Ruolo del pH nell'interazione biologica e molecolare tra Fusarium oxysporum f.sp. Lycopersici e rizobatteri su piante di pomodoro

La capacità di adattamento ambientale mediante variazione del pH è un aspetto fondamentale per il quale sia eucarioti che procarioti investono molto in termini energici. L’interazione tra F. oxysporum f.sp. lycopersici e Solanum lycopersicum è influenzata dalla reciproca modificazione del pH della rizosfera. Mentre gli essudati radicali tendono ad acidificare l'ambiente extracellulare, la proliferazione di Fol produce l’alcalinizzazione dei siti di infezione. Inoltre, le secrezioni radicali creano condizioni che promuovono la proliferazione di differenti microrganismi che a loro volta alterano il pH della nicchia ecologica. I rizobatteri, tra cui anche Rahnella aquatilis e Pseudomonas fluorescens, condividono gli stessi meccanismi di acidificazione extracellulare, come ad esempio la produzione di acido gluconico grazie all’attività enzimatica della glucosio deidrogenasi (Gcd). In tale ambito, la presente tesi ha avuto lo scopo di valutare il ruolo dell’enzima batterico Gcd, quindi dell’acido gluconico, nel controllo biologico di Fol. Sulla base dei risultati ottenuti è possibile affermare che il gene batterico Gcd ha un ruolo chiave nel controllo biologico di Fol, ma con implicazioni opposte nei due batteri. In P. fluorescens CHA0 la mutazione knockout del gene Gcd aumenta l'efficacia dell’attività antagonistica nei confronti di Fol, dovuta ad una maggiore sintesi di agenti chelanti. Inoltre, analizzando il fenotipo di mutanti knockout, singoli e doppi, per geni codificanti per le vie biosintetiche dei composti antifungini, 2,4-diacetylphloroglucinol (2,4-DAPG) e pyoluteorin (PLT), è possibile affermare che queste molecole non hanno un ruolo cruciale nella inibizione fungina. R. aquatilis ha una forte attività di acidificazione extracellulare, capacità persa dai mutanti Δgcd. Per quest’ultima specie batterica l'acidificazione della rizosfera può essere considerata la principale modalità di azione di controllo biologico di Fol. Infatti, impedendo l'acidificazione della rizosfera, mediante aggiunta di soluzioni tampone oppure per mezzo di mutazioni nel gene Gcd, l’attività antagonistica si riduce drasticamente. Come altro analizzato, la produzione di acido fusarico da parte di Fol, ha permesso di comprendere meglio l'influenza del pH sulla virulenza di questo patogeno. In generale, i risultati ottenuti hanno evidenziato l’esistenza di una reazione tra produzione di acido fusarico e aumento del pH extracellulare e maggiore capacità chelante del brodo colturale del mezzo di crescita fungina. E’ stato visto inoltre, come anche la fonte azotata ha influenza sul pH extracellulare e di conseguenza sulla produzione di acido fusarico da parte di Fol. Nel ceppo wild type di Fol la produzione di acido fusarico è anche risultata alterata da variabili chimiche connesse con la disponibilità di ferro. Infatti, in presenza di agenti chelanti (pioverdina ed EDTA) o pH alcalino tamponato la sintesi di questo metabolita da parte del patogeno aumenta, mentre si riduce drasticamente in presenza di ferro o pH acido tamponato. È stata anche osservata la migliore tolleranza all’acido fusarico da parte del mutante knockout Δgcd (ceppo CHA1196) di P. fluorescens rispetto al wild type (ceppo CHA0), questa tolleranza è stata direttamente proporzionale alla presenza di ferro e / o pioverdina. Infine, analizzando la produzione di acido fusarico in otto ceppi di F. oxysporum f.sp. ciceris, è stato possibile associare la secrezione di questo metabolita secondario all’ingiallimento fogliare di piante sintomatiche di cece affette da fusariosi. Sulla base dei risultati ottenuti è possibile concludere che il pH è, al tempo stesso, sia un fattore importante sia per la virulenza di Fol sia per il biocontrollo dello stesso da parte di batteri antagonisti. L'alcalinizzazione extracellulare innesca meccanismi di competizione per i cationi (ad esempio il ferro), con conseguente aumento della secrezione di siderofori sia da parte di P. fluorescens sia di Fol. Considerato il ruolo critico nella di competizione per i cationi di interesse biologico tra il microbioma e la pianta ospite, l'acido fusarico può essere considerato una molecola chelante con attività simile a quella dei siderofori. In conclusione, il presente studio ha permesso di chiarire il ruolo di alcuni importanti aspetti (pH, siderofori, acido fusarico) coinvolti nei meccanismi di interazione tra patogeno fungino modello e agenti di lotta biologica batterici. I risultati positivi ottenuti aprono la strada a future ricerche volte ad una migliore e più rapida comprensione delle complesse interazioni messe in atto tra microrganismi utili e patogeni fungini ad habitat terricolo, al fine di ottimizzarne il controllo biologico.