Ecological filtering and functional reassembly of drought-adapted rhizosphere microbiomes from xerophytes to tomato
ProgettoIl progetto ROOTSHIFT studia come i microbiomi della rizosfera adattati alla siccità si riorganizzano dopo il trasferimento in una nuova pianta ospite in condizioni di stress idrico. Sebbene i microbiomi della rizosfera siano sempre più riconosciuti come importanti contributori alla resilienza delle piante alla siccità, i processi ecologici che regolano l'insediamento, la persistenza e la stabilizzazione del microbioma dopo il trapianto sono ancora poco compresi. La maggior parte degli studi continua a trattare il trasferimento del microbioma come un semplice processo di inoculazione, mentre recenti evidenze suggeriscono che gli esiti del trapianto siano fortemente influenzati dalla coalescenza della comunità, dal filtraggio mediato dall'ospite e dalle dinamiche di riassemblaggio del microbioma.
Il progetto si basa sull'ipotesi che l'esito funzionale del trapianto del microbioma della rizosfera non dipenda dalla persistenza passiva dei microrganismi donatori, bensì dai processi di riorganizzazione guidati dall'ospite che si verificano all'interfaccia radice-suolo in condizioni di siccità.
Tre specie donatrici xerofite selvatiche, naturalmente adattate alle condizioni di siccità mediterranee, saranno campionate all'interno della Riserva Naturale Regionale “Sentina” (costa adriatica centrale, Italia), tra cui due specie selvatiche di Solanaceae filogeneticamente imparentate con il pomodoro e una specie xerofita filogeneticamente distante. Il suolo in massa e il suolo della rizosfera saranno analizzati per distinguere i serbatoi microbici ambientali dalle comunità rizosferiche selezionate dalla pianta. I tessuti radicali e i campioni di rizosfera saranno inoltre sottoposti a caratterizzazione metabolomica per identificare le impronte metaboliche potenzialmente coinvolte nell'adattamento alla siccità e nel reclutamento del microbioma.
I campioni di suolo della rizosfera donatori saranno quindi trasferiti in sistemi di rizobox per pomodori in regime idrico controllato. I rizobox forniranno una piattaforma con risoluzione spaziale e temporale che consentirà il monitoraggio standardizzato della crescita delle radici, dello sviluppo della rizosfera e delle interazioni pianta-microbioma durante la progressione della siccità. Un esperimento pilota in rizobox ottimizzerà inizialmente la dose di inoculo, il tempo di colonizzazione e l'intensità della siccità, seguito da un esperimento su vasta scala che includerà cinque trattamenti di inoculo, tre regimi idrici e tre fasi di campionamento temporalmente risolte.
Il progetto integrerà metabarcoding batterico, fungino e protista, metabolomica, tracciamento delle fonti, analisi di reti ecologiche, metriche di assemblaggio della comunità, risposte fisiologiche delle piante e profilazione dello stress ossidativo mitocondriale. Questo approccio consentirà la quantificazione della persistenza del donatore, della selezione della rizosfera, del riassemblaggio del microbioma e delle risposte delle piante alla siccità attraverso indici ecologici e fisiologici specifici.
ROOTSHIFT fornirà un quadro meccanicistico che collega l'assemblaggio del microbioma della rizosfera, il filtraggio ecologico e la resilienza delle piante alla siccità, contribuendo a una comprensione più predittiva delle interazioni pianta-suolo-microbioma adattate alla siccità e alla loro rilevanza per le future strategie agroecologiche in un contesto di crescente variabilità climatica.
Il progetto si basa sull'ipotesi che l'esito funzionale del trapianto del microbioma della rizosfera non dipenda dalla persistenza passiva dei microrganismi donatori, bensì dai processi di riorganizzazione guidati dall'ospite che si verificano all'interfaccia radice-suolo in condizioni di siccità.
Tre specie donatrici xerofite selvatiche, naturalmente adattate alle condizioni di siccità mediterranee, saranno campionate all'interno della Riserva Naturale Regionale “Sentina” (costa adriatica centrale, Italia), tra cui due specie selvatiche di Solanaceae filogeneticamente imparentate con il pomodoro e una specie xerofita filogeneticamente distante. Il suolo in massa e il suolo della rizosfera saranno analizzati per distinguere i serbatoi microbici ambientali dalle comunità rizosferiche selezionate dalla pianta. I tessuti radicali e i campioni di rizosfera saranno inoltre sottoposti a caratterizzazione metabolomica per identificare le impronte metaboliche potenzialmente coinvolte nell'adattamento alla siccità e nel reclutamento del microbioma.
I campioni di suolo della rizosfera donatori saranno quindi trasferiti in sistemi di rizobox per pomodori in regime idrico controllato. I rizobox forniranno una piattaforma con risoluzione spaziale e temporale che consentirà il monitoraggio standardizzato della crescita delle radici, dello sviluppo della rizosfera e delle interazioni pianta-microbioma durante la progressione della siccità. Un esperimento pilota in rizobox ottimizzerà inizialmente la dose di inoculo, il tempo di colonizzazione e l'intensità della siccità, seguito da un esperimento su vasta scala che includerà cinque trattamenti di inoculo, tre regimi idrici e tre fasi di campionamento temporalmente risolte.
Il progetto integrerà metabarcoding batterico, fungino e protista, metabolomica, tracciamento delle fonti, analisi di reti ecologiche, metriche di assemblaggio della comunità, risposte fisiologiche delle piante e profilazione dello stress ossidativo mitocondriale. Questo approccio consentirà la quantificazione della persistenza del donatore, della selezione della rizosfera, del riassemblaggio del microbioma e delle risposte delle piante alla siccità attraverso indici ecologici e fisiologici specifici.
ROOTSHIFT fornirà un quadro meccanicistico che collega l'assemblaggio del microbioma della rizosfera, il filtraggio ecologico e la resilienza delle piante alla siccità, contribuendo a una comprensione più predittiva delle interazioni pianta-suolo-microbioma adattate alla siccità e alla loro rilevanza per le future strategie agroecologiche in un contesto di crescente variabilità climatica.