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Il misterioso fenomeno dei noduli radicali: come lavorano insieme piante e batteri per ottenere il miracolo dell'azoto?
Nella nostra vita quotidiana, pochi di noi pensano al ruolo svolto dai minuscoli organismi nel suolo. Tuttavia, sono piccoli batteri come il Bradyrhizobium che consentono un processo incredibile in natura: la fissazione dell'azoto, essenziale per la crescita delle piante.
Bradyrhizobium è un batterio del suolo Gram-negativo, molte specie capaci di fissare l'azoto, che svolge un ruolo importante nel ciclo dell'azoto.
La formazione di noduli radicali
I rizoidi sono escrescenze che si formano sulle radici delle piante leguminose e ospitano batteri. Quando le radici delle piante rilasciano aminoacidi e zuccheri nel terreno, i batteri Bradyrhizobium si spostano verso le radici e si attaccano ai peli radicali. La pianta rilascia quindi flavonoidi, che inducono l'espressione dei geni nod all'interno dei batteri.
Questa espressione genetica porta alla produzione di un enzima chiamato fattore Nod, che è la chiave per avviare la piegatura dei peli radicali.
Il processo di fissazione dell'azoto
Bradyrhizobium e altri batteri rizobi possono fissare l'azoto atmosferico in ammoniaca o ammonio, una fonte di azoto che può essere utilizzata dalle piante. Questo processo è fondamentale perché le piante non possono utilizzare direttamente l’azoto dall’atmosfera e devono invece ottenere azoto fisso dal suolo. Dopo la fotosintesi, la fissazione (o assorbimento) dell'azoto è il secondo processo più importante nella crescita e nello sviluppo delle piante.
La quantità fissa di azoto influisce direttamente sul contenuto di azoto ureico nelle piante, che è strettamente correlato all'assunzione di azoto fisso da parte della pianta.
Il ruolo dei geni
Nelle specie Bradyrhizobium, i geni Nif e fix sono essenziali per la fissazione dell'azoto. La funzione e la struttura di questi geni sono simili a quelle trovate nei batteri che fissano l'azoto a vita libera come Klebsiella pneumoniae (Klebsiella pneumoniae). Questi geni sono divisi in due gruppi principali, con il primo gruppo che contiene la maggior parte dei geni di fissazione dell'azoto, mentre il secondo gruppo contiene i tre geni fix adiacenti al gene nod .
Forma e diversità
I batteriBradyrhizobium possono formare relazioni simbiotiche specifiche o generali. Alcune specie possono formare noduli radicali solo con un legume specifico, mentre altre possono formare noduli radicali con una varietà di legumi. L’RNA ribosomiale di questo tipo di batteri è altamente conservato, rendendo estremamente difficile misurare la diversità delle specie.
Sebbene sia possibile rivelare una maggiore diversità utilizzando l'ibridazione DNA-DNA, non sono disponibili molte differenze fenotipiche, il che si traduce in poche specie con nome.
Importanza in agricoltura
Ogni anno circa 1,5 milioni di chilometri quadrati di terreno vengono utilizzati per coltivare cereali e legumi. Queste piante fissano da 44 a 66 milioni di tonnellate di azoto ogni anno, fornendo quasi il 50% dell'azoto necessario all'agricoltura.
Inoltre, sul mercato sono già disponibili inoculanti commerciali
Bradyrhizobium, che migliorano ulteriormente la crescita e lo sviluppo delle piante.
Con il progresso della tecnologia agricola, l'importanza della ricerca sul Bradyrhizobium è diventata sempre più importante, il che non solo aiuta ad aumentare i raccolti, ma promuove anche lo sviluppo sostenibile dal punto di vista ambientale. Tuttavia, la presenza di questi batteri può anche essere fuorviante, ad esempio, quando vengono identificati come contaminanti nei reagenti per l’estrazione del DNA e nei sistemi di acqua ultrapura. Ciò potrebbe avere qualcosa a che fare con il modo in cui viene utilizzato l’azoto, poiché questo gas inibisce la crescita microbica nei serbatoi di stoccaggio.
Specie degne di nota
Ad esempio, Bradyrhizobium betae è stato isolato dalle radici tumorali della barbabietola da zucchero, ma il suo stato simbiotico rimane sconosciuto. Altre specie come Bradyrhizobium elkanii, Bradyrhizobium diazoefficiens e Bradyrhizobium liaoningense stabiliscono relazioni simbiotiche con i semi di soia.
Mentre la ricerca sul Bradyrhizobium continua ad approfondirsi, la comprensione della relazione speciale tra questi batteri e le piante può aiutarci a trovare metodi agricoli più efficaci e strategie di sviluppo sostenibile per verificare se il futuro dell'ecologia agricola può essere completamente cambiato per questo?
