class: title-slide # .font170[MICROBIOMA E MICROBIOTA] <br><br><br><br> .marco[ Marco Chiapello <br> 2020-11-10 ] .marco[ .center[.font90[[[<svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:steelblue;" viewBox="0 0 448 512"><path d="M94.12 315.1c0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06S0 341 0 315.1c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06h47.06v47.06zm23.72 0c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06s47.06 21.16 47.06 47.06v117.84c0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06s-47.06-21.16-47.06-47.06V315.1zm47.06-188.98c-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06S139 32 164.9 32s47.06 21.16 47.06 47.06v47.06H164.9zm0 23.72c25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06s-21.16 47.06-47.06 47.06H47.06C21.16 243.96 0 222.8 0 196.9s21.16-47.06 47.06-47.06H164.9zm188.98 47.06c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06 25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06s-21.16 47.06-47.06 47.06h-47.06V196.9zm-23.72 0c0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06V79.06c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06 25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06V196.9zM283.1 385.88c25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06 0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06v-47.06h47.06zm0-23.72c-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06 0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06h117.84c25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06 0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06H283.1z"/></svg>](https://join.slack.com/t/ipma-2020/shared_invite/zt-j9o8ig7k-LN1~U3d6QJztquYbC6iW7w) Slack (https://bit.ly/3eRDBRL) - <svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:steelblue;" viewBox="0 0 512 512"><path d="M502.3 190.8c3.9-3.1 9.7-.2 9.7 4.7V400c0 26.5-21.5 48-48 48H48c-26.5 0-48-21.5-48-48V195.6c0-5 5.7-7.8 9.7-4.7 22.4 17.4 52.1 39.5 154.1 113.6 21.1 15.4 56.7 47.8 92.2 47.6 35.7.3 72-32.8 92.3-47.6 102-74.1 131.6-96.3 154-113.7zM256 320c23.2.4 56.6-29.2 73.4-41.4 132.7-96.3 142.8-104.7 173.4-128.7 5.8-4.5 9.2-11.5 9.2-18.9v-19c0-26.5-21.5-48-48-48H48C21.5 64 0 85.5 0 112v19c0 7.4 3.4 14.3 9.2 18.9 30.6 23.9 40.7 32.4 173.4 128.7 16.8 12.2 50.2 41.8 73.4 41.4z"/></svg>](mailto:marco.chiapello@unito.it) marco.chiapello@unito.it] ] ] ??? .n30[ - Sarò uno dei vostri docenti per il corso "Interazioni tra piante, microrganismi e ambiente" ] --- layout: true class: clear --- .font180[.bold[General Introduction <svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:black;" viewBox="0 0 496 512"><path d="M225.38 233.37c-12.5 12.5-12.5 32.76 0 45.25 12.49 12.5 32.76 12.5 45.25 0 12.5-12.5 12.5-32.76 0-45.25-12.5-12.49-32.76-12.49-45.25 0zM248 8C111.03 8 0 119.03 0 256s111.03 248 248 248 248-111.03 248-248S384.97 8 248 8zm126.14 148.05L308.17 300.4a31.938 31.938 0 0 1-15.77 15.77l-144.34 65.97c-16.65 7.61-33.81-9.55-26.2-26.2l65.98-144.35a31.938 31.938 0 0 1 15.77-15.77l144.34-65.97c16.65-7.6 33.8 9.55 26.19 26.2z"/></svg>]] - .font120[Learning] - .font120[Motivate] - .font120[Feedbacks] - .font120[Silly questions] ??? .n30[ - Learning: L'apprendimento non e' qualcosa che si fa agli studenti, l'apprendimento e' un processo e non un prodotto - Motivate: La motivazione degli studenti determina, orienta e sostiene cio' che essi fanno per imparare. Sta **anche** me riuscire a motivarvi e a creare l'effetto whoa - Feedback: E' studiato e risaputo che l'atmosfera sociale, emotova ed intellettuale della classe influenzi l'apprendimento. Quindi interagiamo => sono disponibile a rispondere e chiarire ogni dubbio sia in classe che fuori - Silly questions: esistono, ma non e' stupido chi le fa! Mi permettono di capire se devo approfondire qualche concetto ] --- class: center, middle .font180[.bold[Course overview]] .font120[Lecture: Plant Microbiota <svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:green;" viewBox="0 