Ruolo della simbiosi micorrizica nelle emissioni di composti organici volatili delle piante

My thesis paper explores the role of mycorrhizal symbiosis in the emission of volatile organic compounds (VOCs) in plants. In particular, it focuses on how these mutualistic fungi influence the production of VOCs, which in turn have a fundamental importance for communication between plants and their defensive responses against biotic and abiotic stresses. VOCs are volatile chemicals released by plants in response to various stimuli and serve multiple functions, the most important being defence against herbivores and pathogens and signalling to neighbouring plants. Mycorrhizal symbiosis, especially arbuscular symbiosis (AM), is a mutualistic interaction in which fungi give nutrients such as phosphorus and nitrogen to plants in exchange for carbon compounds derived from photosynthesis. This exchange not only improves plant growth and health, but also modulates VOC production, influencing both the plant's defences and interactions with its environment, including herbivores and other microorganisms. Four scientific papers were analysed to explore this topic. The first paper describes how Medicago truncatula roots produce many VOCs when brought into contact with an AM fungus or a pathogenic oomycete, but VOC profiles differ depending on exposure to the symbiont or pathogen. The second studies the role of AM symbiosis on VOC emissions in two Asclepias species and how this affects the amount of VOCs emitted, relating it to the action of aphids, which are more attracted to the plants themselves. The third article shows how AM fungi and aphids interact to modify the quality of the host plant and VOC emissions; in particular, depending on the time of inoculation with AM fungi versus exposure to aphids, plants are more or less attractive to aphids. Furthermore, VOC production is shown to differ depending on whether the exposure is to aphids alone or to AM fungi alone. The last study analyses tomato plants and their interaction with herbivorous insects and their predators and exposure to two types of fungi, one AM and one growth-promoting fungi: it is shown that inoculation with these fungi, together with the action of herbivorous insects, increases the attraction of plants towards predatory insects in the case of herbivory. In summary, the paper demonstrates that mycorrhizal symbiosis significantly alters VOC emissions, improving the ability of plants to resist stress and communicate with other plants and organisms. These findings are key to better understanding ecological interactions and plant defence mechanisms, with potential implications for sustainable agriculture and ecosystem management.

Il mio elaborato di tesi esplora il ruolo della simbiosi micorrizica nell'emissione di composti organici volatili (VOC) nelle piante. In particolare, si concentra su come questi funghi mutualistici influenzano la produzione di VOC, che a loro volta hanno un'importanza fondamentale per la comunicazione tra piante e per le loro risposte difensive contro stress biotici e abiotici. I VOC sono sostanze chimiche volatili rilasciate dalle piante in risposta a vari stimoli e servono a molteplici funzioni, tra le più importanti ci sono la difesa contro erbivori e patogeni e la segnalazione alle piante vicine. La simbiosi micorrizica, specialmente quella arbuscolare (AM), è un'interazione mutualistica in cui i funghi cedono alle piante nutrienti come fosforo e azoto in cambio di composti del carbonio derivati dalla fotosintesi. Questo scambio, oltre a migliorare la crescita e la salute della pianta, modula la produzione dei VOC, influenzando sia le difese della pianta sia le interazioni con l'ambiente circostante, compresi gli erbivori e altri microorganismi. Per approfondire l’argomento sono stati analizzati quattro articoli scientifici. Il primo lavoro descrive come le radici di Medicago truncatula producano molti VOC se messe a contatto con un fungo AM o un oomicete patogeno, ma i profili VOC sono diversi a seconda dell’esposizione al simbionte o al patogeno. Il secondo studia il ruolo della simbiosi AM sulle emissioni VOC in due specie di Asclepiade e come questo influenzi la quantità di VOC emessi, mettendolo in relazione con l’azione degli afidi, che vengono maggiormente attratti nei confronti delle piante stesse. Il terzo articolo evidenzia come i funghi AM e gli afidi interagiscano per modificare la qualità della pianta ospite e le emissioni di VOC; in particolare, a seconda del momento dell’inoculazione con funghi AM rispetto all’esposizione agli afidi le piante risultino più o meno attraenti verso gli afidi stessi. Inoltre, si dimostra una produzione di VOC diversificata a seconda che l’esposizione sia ai soli afidi o ai soli funghi AM. L'ultimo studio analizza le piante di pomodoro e la loro interazione con insetti erbivori e loro predatori e l’esposizione a due tipi di funghi, uno AM e uno promotore della crescita: si dimostra che l’inoculazione con questi funghi, insieme all’azione degli insetti erbivori, aumenta l'attrazione delle piante verso gli insetti predatori in caso di erbivoria. In sintesi, l'elaborato dimostra che la simbiosi micorrizica altera in modo significativo le emissioni di VOC, migliorando la capacità delle piante di resistere agli stress e di comunicare con altre piante e organismi. Questi risultati sono fondamentali per comprendere meglio le interazioni ecologiche e i meccanismi di difesa delle piante, con implicazioni potenziali per l'agricoltura sostenibile e la gestione degli ecosistemi.