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Dec 02, 2023

L’infezione da Xanthomonas e lo stress da ozono influenzano nettamente la struttura della comunità microbica e le interazioni nella fillosfera del peperone

ISME Communications volume 3,

Comunicazioni ISME volume 3, articolo numero: 24 (2023) Citare questo articolo

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Mentre la risposta fisiologica e trascrizionale dell’ospite agli stress biotici e abiotici è stata intensamente studiata, si sa poco sulla resilienza dei microbiomi associati e sul loro contributo alla tolleranza o alla risposta a questi stress. Abbiamo valutato l’impatto dell’elevato ozono troposferico (O3), individualmente e in combinazione con l’infezione da Xanthomonas perforans, in condizioni di campo in camera aperta sull’esito complessivo della malattia su cultivar di peperone resistenti e sensibili e sulla loro struttura, funzione e rete di interazione del microbioma associato. durante tutta la stagione di crescita. L'infezione da parte dell'agente patogeno ha prodotto una struttura e funzioni distinte della comunità microbica sulla cultivar sensibile, mentre il concomitante stress da O3 non ha ulteriormente alterato la struttura e la funzione della comunità. Tuttavia, lo stress da O3 ha esacerbato la gravità della malattia sulle cultivar resistenti. Questa alterata gravità della malattia è stata accompagnata da una maggiore eterogeneità nei conteggi della popolazione associata di Xanthomonas, sebbene non fosse evidente alcun cambiamento significativo nella densità complessiva del microbiota, nella struttura della comunità microbica e nella funzione. Le reti di co-occorrenza microbica sottoposte a stress simultaneo da O3 e agenti patogeni hanno indicato uno spostamento nei taxa più influenti e una rete meno connessa, che potrebbe riflettere la stabilità alterata delle interazioni tra i membri della comunità. L’aumento della gravità della malattia su cultivar resistenti può essere spiegato da tale rete di co-occorrenza microbica alterata, che indica l’alterato scudo profilattico associato al microbioma contro i patogeni in condizioni di O3 elevato. I nostri risultati dimostrano che le comunità microbiche rispondono distintamente a fattori di stress individuali e simultanei, in questo caso lo stress da O3 e l’infezione da agenti patogeni, e possono svolgere un ruolo significativo nel prevedere come cambierebbero le interazioni pianta-patogeno di fronte al cambiamento climatico.

La fillosfera (parti fuori terra) delle piante è un habitat unico, povero di nutrienti ed è abitato da vari microrganismi procarioti ed eucarioti [1] che colonizzano la superficie fogliare (epifiti) o l'interno del tessuto fogliare (endofiti) [2, 3] . L’assemblaggio e la successione della comunità microbica fogliare sono influenzati da processi deterministici e stocastici. Sebbene la dispersione dalle piante vicine e altri fattori demografici come l’identità e l’età dei vicini contribuiscano alla diversità del microbioma della fillosfera [4], fattori ospiti della pianta come il genotipo dell’ospite, lo stadio di sviluppo [5] e la resistenza dell’ospite [6] modellano l’assemblaggio del microbioma . Questo filtraggio del microbioma da parte dell’ospite è osservato a causa della diversa disponibilità di risorse sulla superficie fogliare [7], delle diverse proprietà fisiche [8] e dei segnali di difesa dell’ospite [9, 10].

È noto che i membri del microbioma della fillosfera svolgono un ruolo nell'acquisizione dei nutrienti [11], nella crescita e nella produttività delle piante [12] e nella tolleranza a vari stress biotici e abiotici [13,14,15,16,17]. L’invasione di agenti patogeni è uno degli stress biotici più influenti che influenzano l’assemblaggio microbico delle piante nella fillosfera [18]. Gli agenti patogeni possono modificare l'habitat mediante la secrezione di fattori di virulenza, biosurfattanti o ormoni, aumentando così la disponibilità di risorse per far prosperare altri colonizzatori residenti, compresi gli opportunisti [19, 20]. Gli agenti patogeni possono anche influenzare la microflora residente attraverso la concorrenza di nicchia o di risorse [1, 18, 19, 21]. Anche i segnali di difesa delle piante attivati ​​in risposta all’attacco dei patogeni sono stati indicati come fonte di alterazione della comunità della fillosfera [16, 22]. Indipendentemente dalla fonte del cambiamento nella comunità della fillosfera, si ritiene che i membri dominanti ripristinino la stabilità in questa comunità disturbata [23]. Inoltre, prove crescenti hanno suggerito che le piante possono reclutare microbi nella fillosfera che offrono protezione contro i patogeni [24,25,26], indicando un assemblaggio del microbioma che sopprime la malattia nella fillosfera in risposta al patogeno simile a quanto osservato nella rizosfera [ 27, 28]. La struttura e la composizione della comunità microbica della fillosfera sono modellate anche dalla risposta della pianta ospite agli stress abiotici, come la siccità [29, 30], l'aumento della temperatura superficiale o il riscaldamento [31,32,33], l'elevata CO2 [34] e la radiazione ultravioletta [ 35].