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)

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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

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Ciclo dell'arsenico e del ferro

IL RIZOBIOMA DEL RISO

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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

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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

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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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