"La prossima rivoluzione agricola non sarà soltanto imparare a coltivare meglio le piante: ma sarà imparare a coltivare anche le comunità microbiche che vivono con loro". Lo ha detto Iris Bertani, ricercatrice associata presso il Laboratorio di Batteriologia dell’International Centre for Genetic Engineering and Biotechnology (ICGEB) di Trieste, nel corso del suo intervento alla quinta edizione del Novalis Forum.
Genetica vegetale, irrigazione o fertilizzanti chimici hanno un ruolo fondamentale, ma bisogna anche capire come utilizzare l’intero ecosistema invisibile che vive intorno e dentro le radici delle piante. È una risorsa che può essere studiata, compresa e persino "coltivata" per rendere i sistemi agricoli più resilienti e sostenibili.
Un grammo di suolo, miliardi di alleati
Il punto di partenza per qualsiasi strategia basata sul microbioma è individuare i microrganismi utili. Un solo grammo di suolo può contenere
fino a dieci miliardi di microrganismi appartenenti a migliaia di specie differenti.
Per decenni, inoltre, la ricerca microbiologica si è scontrata con un limite tecnico enorme, quello della coltivabilità: solo una piccola percentuale dei microrganismi presenti nel suolo (tra l’1 e il 10%) può essere isolato e fatto crescere in laboratorio. La stragrande maggioranza, quindi, resta "non coltivabile" con le tecniche tradizionali.
Oggi, tuttavia, è possibile ottenere miliardi di informazioni genetiche da un singolo campione di terreno grazie alle nuove tecniche di sequenziamento, note come NGS (Next Generation Sequencing). Dopo aver campionato il terreno, si cerca di isolare il DNA e di costruire librerie geniche basate sulla regione V3-V4 del gene 16S rRNA, e si procede infine al sequenziamento utilizzando piattaforme come Illumina MiSeq. Questo approccio permette di ricostruire l’intero patrimonio genetico microbico presente in un ambiente — appunto il microbioma — anche quando la maggior parte degli organismi coinvolti non potrebbe mai essere coltivata in laboratorio.
I vantaggi di studiare il microbioma
Studiare il microbioma serve innanzitutto a capire quali specie batteriche e fungine popolano la rizosfera di una determinata pianta in un determinato contesto geografico, dato che comunità microbiche provenienti da regioni diverse possono avere composizioni molto differenti.
In secondo luogo, permette di misurare il livello di biodiversità di una comunità, un parametro che si è rivelato correlato alla salute e alla resilienza della pianta stessa. Terzo aspetto cruciale: l’analisi del microbioma consente di individuare quali funzioni biologiche caratterizzano una certa comunità, dalla fissazione dell’azoto atmosferico alla solubilizzazione del fosforo, passando per la produzione di enzimi degradativi, la resistenza agli antibiotici, l’acquisizione di ferro e la sintesi di composti antibatterici e antifungini. Tutte funzioni che possono tradursi in benefici diretti per la pianta ospite.
Il microbioma è inoltre uno strumento prezioso per collegare lo stato di salute delle piante alla presenza di agenti patogeni. Permette infatti di distinguere il cosiddetto "pathobioma" delle piante malate da quello delle piante sane, e per identificare i pilastri della struttura di una comunità microbica, cioè quei taxa "chiave" che, pur non essendo necessariamente i più abbondanti, risultano centrali negli equilibri dell’intero network di interazioni.
Come comunicano i microrganismi tra loro
Trovare i microrganismi giusti, però, è solo il primo passo. È fondamentale, infatti, capire che funzione svolgono e come comunicano tra loro. All’interno del microbioma vegetale, infatti, le interazioni tra batteri, funghi e altri microrganismi avvengono attraverso meccanismi molto diversi: dalla segnalazione cellula-cellula, alle interazioni che richiedono un contatto diretto tra cellule, fino alla produzione di metaboliti secondari e a veri e propri scambi metabolici tra ceppi diversi.
Queste forme di comunicazione regolano comportamenti collettivi, o "fenotipi sociali", che includono la produzione di fattori di virulenza, la formazione di biofilm, l’acquisizione di DNA, l’instaurarsi di rapporti simbiotici, la motilità e persino fenomeni di bioluminescenza. Comprendere questi meccanismi ha un impatto diretto sull’interazione pianta-microbo: studi condotti dal gruppo ICGEB hanno documentato come specifici geni batterici influenzino la capacità di colonizzare le radici, il livello di virulenza verso l’ospite e la capacità di colonizzare il suolo formando biofilm monostrato.
