fondamentale dell’Università di Losanna. Da diversi decenni si interessa a un batterio molto specifico, lo Pseudomonas protegens CHA0, che si sviluppa molto bene su diverse piante, tra cui le radici della scarpetta di mare, e può proteggerle dalle malattie fungine. Manipolando geneticamente questo batterio modello, i biologi sono riusciti a dimostrare che questi microrganismi sono fortemente attratti dalla glutammina. "Abbiamo generato batteri che hanno perso la capacità di sentire l’odore della glutammina. Non erano quindi in grado di trovare i siti in cui emergevano le radichette", riferisce il dottor Huei-Hsuan Tsai, borsista del gruppo del professor Geldner e primo autore dello studio. Inoltre, i ricercatori hanno potuto constatare di persona che i batteri utilizzano effettivamente la glutammina per la loro crescita, grazie allo sviluppo di un sistema di fluorescenza che si attiva solo quando la glutammina viene metabolizzata.
Questo aminoacido è quindi un segnale importante che permette ai batteri di trovare e colonizzare specifici siti di fuoriuscita sulla superficie della radice. "Abbiamo dimostrato che i batteri si adattano metabolicamente a questa nicchia ricca di glutammina e utilizzano la glutammina come fonte di carbonio, consentendo loro di proliferare ancora di più", continua Huei-Hsuan Tsai.
Il microbiota, una parte essenziale della soluzione
Questi diversi risultati dimostrano che la perdita localizzata di glutammina dal sistema vascolare è un fattore importante per la colonizzazione batterica. Illustrano le interazioni dinamiche tra radici e microbi. Nel loro lavoro futuro, Niko Geldner e il suo team cercheranno di comprendere meglio quali altre sostanze possono attirare i batteri, ad esempio in varie condizioni di stress: "Le piante possono infatti modificare la composizione del loro essudato in base ai vincoli ambientali a cui sono sottoposte (siccità, temperature estreme, salinità, mancanza di luce, ecc.) e quindi potenzialmente attirare altri tipi di batteri", spiega Niko Geldner.
E che dire di una potenziale applicazione in agricoltura, vista la spinta a ridurre l’uso di fertilizzanti e pesticidi sulle colture? "Nonostante il comprovato potenziale dei batteri, ogni terreno è diverso e contiene un’immensa varietà di microbiota. È quindi estremamente difficile garantire che un certo tipo di batteri attecchisca e protegga un certo tipo di pianta. Per il momento, è molto complicato indagare su ciò che accade nel mondo reale. In laboratorio, stiamo cercando di chiarire i principi di base eseguendo simulazioni su comunità di batteri più semplici, di cui controlliamo la composizione. Ma una cosa è certa: il microbiota fa parte della salute delle nostre colture vegetali. Se non lo prendiamo in considerazione, non riusciremo mai a capire veramente cosa succede nei nostri campi", conclude lo specialista.