0 384 512"><path d="M378.31 378.49L298.42 288h30.63c9.01 0 16.98-5 20.78-13.06 3.8-8.04 2.55-17.26-3.28-24.05L268.42 160h28.89c9.1 0 17.3-5.35 20.86-13.61 3.52-8.13 1.86-17.59-4.24-24.08L203.66 4.83c-6.03-6.45-17.28-6.45-23.32 0L70.06 122.31c-6.1 6.49-7.75 15.95-4.24 24.08C69.38 154.65 77.59 160 86.69 160h28.89l-78.14 90.91c-5.81 6.78-7.06 15.99-3.27 24.04C37.97 283 45.93 288 54.95 288h30.63L5.69 378.49c-6 6.79-7.36 16.09-3.56 24.26 3.75 8.05 12 13.25 21.01 13.25H160v24.45l-30.29 48.4c-5.32 10.64 2.42 23.16 14.31 23.16h95.96c11.89 0 19.63-12.52 14.31-23.16L224 440.45V416h136.86c9.01 0 17.26-5.2 21.01-13.25 3.8-8.17 2.44-17.47-3.56-24.26z"/></svg>] <br> .font120[Lecture: Ecological Significance of Viruses
<img src="images/virus-3128.png" style="height:1em; width:auto; "/>
] .font120[Practical: How to define a oomycete virome <svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:grey;" viewBox="0 0 640 512"><path d="M255.03 261.65c6.25 6.25 16.38 6.25 22.63 0l11.31-11.31c6.25-6.25 6.25-16.38 0-22.63L253.25 192l35.71-35.72c6.25-6.25 6.25-16.38 0-22.63l-11.31-11.31c-6.25-6.25-16.38-6.25-22.63 0l-58.34 58.34c-6.25 6.25-6.25 16.38 0 22.63l58.35 58.34zm96.01-11.3l11.31 11.31c6.25 6.25 16.38 6.25 22.63 0l58.34-58.34c6.25-6.25 6.25-16.38 0-22.63l-58.34-58.34c-6.25-6.25-16.38-6.25-22.63 0l-11.31 11.31c-6.25 6.25-6.25 16.38 0 22.63L386.75 192l-35.71 35.72c-6.25 6.25-6.25 16.38 0 22.63zM624 416H381.54c-.74 19.81-14.71 32-32.74 32H288c-18.69 0-33.02-17.47-32.77-32H16c-8.8 0-16 7.2-16 16v16c0 35.2 28.8 64 64 64h512c35.2 0 64-28.8 64-64v-16c0-8.8-7.2-16-16-16zM576 48c0-26.4-21.6-48-48-48H112C85.6 0 64 21.6 64 48v336h512V48zm-64 272H128V64h384v256z"/></svg> ] --- .font180[.bold[Agenda]] .h35[ - .font140[Introduzione] - .font120[Il microbiota umano] - .font140[Il microbiota delle piante] - .font120[Da chi è composto] - .font120[Che funzioni ha] - .font120[Come prende forma] ] ??? - .n[**Intro**: spiegazione dei concetti generali e dei termini] --- .pull-left[.center[.font180[.bold[microBIOTA]]] <br> <img src="images/microbiota.jpg" width="400px" style="display: block; margin: auto;" /> <br> > .font80[si riferisce a una popolazione di microrganismi che colonizza un determinato luogo] ] .pull-right[.center[.font180[.bold[microBIOMA]]] <br> <img src="images/microbioma.jpg" width="400px" style="display: block; margin: auto;" /> > .font80[indica la totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota, cioè i geni che quest’ultimo è in grado di esprimere] ] ??? - .n[si riferisce a una popolazione di microrganismi che colonizza un determinato luogo] - .n[batteri, funghi, protozoi, elminti, neamtodi, virus, ] - .n[indica la totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota, cioè i geni che quest’ultimo è in grado di esprimere] - .n[la differenza che passa tra i due termini è la stessa che esiste tra popolazione umana e genoma umano] --- .pull-left[.center[.font180[.bold[microBIOTA]]]] .pull-right[.center[.font180[.bold[microBIOMA]]]] <br> <img src="images/microPublications.png" width="550px" style="display: block; margin: auto;" /> --- <br><br><br> .center[.font600[.fontW7[HMP]]] .center[.font140[Human Microbiome Project]] --- Il **progetto microbioma umano** è una iniziativa dei National Institutes of Health statunitensi con il fine di **identificare e caratterizzare i microrganismi ed il loro rapporto con lo stato di salute e di malattia dell'uomo**. <img src="images/microNubers.jpg" width="700px" style="display: block; margin: auto;" /> ??? - .n[**RAPPORTO** cellule microbiche e cellule umane] - .n[Il numero totale di cellule microbiche presenti in un organismo umano può superare di dieci volte il numero di cellule dell'organismo stesso] - .n[i geni di origine microbica possono superare di cento volte il numero di geni presenti nel genoma umano (composto da circa 20.000 geni).] --- <br><br><br> .content-box-grey[.font180[.fontW7[L'essere umano va concepito come