Ruolo degli mVOC nell'interazione pianta-microorganismi: Meccanismi, implicazioni ecologiche e potenziali applicazioni

Microbial Volatile Organic Compounds (mVOCs) are secondary metabolites produced by microorganisms such as fungi, bacteria, and protozoa. These compounds form a heterogeneous group of molecules as they belong to different chemical classes, but they all share a low molecular weight, low vapor pressure, and limited solubility in water. The diversity of mVOCs is due to the various biosynthetic pathways from which they originate, and their emission is also modulated by biotic and abiotic factors. Following the perception of these compounds, plants can respond through hormonal activity modulation, increasing the uptake of specific nutrients, such as iron and sulfur, and activating resistance mechanisms against biotic and abiotic stress. It has been shown that certain mVOCs emitted by pathogens can activate two defense mechanisms in plants: Induced Systemic Resistance (ISR) against necrotrophic pathogens, and Systemic Acquired Resistance (SAR) against biotrophic pathogens. Despite advancements in understanding the biosynthesis and emission mechanisms and the effects of VOCs in plants, the molecular perception mechanisms and signaling pathways activated by plants remain unclear. Several studies suggest the existence of multiple specific receptors and the involvement of pathways regulating specific hormone levels in the signaling mechanisms activated by mVOCs. To evaluate the effects induced on root growth in Arabidopsis thaliana following exposure to the volatilome of the pathogenic bacterium Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (P.s.), six experiments were set up. The aim was to define the experimental setup for subsequent studies. The collected data show that exposure to mVOCs from P.s. induces a phenotypic response in A. thaliana. In particular, plants treated with mVOCs show either increased or decreased primary root growth compared to the control, depending on the number and duration of exposures. Specifically, prolonged exposure with multiple volatile emissions will be the setup used in subsequent experiments aimed at clarifying the perception mechanisms and signaling pathways involved. Additionally, deepening knowledge in this field is necessary to allow the use of mVOCs and Plant Growth-Promoting Rhizobacteria (PGPRs) in agriculture, as growth promoters or as alternatives/adjuvants to pesticides for pathogen control.

I microbial Volatile Organic Compounds (mVOCs) sono metaboliti secondari prodotti da microrganismi quali funghi, batteri e protozoi. Questi sono un gruppo eterogeneo di molecole poiché appartengono a diverse classi chimiche, ma sono tutti accomunati da un basso peso molecolare, una bassa tensione di vapore ed una ridotta capacità di solubilizzazione in acqua. La varietà degli mVOCs è dovuta alle diverse vie di biosintesi da cui derivano ed inoltre la loro emissione è modulata da fattori biotici e abiotici. A seguito della percezione di questi composti, la pianta può rispondere attraverso una modulazione dell’attività ormonale, aumentando l’assorbimento di specifici nutrienti, come ferro e zolfo e attivando meccanismi di resistenza contro stress di natura biotica ed abiotica. È stato dimostrato che alcuni mVOCs emessi da agenti patogeni possono attivare nella pianta due meccanismi di difesa: la resistenza sistemica indotta (ISR), verso patogeni necrotrofi, e la resistenza sistemica acquisita (SAR), verso patogeni biotrofi. Nonostante i progressi sulla conoscenza dei meccanismi di biosintesi ed emissione e degli effetti prodotti dai VOCs nelle piante, sono ancora poco chiari i meccanismi molecolari di percezione e i pathways di segnalazione attivati dalle piante. Diversi studi suggeriscono l’esistenza di più recettori specifici e l’implicazione di vie di regolazione dei livelli di specifici ormoni nei meccanismi di segnalazione attivati dagli mVOCs. Per valutare gli effetti indotti sulla crescita radicale in Arabidopsis thaliana a seguito dell’esposizione con il volatiloma del batterio patogeno Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000 (P.s.), sono stati allestiti sei esperimenti. Lo scopo era la definizione del setup sperimentale per i successivi studi. I dati raccolti mostrano che l’esposizione agli mVOC di P.s. induce una risposta fenotipica in A. thaliana. In particolare, le piante trattate con mVOC mostrano una maggiore o minore crescita della radice primaria rispetto al controllo, dipendente dal numero di esposizioni e dal tempo di esposizione. In particolare un’esposizione prolungata con più immissioni di volatili sarà il setup utilizzato nei successivi esperimenti che saranno volti a chiarire quali siano i meccanismi di percezione e le vie di segnalazione coinvolte. Inoltre, approfondire le conoscenze in questo campo è necessario per permettere l’utilizzo di mVOCs e Plant Growth Promotion Rhizobacteria (PGPRs) in campo agronomico, come promotori della crescita o come alternativa/coadiuvanti a fitofarmaci per il controllo dei patogeni.