Lo studio su due specie di nematodi suggerisce che il cambiamento climatico causerà maggiori danni alle colture

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14185 (2023) Citare questo articolo

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La sicurezza alimentare è diventata una delle maggiori sfide del millennio e si prevede che sarà aggravata dai cambiamenti climatici a causa degli effetti negativi della temperatura del suolo sulla produttività delle colture. Sebbene i nematodi parassiti delle piante siano uno dei fattori limitanti più importanti della produzione agricola, il destino della temperatura del suolo nella loro biologia non è completamente compreso. Qui presentiamo gli effetti della temperatura del suolo sulla sopravvivenza, sulla riproduzione, sulla virulenza e sulla gravità della malattia dal punto di vista di due specie di nematodi Rotylenchulus reniformis e Meloidogyne floridensis. Le due specie di nematodi sono state appositamente selezionate per rappresentare una minaccia significativa per le colture annuali e perenni. Abbiamo utilizzato nuovi approcci di esposizione al calore diretta e indiretta per valutare la biologia dei nematodi. Il test di esposizione diretta al calore prevedeva l'esposizione dei nematodi all'acqua calda in un blocco riscaldante a 32, 33 e 34 °C per 7 ore e la successiva valutazione della loro sopravvivenza dopo 18 ore. Il test di esposizione indiretta ha utilizzato un tappetino termico commerciale per aumentare la temperatura del suolo a 32, 33 e 34 °C per 7 ore durante il giorno e la successiva valutazione della riproduzione dei nematodi, della virulenza e/o della gravità della malattia nel periodo di 6 settimane dopo inoculazione. Quando esposti direttamente all'acqua calda a 34°C, la sopravvivenza di R. reniformis è aumentata del 10% mentre la sopravvivenza di M. floridensis è diminuita del 12% rispetto a quella a 32°C. All'aumento della temperatura del suolo da 32 a 34 °C, la riproduzione di R. reniformis e M. floridensis è diminuita rispettivamente del 49% e del 53%. Una riduzione significativa nella riproduzione di M. floridensis si è verificata quando la temperatura del suolo è stata aumentata da 33 a 34 °C, tuttavia, la stessa condizione non ha influenzato in modo significativo la riproduzione di R. reniformis, suggerendo che quest'ultima specie ha una maggiore capacità di adattarsi all'aumento della temperatura del suolo . Inoltre, la virulenza di R. reniformis era maggiore a 33 e 34 °C rispetto a quella a 30 °C, indicando una maggiore aggressività del nematode a temperature del suolo più elevate. La virulenza di M. floridensis sembrava essere diminuita, come evidente dall'aumento della biomassa radicale quando la temperatura del suolo veniva aumentata da 32 a 34 °C, tuttavia, la maggiore biomassa radicale potrebbe essere il risultato di un aumento del galling radicale alle temperature più elevate. I risultati di questo studio suggeriscono che mentre le temperature più elevate del suolo dovute ai cambiamenti climatici possono portare a una ridotta riproduzione dei nematodi, le perdite di raccolto probabilmente aumenteranno a causa della maggiore virulenza dei nematodi. Attraverso il presente studio, riportiamo prove pratiche dell’impatto quantitativo del cambiamento climatico sulla biologia dei nematodi parassiti delle piante. Sono necessari ulteriori studi che coinvolgano una gamma più ampia di temperature e tempi di esposizione per comprendere meglio la biologia dei nematodi in condizioni di cambiamento climatico.

I nematodi parassiti delle piante (PPN) sono microscopici vermi pseudocelomici non segmentati che hanno una distribuzione cosmopolita e si nutrono di piante come agenti patogeni obbligatori. Sono state descritte più di 4.000 specie di PPN, responsabili ogni anno di perdite di raccolti per circa 358 miliardi di dollari in tutto il mondo1. Tra le diverse specie di PPN, il nematode reniforme (Rotylenchulus reniformis) è una delle specie di nematodi economicamente più importanti, in particolare negli Stati Uniti, dove ogni anno vengono perse circa 168mila balle di cotone e 2 milioni di bushel di soia a causa di questo nematode2,3. La presenza di appena due R. reniformis in un centimetro cubo di terreno all'inizio della stagione di crescita del raccolto è sufficiente per provocare una perdita economica del raccolto entro la fine della stagione di crescita del raccolto4. Allo stesso modo, un nuovo ed emergente nematode galligeno del pesco (Meloidogyne floridensis) sta diventando una minaccia crescente per le industrie delle colture arboree negli Stati Uniti poiché le opzioni di gestione disponibili per altre specie di Meloidogyne non sono efficaci contro questo nematode5. La gestione di questi nematodi continuerà a rappresentare una sfida a causa (i) della mancanza di resistenza della pianta ospite o della preferenza dei coltivatori verso cultivar ad alto rendimento con poco o nessun riguardo allo stato di resistenza, (ii) esistenza di una significativa variabilità nella riproduzione e virulenza tra gli isolati geografici di nematodi che porta a prestazioni inferiori delle linee resistenti6,7,8,9, (iii) incapacità dei nematocidi di fornire protezione per tutta la stagione contro i nematodi10, (iv) effetti avversi dei fumiganti sull'ambiente e sulla salute umana7, e (v) mancanza di sforzi congiunti tra ricercatori e responsabili politici per combattere le future perdite di raccolto a causa dei nematodi con terreni più caldi.