I progetti applicati
Il laboratorio di Batteriologia dell’ICGEB porta avanti diversi progetti per utilizzare sul campo le ricerche sul microbioma. Il primo progetto "PGP del riso" (Plant Growth Promoting): partendo da 1.318 isolati batterici, i ricercatori hanno applicato una selezione progressiva che ha consentito di identificare 21 ceppi realmente in grado di promuovere la crescita vegetale. Una prima innovazione rispetto all’approccio classico, basato sull’applicazione del singolo isolato più promettente, è stata l’introduzione di consorzi microbici, cioè combinazioni di più ceppi applicati insieme alla pianta.
Un secondo filone di ricerca, il progetto "Microrganismi HUB", applicato al sorgo, ha consentito di raccogliere di centinaia di campioni di rizosfera da Italia, Burundi, Etiopia e Stati Uniti per identificare i membri centrali e i taxa chiave della comunità, progettando consorzi multi-ceppo poi testati sia in serra sia in campo. I risultati sperimentali mostrano incrementi significativi della biomassa secca delle piante trattate con questi consorzi rispetto ai controlli non inoculati, anche in condizioni di ridotta disponibilità di fertilizzante chimico.
Analogo approccio è stato applicato al caffè nel progetto "Keystone microbes of coffee rhizosphere", condotto in collaborazione con la Fondazione Ernesto Illy su piantagioni in Burundi, Colombia, Etiopia e Italia, con l’obiettivo di identificare i taxa microbici prevalenti e centrali nella rizosfera del Coffea arabica. In questo modo, è stato possibile sviluppare biofertilizzanti dedicati alle coltivazioni di caffè, in collaborazione con l’azienda Simbiotica.
Le frontiere più recenti
Tra i progetti più innovativi presentati dalla dottoressa Bertani figura "Super-endofiti e resilienza", pubblicato nel 2025 su Environmental Microbiology Reports, che punta a selezionare batteri endofitici — cioè capaci di vivere all’interno dei tessuti vegetali senza danneggiare la pianta — particolarmente resistenti allo stress salino, attraverso un processo di arricchimento su più generazioni di piante di riso esposte a concentrazioni crescenti di sale. L’obiettivo è isolare microrganismi in grado di conferire alla pianta ospite una maggiore tolleranza a condizioni ambientali avverse, sempre più frequenti a causa del cambiamento climatico.
Con il progetto "CEDRIC: trapianto del microbioma", finanziato dal programma Interreg Italia-Austria, i ricercatori hanno seguito un approccio diverso. Invece di isolare e selezionare singoli ceppi promettenti, l’intera comunità rizosferica viene recuperata da una pianta donatrice e trapiantata, senza alcuna selezione preventiva, su una pianta ricevente — in questo caso l’orzo. I primi risultati, ottenuti su campioni raccolti in otto località tra Italia e Austria, mostrano che il recupero per "lavaggio" delle radici produce una biodiversità molto elevata, che un insieme di microrganismi sia batterici sia fungini riesce effettivamente ad attecchire nella nuova rizosfera, e che il successo della colonizzazione dipende fortemente dalle condizioni ambientali in cui avviene il trapianto. Un dato interessante emerso dallo studio è che molte delle specie trapiantate con successo appartengono a microrganismi ancora non identificati dalla scienza, a conferma di quanto il potenziale del microbioma resti in gran parte inesplorato.
Infine, il progetto "IDEOLOGIST" introduce l’intelligenza artificiale come strumento per mettere in relazione i dati sul microbioma — del terreno, delle radici e delle foglie — con lo stato di salute della pianta, i fattori climatici come temperatura, precipitazioni e radiazione solare, e il fattore umano legato alla gestione del suolo e alle pratiche colturali, aprendo la strada a modelli predittivi capaci di orientare le decisioni agronomiche.
La pianta non va più considerata come un organismo isolato, ma come un vero e proprio ecosistema in relazione costante con suolo, fattori climatici, radici e comunità microbiche. Comprendere e valorizzare queste relazioni, attraverso strumenti come il sequenziamento di nuova generazione, i consorzi microbici e persino il trapianto dell’intero microbioma rizosferico, rappresenta oggi una delle strade più promettenti per un’agricoltura capace di produrre di più, con meno acqua, meno input chimici e maggiore resistenza agli stress climatici.