Riassunto analitico
L’attività umana a più elevato impatto ambientale è indubbiamente l’agricoltura sia per cause dirette che indirette. La perdita di biodiversità che si osserva nelle aree coltivate riguarda sia gli animali che i microorganismi del suolo compromettendone la produttività.
Nel corso della mia tesi ho realizzato il sequenziamento completo del genoma del batterio Streptomyces sp. ceppo SA51, già da alcuni anni usato in viticoltura per integrare il microbiota del suolo. Gli streptomiceti sono batteri appartenenti all’ordine degli Actinomiceti e sono molto abbondanti nel suolo, soprattutto a livello della rizosfera dove instaurano relazioni mutualistiche con le piante. Batteri appartenenti al genere Streptomyces si comportano sia come epifiti che come endofiti apportando notevoli benefici alla pianta ospite. Lo scopo principale del mio progetto di tesi è stato quindi l’identificazione di tutti i geni presenti nel genoma del batterio in esame al fine di ricostruirne il profilo metabolico e di valutare eventuali vie metaboliche potenzialmente sfruttabili in ambito agronomico.
Il genoma di Streptomyces sp. ceppo SA51 è stato sequenziato mediante NGS con la metodica Illumina MySeq 2000 e successivamente assemblato ricorrendo alle pipeline del programma Geneious. Grazie al software Rast sono stati annotati i geni presenti, mentre ricorrendo a KEGG è stato ricostruito l’intero profilo metabolico di questo microrganismo e sono state individuate le quattro specie più filogeneticamente affini (Streptomyces celicolor, S. scabiei, S. avermitilis e S. griseus).
I confronti tra SA51 e le 4 specie più affini hanno permesso di individuare le vie metaboliche peculiari di SA51, tra le quali hanno un’importante rilevanza i processi coinvolti nell’assorbimento e nell’uptake del ferro (fondamentale per coadiuvare la crescita delle specie vegetali ospiti che sono limitate nel loro accrescimento dalla disponibilità di ferro). Ulteriori analisi bioinformatiche sul genoma sequenziato hanno permesso di evidenziare una cospicua produzione di molecole con attività antibiotica ad esempio penicilline e cefalosporine, vancomicina, acido clavulonico, streptomicina, novobiocina e tetracicline che potrebbero essere implicate nel reshaping del microbiota del suolo osservato dopo la somministrazione/dispersione di SA51. Sono stati inoltre identificati geni implicati nella sintesi di ormoni di insetti (quali ad esempio l’ormone giovanile JH) a suggerire che SA51 quando presente come endofita potrebbe fungere da interferente endocrino per eventuali insetti fitofagi. Infine, sono stati identificati geni implicati nella sintesi di acido tetraidrofolico, suggerendo potenziali applicativa di questo batterio anche a livello nutraceutico.
I test in vivo hanno permesso di evidenziare la resistenza dei batteri del ceppo SA51 al glifosato. Risultato in realtà inaspettato in quanto l’enzima EPSPS, che è il target del glifosato, risulta essere un enzima di Classe I e quindi sensibile all’erbicida piuttosto che resistente, come lo sono invece gli enzimi EPSPS di Classe II tipici di altri microrganismi. Il ceppo SA51 di Streptomyces potrebbe quindi essere un ottimo modello per studiare i meccanismi di resistenza al glifosato alternativi alle mutazioni nel gene EPSPS.
Nel complesso, sebbene il ceppo SA51 di Streptomyces sp. sia oggi utilizzato primariamente all’interno di alcuni formulati come promotore della crescita della vite, le sue applicazione potrebbero estendersi anche al suo utilizzo a livello di processi di biorisanamento dei suoli (è infatti in grado di degradare diversi composti xenobiotici) e come agente protettivo delle colture nei confronti di diversi patogeni e fitofagi.
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