RHIZOBIUM: CARATTERISTICHE, MORFOLOGIA, HABITAT E BENEFICI - BIOLOGIA - 2025

Il Rhizobium è un genere di batteri che ha la capacità di fissare l'azoto dall'atmosfera. In generale, i batteri con la capacità di fissare l'azoto sono noti come rizobia. Queste relazioni tra piante e microrganismi sono state ampiamente studiate.

Questi procarioti vivono in relazioni simbiotiche con piante diverse: legumi, come fagioli, erba medica, lenticchie, soia, tra gli altri.

Fonte: di Stdout, tramite Wikimedia Commons

Sono specificamente associati alle sue radici e forniscono alla pianta l'azoto di cui ha bisogno. La pianta, da parte sua, offre ai batteri un luogo di rifugio. Questa stretta relazione simbiotica causa la secrezione di una molecola chiamata legemoglobina. Questa simbiosi produce una percentuale significativa di N ₂ nella biosfera.

In questa relazione, il batterio provoca la formazione di noduli nelle radici, che si differenziano come "batteroidi".

La maggior parte degli studi che sono stati effettuati su questo genere batterico hanno preso in considerazione solo il suo stato simbiotico e il suo rapporto con la pianta. Per questo motivo, ci sono pochissime informazioni relative allo stile di vita individuale del batterio e alla sua funzione come componente del microbioma del suolo.

caratteristiche

I batteri del genere Rhizobium sono noti principalmente per la loro capacità di fissare l'azoto e stabilire relazioni simbiotiche con le piante. In effetti, è considerata una delle relazioni più drammatiche che esistono in natura.

Sono eterotrofi, il che indica che devono ottenere la loro fonte di energia dalla materia organica. Il rizobio cresce normalmente in condizioni aerobiche e si formano noduli a una temperatura di 25-30 ° C e un pH ottimale di 6 o 7.

Tuttavia, il processo di fissazione dell'azoto richiede basse concentrazioni di ossigeno per proteggere la nitrogenasi (l'enzima che catalizza il processo).

Per far fronte alle elevate quantità di ossigeno, esiste una proteina simile all'emoglobina che è responsabile del sequestro dell'ossigeno che potrebbe intervenire nel processo.

Le relazioni simbiotiche che questi procarioti stabiliscono con i legumi hanno un elevato impatto ecologico ed economico, motivo per cui esiste un'ampia letteratura su questa relazione molto specifica.

Il processo di infezione non è semplice, prevede una serie di passaggi in cui i batteri e la pianta influenzano reciprocamente le attività di divisione cellulare, l'espressione genica, le funzioni metaboliche e la morfogenesi.

Processo di infezione

Questi batteri sono ottimi modelli biologici per comprendere le interazioni che avvengono tra microrganismi e piante.

La rizobia si trova nel terreno, dove colonizza le radici ed entra nella pianta. Generalmente, la colonizzazione inizia nei peli delle radici, sebbene l'infezione sia possibile anche attraverso piccole lisioni nell'epidermide.

Quando il batterio riesce a penetrare all'interno della pianta, di solito rimane per un po 'di tempo negli spazi intracellulari della pianta. Man mano che i noduli si sviluppano, la rizobia entra nel citoplasma di queste strutture.

Sviluppo e tipo di noduli

Lo sviluppo dei noduli comporta una serie di eventi sincroni in entrambi gli organismi. I noduli sono classificati come determinati e indeterminati.

I primi hanno origine da divisioni cellulari nella corteccia interna e hanno un meristema apicale persistente. Sono caratterizzati dall'avere una forma cilindrica e due zone differenziate.

D'altra parte, i noduli determinati derivano da divisioni cellulari nella porzione centrale o esterna della corteccia radicolare. In questi casi non è presente un meristema persistente e la sua forma è più sferica. Il nodulo maturo può svilupparsi per crescita cellulare.

Formazione di batteriosi

Nel nodulo avviene la differenziazione in batterioidi: la forma che fissa l'N ₂ . I Bacteroides, insieme alle membrane vegetali, formano il simbiosoma.

In questi complessi microbo-pianta, la pianta è responsabile della fornitura di carbonio ed energia, mentre i batteri producono ammoniaca.

Rispetto ai batteri a vita libera, il batterio subisce una serie di cambiamenti nel suo trascrittoma, nella sua intera struttura cellulare e nelle attività metaboliche. Tutti questi cambiamenti avvengono per adattarsi a un ambiente intracellulare, dove il loro unico obiettivo è la fissazione dell'azoto.

La pianta può assumere questo composto azotato secreto dai batteri e utilizzarlo per la sintesi di molecole essenziali, come gli amminoacidi.

La maggior parte delle specie di Rhizobium è abbastanza selettiva nel numero di ospiti che possono infettare. Alcune specie hanno un solo ospite. Al contrario, un piccolo numero di batteri è caratterizzato dall'essere promiscuo e avere un ampio spettro di potenziali ospiti.

