Un fungo simbiotico aiuta le piante in caso di siccità

Una metamorfosi radicale: nel corso della sua evoluzione un fungo ha perso determinati geni potenzialmente nocivi per la pianta ospite, in modo da poter dare vita con lei a un’associazione simbiotica. Inoltre aiuta la pianta a superare i periodi di siccità. Sono i dati che emergono dall’analisi del genoma del fungo Cenococcum geophilum che è stato decodificato per la prima volta da un team di scienziati sotto la direzione dell’Istituto federale di ricerca WSL e dell’istituto di ricerca francese INRA.

Una metamorfosi radicale: nel corso della sua evoluzione un fungo ha perso determinati geni potenzialmente nocivi per la pianta ospite, in modo da poter dare vita con lei a un’associazione simbiotica. Inoltre aiuta la pianta a superare i periodi di siccità. Sono i dati che emergono dall’analisi del genoma del fungo Cenococcum geophilum che è stato decodificato per la prima volta da un team di scienziati sotto la direzione dell’Istituto federale di ricerca WSL e dell’istituto di ricerca francese INRA.

Il C. geophilum è un cosiddetto fungo micorrizico che crea un’associazione simbiotica (simbiosi) con le piante del bosco. I filamenti del fungo crescono nel terreno così come negli apici vegetativi delle radici delle piante e intorno ad essi e, grazie alla fitta rete che formano, le aiutano ad assorbire l’acqua e le sostanze nutritive contenute nel suolo. Ai funghi micorrizici appartengono i cosiddetti funghi commestibili come il porcino, il gallinaccio e il tartufo.

Il C. geophilum è uno dei funghi micorrizici più comuni delle zone artiche, temperate e subtropicali, presente soprattutto nei biotopi più estremi. Le punte delle radici intrecciate con i filamenti del fungo sono rinforzate con melanina, un pigmento scuro che colora anche i capelli umani, e resistono più a lungo alla siccità rispetto ad altre specie di funghi micorrizici. Queste micorrize sono sorprendentemente frequenti in caso di intense siccità. Gli autori dello studio suppongono che il fungo C. geophilum giochi un ruolo importante nella resistenza alla siccità delle sue piante ospiti.

I ricercatori del WSL e dell’istituto di ricerca francese INRA di Nancy, che partecipano al progetto di cooperazione NFZ.forestnet, hanno decodificato per la prima volta il genoma del fungo insieme al Joint Genome Institute (JGI) e ad altri istituti di ricerca. In seguito hanno confrontato il genoma e i suoi prodotti con 60 genomi di funghi già decodificati in precedenza e si sono imbattuti in dettagli sorprendenti, che hanno illustrato nella rivista specializzata Nature Communications.

Il fungo crea numerosi canali d’acqua

Due dei tre geni di C. geophilum maggiormente attivati nella simbiosi servono alla creazione di canali d’acqua attraverso le membrane cellulari, denominati acquaporine. Durante i periodi di siccità, il fungo riorganizza drasticamente la produzione di questi canali d’acqua, cosa che probabilmente gioca un ruolo fondamentale nella capacità di adattarsi alla siccità da parte delle piante ospiti. I ricercatori hanno inoltre trovato molti geni che vengono attivati in simbiosi e producono proteine di trasmissione del segnale che fungono da “postini” nella comunicazione tra pianta ospite e fungo.

D’altro canto, in seguito alla sua stretta alleanza con le piante, il fungo ha perso centinaia di geni. Il C. geophilum è l’unico fungo micorrizico all’interno di una grande classe di funghi alla quale appartengono numerosi agenti patogeni che causano malattie delle piante. Il C. geophilum ha così perso la maggior parte dei geni produttori di enzimi che usa per decomporre le pareti cellulari delle piante e ottenere carbonio. Questa è un’importante caratteristica degli agenti patogeni, ma anche dei funghi che decompongono materiale organico morto nel suolo. Il fungo evita così che la pianta ospite attivi la sua difesa contro di lui. Senza questi enzimi si mette completamente alle dipendenze della pianta, che gli fornisce carbonio sotto forma di zuccheri.

Anche se molte volte nel corso dell’evoluzione la simbiosi tra funghi e piante si è sviluppata in modo indipendente, i genomi di vari funghi micorrizici presentano sorprendenti somiglianze. Gli stessi adattamenti allo stile di vita simbiotico riscontrati nel fungo C. geophilum sono presenti anche nei funghi le cui linee di discendenza si sono separate già 100 milioni di anni fa.

Gli autori sottolineano che, se combinata con gli studi fisiologici ed ecologici, la genomica può portare alla luce nuovi interessanti nessi, ad esempio in merito ai rapporti tra le comunità micorriziche, gli importanti processi di terreno e la produzione di biomassa nel bosco. Simili conoscenze possono ad favorire la selezione di ceppi di C. geophilum resistenti alla siccità per aiutare le piante situate in regioni progressivamente più aride.

Dr. Francis Martin
UMR Interactions Arbres/Micro-organismes
Département Ecologie des Forêts, Prairies et milieux Aquatiques
Centre Inra de Nancy, Frankreich
Tel. +33 383 39 40 80
fmartin(at)nancy.inra.fr