Valutazione dell'efficacia protettiva delle comunità microbiche sintetiche contro Fusarium culmorum nelle piante di mais

Many studies have highlighted the fundamental role of rhizosphere microorganisms in plant health, suggesting that the use of microbial inoculants could be an effective strategy for sustainable agriculture. It has been demonstrated that some soils possess suppressive abilities against specific diseases, thanks to the present microbiota. This thesis, conducted at the "Netherlands Institute of Ecology" (NIOO-KNAW) in Wageningen and at the "Centro dell’Innovazione" in Turin, analyzes how the microbiota of suppressive soils can protect maize plants (Zea mays) from the pathogen Fusarium culmorum, a pathogenic fungus that poses a threat to agricultural production. To evaluate the suppressive capacity of the microbiota, nine synthetic microbial communities (SynCom) were formulated, each composed of five bacterial strains. These communities were inoculated in the laboratory into maize plants infected with Fusarium, and morphological and chemical analyses were conducted to measure their benefits. Additionally, all 44 strains used in the SynCom were individually tested in vitro against the fungus to assess their ability to inhibit mycelium growth. The results of this study enrich the limited existing knowledge on the subject, demonstrating how the strains of SynCom6, including Pristimantibacillus sp., Labilithrix sp., Sphingopyxis sp001427085, Bacillus altitudinis, and Bacillus cereus, significantly promoted plant growth in terms of biomass, even though the plants inoculated with SynCom6 did not show alterations in nutrient content in the leaves. Furthermore, the strains of SynCom9, such as Sphingopyxis sp001427085, Plantibacter cousiniae, Peribacillus frigoritolerans, Comamonas tsuruhatensis, and Erwinia persicina, effectively suppressed the pathogen. The reduced iron content in infected plants inoculated with SynCom9 may suggest a role in the disease suppression mechanism. In particular, the presence of the species Sphingopyxis sp001427085 showed common beneficial effects across all microbial communities in which it was included. The strain B19 of the genus Janthinobacterium significantly inhibited fungal mycelium growth in isolated cultures, positioning it as a key species. Additionally, SynCom10 did not show significant effects on growth or pathogen suppression. However, the increased micronutrient content, such as Fe and Zn, in infected plants inoculated with SynCom10 suggests a role for this SynCom in the mineral nutrition processes of maize plants. These results represent a preliminary contribution to understanding the suppression mechanisms of soil microbial communities for controlling crop pathogens

Molti studi hanno evidenziato il ruolo fondamentale dei microrganismi rizosferici per la salute vegetale, suggerendo che l'impiego di inoculi microbici possa costituire una strategia efficace per l'agricoltura sostenibile. È stato dimostrato che alcuni suoli possiedono una capacità soppressiva nei confronti di specifiche malattie, grazie al microbiota presente. Questa tesi, realizzata presso il "The Netherlands Institute of Ecology" (NIOO-KNAW) di Wageningen e presso il “Centro dell'Innovazione” di Torino, analizza come il microbiota di suoli soppressivi possa proteggere le piante di mais (Zea mays) dall'agente patogeno Fusarium culmorum, un fungo patogeno che rappresenta una minaccia per la produzione agricola. Per valutare la capacità soppressiva del microbiota, sono state formulate nove comunità microbiche sintetiche (SynCom), ognuna composta da cinque ceppi batterici. Queste comunità sono state inoculate in laboratorio su piante di mais infette da Fusarium, e sono state condotte analisi morfologiche e chimiche per misurarne i benefici. Inoltre, tutti i 44 ceppi utilizzati nelle SynCom sono stati testati singolarmente in vitro contro il fungo per valutare la loro capacità di inibire il micelio. I risultati di questo studio arricchiscono le poche conoscenze esistenti sull’argomento dimostrando come i ceppi della SynCom6, tra cui Pristimantibacillus sp., Labilithrix sp., Sphingopyxis sp001427085, Bacillus altitudinis e Bacillus cereus, hanno promosso significativamente la crescita delle piante in termini di biomassa, nonostante le piante inoculate con SynCom6 non abbiano manifestato alterazioni nel contenuto dei nutrienti nella foglia. Inoltre i ceppi della SynCom9, come Sphingopyxis sp001427085, Plantibacter cousiniae, Peribacillus frigoritolerans, Comamonas tsuruhatensis ed Erwinia persicina, hanno soppresso efficacemente il patogeno. Il ridotto contenuto di ferro in piante infette ed inoculate con SynCom9 potrebbe suggerire un ruolo nel meccanismo di soppressione della malattia. In particolare, la presenza della specie Sphingopyxis sp001427085 ha mostrato effetti benefici comuni in tutte le comunità microbiche in cui è inclusa. Il ceppo B19 del genere Janthinobacterium ha significativamente inibito la crescita del micelio fungino in colture isolate, candidandolo come specie chiave. Inoltre, la SynCom10 non ha mostrato particolari effetti sulla crescita e sulla soppressione del fungo patogeno. Tuttavia, l’aumento del contenuto di micronutrienti come Fe e Zn in piante infette ed inoculate con SynCom10, suggeriscono un ruolo di tale SynCom nei processi di nutrizione minerale in piante di mais. Questi risultati rappresentano un contributo preliminare alla comprensione dei meccanismi di soppressione delle comunità microbiche del suolo per il controllo di agenti patogeni per le colture.