CRONACAULISSE

I batteri e l’erba medica, una passione che dura da 58 milioni di anni

CRONACA – Si erano da poco estinti i dinosauri, quando le leguminose e i batteri azotofissatori cominciarono una relazione che li lega ancora oggi. A far luce sull’evento contribuisce uno studio pubblicato su Nature che annuncia il sequenziamento del genoma di un parente stretto dell’erba medica (Medicago truncatula), un modello di lunga data per lo studio della biologia dei legumi. Un team internazionale di ricercatori del John Innes Centre, presso il Norwich Research Park, ha mappato circa il 94 per cento dei suoi geni, svelando che la simbiosi mutualistica con i batteri azotofissatori risale a 58 milioni di anni fa. Grazie a essa, leguminose come l’erba medica, la soia, i piselli e le arachidi riescono a rifornirsi di ammoniaca, indispensabile per la propria crescita. Durante il processo di azotofissazione, i batteri simbionti – per lo più appartenenti ai generi Rhizobium e Bradyrhizobium – sintetizzano azoto ammonico a partire da quello atmosferico, che viene così trasformato in una forma utilizzabile dalle piante. In cambio, queste ultime offrono protezione ai batteri all’interno di noduli radicali, e li riforniscono di zuccheri e proteine.

I noduli radicali permettono alle leguminose e ad altre piante pioniere come gli ontani di colonizzare suoli poveri di nutrienti. In seguito all’infezione batterica, le cellule della radice cominciano a dividersi e danno origine a un nodulo di forma sferica o cilindrica. Nella sua parte periferica si localizzano i fasci vascolari che trasportano la linfa, collegati con quelli della radice, mentre all’interno si trova la cosiddetta zona a batteroidi, formata da grosse cellule parenchimatiche piene di batteri modificati in seguito alla simbiosi. I batteroidi sono in grado di fissare l’azoto atmosferico ma sono incapaci di moltiplicarsi per divisione cellulare. Anche gli agricoltori hanno imparato a sfruttare questa relazione di successo, per esempio coltivando a rotazione l’erba medica, che arricchisce di azoto il terreno, rendendolo naturalmente più fertile. Quando le condizioni sono favorevoli, infatti, i batteri dei noduli radicali fissano così tanto azoto da rilasciare quello in eccesso nel terreno circostante. A volte, poi, le stesse piante vengono interrate con l’aratura. La simbiosi tra le leguminose e i batteri azotofissatori rappresenta la più importante fonte naturale di composti azotati per l’agricoltura. Tra l’altro, essa limita il ricorso ai fertilizzanti sintetici, che comportano notevoli costi e rischi ambientali, come l’eutrofizzazione. Circa 58 milioni di anni fa, una mutazione cromosomica in un antenato di Medicago portò alla duplicazione del suo intero genoma, favorendo la comparsa di mutazioni vantaggiose e introducendo nuove funzioni, senza perdere quelle dei geni originari.

La formazione di un corredo cromosomico soprannumerario, nota come poliploidia, ha giocato un ruolo determinante nella rapida evoluzione di moltissime altre piante, tra cui specie di enorme importanza agricola come il grano. La principale novità evolutiva in Medicago fu proprio la comparsa di geni specializzati per l’interazione con i batteri azotofissatori, legati alla formazione dei noduli radicali. Le leguminose del genere Medicago sono diffuse principalmente nel bacino del Mediterraneo, e sembrano aver beneficiato della duplicazione del genoma, a giudicare anche dalla loro spettacolare radiazione adattativa successiva all’“incidente” genetico. Solo in Italia, il genere annovera una quarantina di specie. Il loro successo evolutivo è strettamente legato alla loro importanza economica per gli umani. Basti pensare che Medicago sativa, coltivata da noi principalmente in Pianura Padana, è diventata la pianta foraggera per eccellenza.

Oltre a far luce sull’evoluzione di queste piante, il sequenziamento del genoma di Medicago ha rivelato un numero di geni NBS-LRR, che conferiscono resistenza ai microrganismi patogeni, superiore a quello di qualsiasi altro genoma vegetale esaminato finora. Un’altra caratteristica che potrebbe rivelarsi molto utile per future applicazioni in campo agricolo.