composto da cellule umane e microbiche]]] ??? - .n[Visto l'alto numero di cellule microbiche e della quantità del loro materiale genetico] - .n[L'essere umano va concepito come composto da cellule umane e microbiche] - .n[MA **quali** sono i micro-organismi] --- .center[Temporal human microbiota] <img src="images/humanEvo.jpg" width="750px" style="display: block; margin: auto;" /> ??? - .n[La figura mostra i phyla chiave della composizione del microbiota umano in diversi stadi della vita] --- .center[Spatial human microbiota] <img src="images/humanDiversity.png" width="750px" height="580px" style="display: block; margin: auto;" /> ??? - .n[Vediamo ora **dove** sono distribuiti i batteri] - .n[Partiamo dalla parte più interna della figura, dall'albero filigenetico] --- layout: true class: clear .center[.font120[Human microbiota functions] .font80[(Kho and Lal, 2018)]] --- <img src="images/KhoPaperT3-1.png" width="800px" height="520px" style="display: block; margin: auto;" /> --- <br><br> <img src="images/KhoPaperT3-2.png" width="900px" height="400px" style="display: block; margin: auto;" /> --- <img src="images/KhoPaperT3-3.png" width="900px" height="530px" style="display: block; margin: auto;" /> --- layout: false class: inverse, middle, center # Il microbiota delle piante ---- --- layout: true class: clear --- <img src="images/PlantmicroPublications.png" width="630px" style="display: block; margin: auto;" /> --- layout: true # Composizione del microbiota --- class: inverse, middle, center ---- --- ## Glossario - .font80[**Rhizosphere**: The region of soil in the vicinity of plant roots that is influenced by plant-derived nutrients and oxygen availability; it is not a region of definable size or shape, but instead consists of a gradient in chemical, biological and physical properties that change both radially and longitudinally along the root.] -- - .font80[**Phyllosphere**: All the aboveground organs of plants, including the leaf, flower, stem and fruit.] -- - .font80[**Endophytes**: The microorganisms residing within plant tissues (the endosphere), such as leaves, roots or stems.] -- - .font80[**Bulk soil**: is soil outside the rhizosphere. Bulk soil is not penetrated by plant roots] --- layout: true # Composizione del microbiota --- .center[ .h20[ **Spatial plant microbiota** .font50[(Singh, Raina, Kumar, Singh, and Prasad, 2019)] ] <img src="images/PlantMicrobiomeComposition.png" width="470px" height="470px" style="display: block; margin: auto;" /> ] --- .center[ .h20[ **Temporal plant microbiota** .font50[(Sapkota, Jørgensen, and Nicolaisen, 2017)] ] <img src="images/plantMicrobiotaTemporal.png" width="530px" height="470px" style="display: block; margin: auto;" /> ] ??? .n30[ - La composzione del microbiota vegetale è, come quella umana, dipendente dalla fase evolutiva della pianta e dal comparto che si sceglie di studiare. - La figura sulla sinistra dello schermo cerca di schematizzare i recenti studi fatti sul microbiota delle piante ] --- **Microbiota reservoir** .pull-left[ - .n[Although the assemblies of root-associated bacteria and fungi differ substantially from the above-ground communities, both represent a **subset of the microbiota derived from soil communities** and enriched in different plant-associated niches] - .n[This suggests that **soil functions as a common reservoir** for both belowground and aboveground plant microbiota] ] .pull-rigth[ .h20[ <img src="images/reservoir.png" width="450px" height="450px" style="display: block; margin: auto;" /> .right[.font50[(Agnello, Morelli, and Del Panno, 2020)]] ] ] ??? .n30[ - Un'importante considerazione da fare è che sebbene le comunità batteriche e fungine che sono associate alla piante siano molto diverse tra la parte ipogea e la parte epigea della pianta, entrambe rappresentano un sottogruppo del microbiota derivato dalle comunità del suolo - Possiamo quindi dire che il suolo funziona come riserva comune per il microbiota