The Domestication of plant-plant interactions

Humans mediated an always stronger control on agro-environments through the unlimited use of input factors and the systematic reliance on mono-specific/genotypic pure stands. As consequence, intensive approaches impacted the network complexity of plant interactions with the surroundings. Despite the importance of plant– plant interactions, our understanding of their underlying mechanisms is very limited. In this context lays the aim of our research, which is focused on the dissection of molecular mechanisms involved in beneficial interaction in cropping systems. At inter-specific level, we designed a field experiment where different lines of maize and beans were grown in pure stand or in complete pairwise combination design between cereals and legumes. We then investigated the impact on microbial communities determined by the intercropping condition and by different genotypes combinations. Results suggests that the cropping system has an impact on microbial community, but its intensity can be variable depending on the compatibility of genotype/s combinations. At intra-specific level we performed an experiment under controlled condition with the wheat evolutionary transect represented by Wild Emmer, Domesticated Emmer and Durum Wheat. Plants were grown in pure stand or in composite mixtures. Plant responses were investigated through the dissection of metabolic profiles and of the root microbiome. Our results suggest that Durum Wheat reacts to co-cultivation with its ancestors and that responses are not limited to belowground processes but potentially activated at the physiological state of the plant. Concluding, further investigation is needed both at socio-ecological level and at molecular level to decipher plant interactive strategies in cropping systems. However, we think that our approaches and methodologies are suitable for future studies aiming to dive deeper into the mechanisms of plant-plant interactions.

Con l'agricoltura moderna, l'uomo ha esercitato un controllo sempre più forte sull’agro-ambiente attraverso l'uso di risorse illimitate e l’impiego sempre più sistematico di popolazioni pure a livello genetico. L’approccio intensivo ha impattato profondamente la rete di interazioni pianta/ambiente. Nonostante l’importanza delle interazioni pianta-pianta, la nostra comprensione dei loro meccanismi regolativi rimane molto limitata. In questo contesto si colloca l'obiettivo della nostra ricerca, ossia sulla dissezione dei meccanismi molecolari coinvolti nell'interazione benefica nei sistemi colturali. A livello interspecifico, abbiamo progettato un esperimento di campo in cui diverse linee di mais e fagioli sono state coltivate in purezza o in consociazione per tutte le possibili combinazioni tra cereale e legume. Abbiamo quindi studiato l'impatto sulle comunità microbiche determinato dalla condizione di consociazione e da diverse combinazioni di genotipi. I risultati suggeriscono che il sistema di coltivazione ha un impatto sulla comunità microbica, ma la sua intensità varia a seconda della compatibilità delle combinazioni di genotipi. A livello intraspecifico abbiamo condotto un esperimento in condizioni controllate con il transetto evolutivo del grano duro, costituito da Farro Selvatico, Farro Domestico e Grano Duro. Le piante sono state coltivate in purezza o in miscele composite. Le risposte delle piante sono state studiate attraverso la dissezione dei profili metabolici e del microbioma radicale. I nostri risultati suggeriscono che il grano duro reagisce alla co-coltivazione con i suoi antenati e che le risposte non sono limitate ai processi sotterranei ma potenzialmente attivate nello stato fisiologico della pianta. In conclusione, sono necessarie ulteriori indagini sia a livello socio-ecologico che a livello molecolare per decifrare le strategie interattive delle piante nei sistemi di coltivazione. Tuttavia, riteniamo che i nostri approcci e le nostre metodologie siano adatti per studi futuri che mirano ad approfondire i meccanismi delle interazioni pianta-pianta.