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Nella rizosfera del riso la sommersione con0nua seleziona popolazioni ba4eriche coinvolte
nel ciclo dell'arsenico Lucia Cavalca
Arsenico nelle catene alimentari Roma, 4-5 giugno 2015
Istituto Superiore di Sanità
Dall’ambiente alla catena alimentare BACKGROUND
BIOACCUMULO 2/18
SICUREZZA ALIMENTARE: RISO E ARSENICO
*Codex Alimentarius Commission (FAO e WHO, 2014)
200 µg/kg
Concentrazioni Limite* di arsenico totale in riso:
Adulti
Baby food
100 µg/kg
RISO: la fonte di arsenico prevalente nella dieta umana (EFSA, 2009)
Arsenico inorganico totale nel riso italiano: 110 µg/kg (Meharg et al. 2009)
3/18
Crescita in condizioni di sommersione
Solubilizzazione dell’arsenico nella rizosfera
As(III) As(V)
AGROECOSISTEMA
Bhattacharya, 2010
Assorbimento di arsenico (mg/kg s.s.) in granella
0,02-0,8 riso grano 0,01-0,2
4/18
RIZOSFERA DI RISO
Aerenchima
Co-localizzazione di arsenico, ferro e batteri S
eyffe
rth, 2
010
Properties of Bacterial Endophytes
47
Fig. 3 Types of endophytes and their root colonization process Stochastic events and deterministic bacterial factors drive colonization of the endosphere, in which a series of events, including microcolony formation at the root surface, is thought to take place. Soil-inhabiting bacteria might become endophytic by chance, e.g. via colonization of natural wounds or following root invasion by nematodes. Such bacteria are considered passenger endophytes (red cells) and are often restricted to the root cortex tissue. Opportunistic endophytes (blue cells) show particular root colonization characteristics, e.g. a chemotactic response, which allows them to colonize the rhizoplane and then invade the internal plant tissues through cracks formed at the sites of lateral root emergence and root tips. However, as occurs with passenger endophytes, opportunistic endophytes are confined to particular plant tissues (e.g. the root cortex). Competent endophytes (yellow cells) are proposed to have all properties of opportunistic endophytes, and, in addition, be well adapted to the plant environment. They are capable of invading specific plant tissue, such as vascular tissue, spreading throughout the plant, and, by tinkering with plant metabolism, maintaining a harmonious balance with the plant host, even when they are present in high density.
The ecology of competent endophytes The diversity and relative abundance of bacteria in the endosphere is likely governed by
stochastic events, which are in turn influenced by deterministic processes of colonization
(Battin et al., 2007). Starting from the premise that endophytes commonly originate from
the soil in which the host plant is growing, soil factors determine the colonization of plants
by different bacteria and, thus, the community composition of bacterial endophytes.
Considering the heterogeneity of soil at the microhabitat level and the heterogeneous
distribution of plant roots in soil, the early steps in the colonization of plant roots by soil
Placche di Ferro Arsenico
Rhizoplano: biofilm strettamente
adeso alla radice
Suolo rizosferico: suolo vicino alle radici
5/18
Ciclo dell'arsenico e del ferro
IL RIZOBIOMA DEL RISO
6/18
ArsC ArsB – ACR3
Riduzione
As(V) reductase: ArsC
Pompe di efflusso di As(III)
Riduzione dissimilativa
Arsenate respiratory reductase:
ArrA
Chemolitotrofia
As(III) oxidase: AioA
Metabolismo BATTERI e ARSENICO
Metilazione
As(V) reductase:
ArsM
Generazione di energia
Detossificazione
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Batteri FeIII riduttori
Oremland and Stolz, 2003
BATTERI e FERRO
Mobilizzazione dell’Arsenico
Batteri FeIII e AsV riduttori
Batteri FeII ossidanti
8/18
Pyrosequenziamento del 16S rRNA
RIZOBIOMA DEL RISO
Real time q-PCR
AsV AsIII
FeIII FeII
ArsC
AioA
FeRB
FeOX
Chi sono? Cosa fanno?
Fa4ori microbici implica0 nella mobilizzazione dell’Arsenico
Rhizoplano
Suolo rizosferico Estrazione di RNA
9/18
RACC
OLTA
SEMINA
SOMMERSIONE CONTINUA
ASCIUTTA A METÀ LEVATA
BAGNATURE
10/05 20/08 30/09
Contenuto di arsenico totale nel suolo utilizzato: 18,36 mg kg-1
Suolo non contaminato (< 40 mg kg-1, DGL 152/2006)
MATURAZIONE FASE RIPRODUTTIVA
FASE VEGETATIVA
PIANO SPERIMENTALE*
*Marco Romani, Ente Risi, Castello d’Agogna (PV) Varietà riso: Loto
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SUOLO RIZOSFERICO: Pyrosequenziamento del 16S rRNA
Fase riproduttiva
BATTERI DEL CICLO DEL FERRO
BATTERI DEL CICLO DELL’ARSENICO
Suolo
Sommersione Asciutta
Bagnature
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RIZOPLANO: Pyrosequenziamento del 16S rRNA
BATTERI DEL CICLO DEL FERRO
BATTERI DEL CICLO DELL’ARSENICO
Fase riproduttiva
Suolo
Sommersione Asciutta
Bagnature
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SUOLO RIZOSFERICO: FUNZIONALITA’ GENICA DEL CICLO DELL’ARSENICO
Tukey's test (p ≤ 0.05)
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RIZOPLANO: FUNZIONALITA’ GENICA DEL CICLO DELL’ARSENICO
I geni AioA per l’ossidazione di AsIII ad AsV sono più abbondanti in
condizioni di aerobiosi
Tukey's test (p ≤ 0.05)
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ARSENICO e FERRO NELLA SOLUZIONE CIRCOLANTE DEL SUOLO*
*Gian Maria Beone, Università Cattolica di Piacenza *Maria Martin, Università di Torino
In ambiente anaerobico l’arsenico e il ferro vengono rilasciati
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Codex Alimentarius Commission (FAO, WHO) Adul0: 200 µg kg-‐1 Baby food: 100 µg kg-‐1
ARSENICO IN GRANELLA*
*Marco Romani, Ente Risi, Castello d’Agogna (PV)
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Batteri FeIII e AsV riduttori
Pianta
DMMA
Rhizoplano
Suolo rizosferico
Batteri FeII e AsIII ossidanti
CONCLUSIONI
In condizioni anaerobiche (sommersione continua o suolo rizosferico lontano dall’aerenchima)
In condizioni aerobiche (bagnature o rizoplano sotto influenza aerenchima)
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Gian Maria Beone Ilenia Ca4ani
Sarah Zecchin Anna Corsini
Elisabe4a Barberis Maria Mar0n
Marco Romani Daniele Tenni
MIUR-PRIN 2010 "Salubrità degli agro-ecosistemi: processi chimici, biochimici e biologici che regolano la
mobilità dell'Arsenico nei comparti suolo-acqua-pianta”
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