I progetti nazionali ed internazionali finanziati presso il nostro gruppo di ricerca e tutt'ora attivi, riguardano le seguenti macrotematiche:

• il ruolo delle placche di ferro radicali negli ambienti salini - progetto IPSALS
• il ruolo di queste placche nella nutrizione della pianta e le interazioni con le altre componenti del suolo (in collaborazione con le Università di Torino e Bari) - progetto ROOTARMOUR

Ministero dell'Università e della Ricerca Dipartimento Internazionalizzazione della Ricerca

Missione 4, "Istruzione e Ricerca" - Componente 2, "Dalla Ricerca all'Impresa"
Investimento 1.2, "Finanziamento progetti presentati da giovani ricercatori"

PI: E. Pellegrini

IPSALS si concentra sulle promettenti nuove funzioni delle cosiddette placche di ferro radicali. Le placche sono depositi di ferro (Fe) e manganese (Mn) sulle superfici delle radici di piante tolleranti la sommersione, formate a seguito della diffusione di ossigeno dalle radici verso il suolo anossico per diffusione. La perdita radiale di ossigeno (ROL) delle radici innesca l'ossidazione del Fe ridotto nella rizosfera, che di conseguenza precipita formando rivestimenti rossastri sulle radici. Le condizioni ambientali che favoriscono la formazione di placche riguarderanno sempre maggiori superfici nel prossimo futuro, a causa dell'innalzamento del livello del mare previsto come conseguenza del cambiamento climatico, con le aree costiere più soggette a inondazioni e salinizzazione del suolo. Le colture potenzialmente in grado di sviluppare placche sono una promettente prospettiva per contrastare la perdita di terreni coltivati. Inoltre, nuove strategie di gestione del territorio che migliorino questa caratteristica potrebbero rafforzare la resilienza degli habitat sia agricoli che naturali. Le prove sulle funzioni delle placche nei confronti di sommersione e salinizzazione del suolo sono attualmente inadeguate. Le placche sono state studiate solo marginalmente come tratto funzionale per contrastare gli efetti negativi della sommersione e non sono mai state considerate come una strategia per far fronte allo stress salino. Il progetto IPSALS mira a far luce su possibili nuove funzioni delle placche, inclusa la loro potenziale applicabilità in agricoltura. Le principali domande scientifiche sono: i) le placche possono ridurre lo stress salino nelle piante? ii) le colture sono in grado di sviluppare questa caratteristica? e iii) quali sono le conseguenze per la nutrizione delle piante? Le ipotesi sono che le placche possano agire fisicamente come uno scudo contro l'intrusione di sale e che le colture che mostrano un ROL adeguato possano sviluppare placche. Inoltre, le placche possono regolare l'assorbimento di Fe e Mn nelle piante ed essere una fonte secondaria di possibili nutrienti emporaneamente immobilizzati all'interno della struttura della placca (ad esempio fosforo). Il progetto si basa su tecniche di imaging avanzate (optodi planari) e metodi di sensoristica innovativi (microsensori) per monitorare i cambiamenti temporali e spaziali di ossigeno, placche e nutrienti all'interfaccia suolo-placca e placca-radice.

Modello concettuale delle funzioni delle placche all'interfaccia radice-rizosfera. I tassi di ROL guidano la deposizione di Fe e Mn sulle superfici radicali, che potenzialmente proteggono la radice dall'intrusione di sale (Na⁺/Cl^-) e mediano l'assorbimento dei nutrienti (es. Fe²⁺, Mn²⁺ e PO4^3-)

PRIN: Progetti di ricerca di rilevante interesse nazionale - Bando 2022

Pagina web ufficiale del progetto: https://www.raer.unito.it/projects/rootarmour

Il progetto è in fase di implementazione grazie al finanziamento del Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR), a partire dal 1° novembre 2023 e durerà due anni. La partnership coinvolge ricercatori dell'Università di Torino (UniTO, capofila), dell'Università di Udine (UniUD) e dell'Università di Bari (UniBA).

Le zone umide sono ecosistemi complessi con funzioni importanti che sono guidate da  processi fisici, chimici e biologici e con implicazioni a livello locale, regionale e globale. I processi biogeochimici che si verificano all'interfaccia tra le radici delle piante e il suolo sono ampiamente riconosciuti per il loro ruolo  nel funzionamento degli ecosistemi delle zone umide. In questo contesto, ROOTARMOUR mira a svelare nuove funzioni delle placche di ferro radicali - cioè rivestimenti di ossido di ferro precipitati sulla superficie delle radici in condizioni di suolo anossico - es. come hotspot di ferro (Fe), fosforo (P) e carbonio (C) in ambienti dinamici in termini di potenziale redox.

Basandoci su un modello concettuale del ciclo redox degli elementi nella rizosfera e concentrandoci sul riso come pianta modello, miriamo a chiarire come molteplici fattori biotici ed abiotici siano implicati nella formazione delle placche e nelle loro funzioni.

Gli effetti dei cambiamenti nei tratti delle radici indotti da una diversa disponibilità di P, in combinazione con la presenza di sostanza organica disciolta del suolo o derivata dalle piante, sulla variabilità chimica, mineralogica e strutturale di questi rivestimenti di ossi-idrossido di Fe ecc. saranno valutati con una risoluzione spaziale e temporale senza precedenti. Ciò sarà reso possibile combinando la valutazione dei tratti funzionali delle radici, l'uso di microsensori e tecniche di imaging, il tracciamento degli isotopi stabili al 13C e le tecniche microanalitiche a raggi X per seguire i cambiamenti spaziotemporali nei gradienti di O2 e P, e i modelli di allocazione del C delle piante nella rizosfera, nonché la morfologia delle radici e la distribuzione di Fe e P sulla superficie delle radici.

Saranno inoltre fornite prove empiriche utilizzando sistemi di radici artificiali che consentiranno di studiare gli effetti di variabili specifiche sulle interazioni tra il ciclo di Fe, P e C sulla superficie delle radici attraverso un approccio riduzionista. Inoltre, questi effetti saranno collegati a specifiche funzioni correlate alla presenza della placca, vale a dire la disponibilità di P e l'assorbimento da parte delle piante, il ciclo del Fe mediato dai microorganismi della rizosfera, nonché il turnover e la stabilizzazione della sostanza organica nella detritosfera.

Il progetto si pone come obiettivo di far luce sui processi della rizosfera riguardanti le placche di ferro e le implicazioni sulla produttività, resilienza e sostenibilità ambientale degli ambienti umidi.