6 Commenti

  1. Ho coltivato erba medica per 40 anni e la conosco molto bene,ma sono molto scettico sul fatto che a 58 milioni di anni fà ,improvvisamente un batterio si è messo in società con la pianta.Del resto noi e tutti gli animali sono dotati di molti microrganismi,che fra l’altro permettono di digerire i cibi ingeriti.Penso che tutti esseri umani,animali e piante abbiamo nel nostro DNA già i microrganismi ( nell’uomo 100 miliardi ) che vivono in simbiosi.Senza questi microrganismi,alcuni anche patogeni non ci sarebbe vita sulla Terra .:Abbiamo nel nostro DNA anche i batteri e virus che a un certo punto verranno attivati per farci morire.Siamo opera di un’ Disegno Intelligente. .

  2. @GiovanniM:
    Ehm…relativamente ai tuoi ”microrganismi nel DNA”/bomba a tempo: non so come dirtelo, ma di microbiologia non ci capisci nulla.

  3. Molto interessante!
    Ma da ignorante mi chiedo come si sia giunti a determinare una data di 58 milioni di anni fa e non ad esempio 19 o 72…

    Poi parlando di erba medica ricordo la scena di un film in cui veniva praticata una perforazione ad uno degli stomaci di una mucca che “era entrata nel campo di erba medica” e mostrava un addome gonfio. Ne aveva forse mangiata troppa? O era ancora troppo fresca rispetto a quando viene normalmente usata come foraggio e perciò fermentava in modo insolito producendo molto gas?
    Purtroppo il titolo del film non lo ricordo, di sicuro risale a prima del 1990 e raccontava della vita di una famiglia di contadini.

  4. Non sono un genetista, ma mi sembra di aver capito che questo dato emerge dal confronto con modelli di duplicazione e con genomi di altre leguminose: “Recent analyses of plant genomes indicate a shared whole-genome hexaploidy (WGH) preceding the rosid–asterid split at 140–150 Myr ago7. Duplication patterns and genomic comparisons strongly suggest an additional WGD approximately 58 Myr ago in the papilionoids8, 9. Near the time of this WGD, papilionoids radiated into several clades, the largest of which split quickly into two subclades, the Hologalegina (including M. truncatula and L. japonicus) and the milletioids (including G. max and other phaseoloids) at about 54 Myr ago2. We therefore compared M. truncatula pseudomolecules with other sequenced plant genomes to learn more about shared synteny and genome duplication history.” (dall’articolo originale di Nature).

    Per quanto riguarda l’intervento sulla pancia gonfia della mucca, potrebbe averlo visto ne “L’albero degli zoccoli” ma non ne sono sicuro. Il sintomo e la cura sono però descritti qui:

    Gonfiamento della pancia o Bloat.

    Il Bloat accade quando troppo gas è prodotto nel rumine. Il fianco di sinistra è dilatato e respirare diventa difficile. Ciò può accadere improvvisamente, particolarmente quando l’animale sta mangiando sul pascolo bagnato di mattina. Può causare la morte improvvisa (molto repentina, in un’ora). Lo stomaco dei ruminanti produce molto gas, normalmente l’animale espelle il gas una volta ogni minuto. Quando però non riesce ad espellere questo gas il rumine si gonfia a dismisura e comprime i polmoni creando una notevole difficoltà nella respirazione. Il Bloat può comparire la mattina quando l’erba è bagnata o coperta dalla brina. Alcune piante come per esempio l’erba medica, il trifoglio ed il ginestrino sono particolarmente indicate per causare il Bloat, ma tutte le piante a crescita rapida lo possono causare. Il rimedio è quello, se l’animale è nelle prime fasi del Bloat, di fargli bere (forzatamente con un tubo inserito nella gola) del bicarbonato di sodio mescolato ad acqua; se invece l’animale è agonizzante o quasi agonizzante, praticare un foro con un punteruolo o con un coltello molto affilato nel fianco sinistro, dove si nota un grosso rigonfiamento, con decisione ed in profondità; una esistazione porterà alla morte dell’animale.

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