Attrazione tra rizobia e radici

L'attrazione tra i batteri e le radici dei legumi è mediata da agenti chimici, trasudati dalle radici. Quando i batteri e la radice sono vicini, si verificano una serie di eventi a livello molecolare.

I flavonoidi delle radici inducono i geni del nodo nei batteri. Ciò porta alla produzione di oligosaccaridi noti come LCO o fattori di nod. Gli LCO si legano ai recettori, formati da motivi di lisina, nei peli delle radici, avviando così eventi di segnalazione.

Ci sono altri geni, oltre a nod, coinvolti nel processo di simbiosi, come exo, nif e fix.

Legemoglobina

La legemoglobina è una molecola proteica, tipica del rapporto simbiotico tra rizobia e legumi. Come suggerisce il nome, è abbastanza simile a una proteina più nota: l'emoglobina.

Come il suo analogo del sangue, la legemoglobina ha la particolarità di avere un'elevata affinità per l'ossigeno. Poiché il processo di legame che si verifica nei noduli è influenzato negativamente da alte concentrazioni di ossigeno, la proteina è responsabile di trattenerlo per mantenere il sistema funzionante correttamente.

Tassonomia

Sono conosciute circa 30 specie di Rhizobium, le più conosciute sono Rhizobium cellulosilyticum e Rhizobium leguminosarum. Questi appartengono alla famiglia delle Rhizobiaceae, che ospita anche altri generi: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella e Sinorhizobium.

L'ordine è Rhizobiales, la classe è Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria e il regno Bacteria.

Morfologia

La rizobia è un batterio che infetta selettivamente le radici dei legumi. Si caratterizzano per essere gram negativi, hanno la capacità di muoversi e la loro forma ricorda un bastone. Le sue dimensioni sono comprese tra 0,5 e 0,9 micrometri di larghezza e 1,2 e 3,0 micrometri di lunghezza.

Si differenzia dal resto dei batteri che popolano il suolo presentando due forme: la morfologia libera che si trova nei suoli e la forma simbiotica all'interno della sua pianta ospite.

Oltre alla morfologia delle colonie e alla colorazione del grammo, ci sono altri metodi con cui è possibile identificare i batteri del genere Rhizobium, questi includono i test di utilizzo dei nutrienti, come la catalasi, l'ossidasi, e usi di carbonio e azoto.

Allo stesso modo, i test molecolari sono stati utilizzati per l'identificazione, come l'applicazione di marcatori molecolari.

Habitat

In generale, le rizobie appartenenti alla famiglia delle Rhizobiaceae mostrano la particolarità di essere associate principalmente a piante della famiglia delle Fabaceae.

La famiglia delle Fabaceae comprende legumi: cereali, lenticchie, erba medica, solo per citare alcune specie note per il loro valore gastronomico. La famiglia appartiene alle Angiosperme, essendo la terza famiglia più numerosa. Sono ampiamente distribuiti nel mondo, dai tropici alle aree artiche.

Solo una singola specie di piante non leguminose è nota per stabilire relazioni simbiotiche con Rhizobium: Parasponea, un genere di piante della famiglia delle Cannabaceae.

Inoltre, il numero di associazioni che si possono stabilire tra il microrganismo e la pianta dipende da molti fattori. A volte l'associazione è limitata dalla natura e dalla specie dei batteri, mentre in altri casi dipende dalla pianta.

D'altra parte, nella loro forma libera, i batteri fanno parte della flora naturale del suolo, fino a quando non si verifica il processo di nodulazione. Si noti che sebbene nel terreno esistano legumi e rizobia, la formazione di noduli non è assicurata, poiché i ceppi e le specie dei membri della simbiosi devono essere compatibili.

Vantaggi e applicazioni

La fissazione dell'azoto è un processo biologico cruciale. Prevede l'assorbimento di azoto nell'atmosfera, sotto forma di N _2, e si riduce a NH ₄ ⁺ . Pertanto, l'azoto può entrare ed essere utilizzato nell'ecosistema. Il processo è di grande importanza in diversi tipi di ambienti, siano essi terrestri, d'acqua dolce, marini o artici.

L'azoto sembra essere un elemento che limita, nella maggior parte dei casi, la crescita delle colture e funge da componente limitante.

Da un punto di vista commerciale, la rizobia può essere utilizzata come potenziatore in agricoltura grazie alla sua capacità di fissare l'azoto. Per questo motivo, esiste un commercio legato al processo di inoculazione di questi batteri.

L'inoculo del rizobio ha effetti molto positivi sulla crescita della pianta, sul peso e sul numero di semi che produce. Questi benefici sono stati provati sperimentalmente da dozzine di studi sui legumi.

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