della pianta epigeo e ipogeo ] --- .pull-left[ <img src="images/bacterialDiv.png" width="350px" style="display: block; margin: auto;" /> <img src="images/fungalDiv.png" width="350px" style="display: block; margin: auto;" /> ] .pull-right[ - .n[There are clear differences among the microbial communities in different plant compartments, which indicates that the **plant compartment is a major selective force** that shapes the composition of plant-associated microbiota] ] ??? - .n[**Shannon diversity index**: combina ricchezza e diversità] - .n[Misura sia il numero delle specie presenti e la differenza tra l'abbondanza delle diverse specie.] - .n[Un valore grande significa che sono presenti molte specie con un'abbondanza simile. Il range del valore varia da 1 (una specie dominante) fino al numero totale di tutte le species (nel caso che tutte le specie abbiano la stessa abbondanza)] --- .pull-left[ **CORE MICROBIOTA** .h202[ .m0ul[ - The plant core microbiota consists of members of the microbial community that are **persistent and are ubiquitous in almost all the communities** associated with a particular host - The core microbiota contains key microbial taxa that carry **genes with functions that are essential** for host fitness - Many members of the core microbiota of different plant species are **common at the genus level** - The identification of a co-occurring core of plant-associated microorganisms also provides a useful starting point for studies of how to build **SynComs** to manipulate plant–microbiome interactions for increased **growth and productivity** ] ] ] .pull-right[ <br> <img src="images/core1.png" width="400px" style="display: block; margin: auto;" /> ] ??? .h25[ - .n[Il **core microbiota** è composto da alcuni membri del microbiota che sono presenti in tutte, o quasi, le comunità associate ad una determinato ospite] - .n[E i suoi membri esprimono geni le cui funzioni sono di primaria importanza per la salute del loro ospite] - .n[Seppur diverse piante abbiamo microbiota diversi, un certo numero di membri è lo stesso] - .n[L'identificazione di microorganismi che fanno parte di diversi **core microbiota** è di grande importanza per la produzione delle comunità sintetiche, da usare in agricoltura per aumentare la crescita e la produttività delle piante] ] --- .pull-left[ <br> <img src="images/core2.png" width="400px" style="display: block; margin: auto;" /> ] .pull-right[ **HUB MICROBIOTA** .h202[ - Within the core microbiota, a few members, such as ‘hub microorganisms’, can **influence the community structure** through strong biotic interactions with the host or with other microbial species, rather than simply by their own high abundance - These hub species may represent **keystone species** that can exert strong direct and indirect effects on microbiome assembly and that **function as mediators** between the plant and its associated microbiome. - For example, *Albugo laibachii* and *Dioszegia spp.* have been identified as highly interactive hubs in the phyllosphere of *A. thaliana* [Agler, et al. 2016] ]] ??? .h35[ - .n[All'interno del core microbiota, alcuni membri possono influenzare la struttura dell'intera comunità, non per la loro abbondanza, ma per le loro interazione dirette od indirette con la pianta o gli altri microorganismi. Vengono definiti: **hub microorganism**] - .n[**hub** letteralmente significa: centro, perno, fulcro] - .n[Esempio di hubs identificati nella fillosfera di arabidopsis. Albugo è un oomicete obligato mentre Dioszegia è un basidiomicete] ] --- layout: true # Plant Holobiont --- class: inverse, middle, center ---- --- .m10bp[ <img src="images/holobiont1.png" width="800px" style="display: block; margin: auto;" /> .right[.font50[(Berg, Köberl, Rybakova, Müller, Grosch, and Smalla, 2017)]] ] .m0p[ .h20[ .font80[Plants and their associated microorganisms form a holobiont and have to be considered as co-evolved species assemblages consisting of bacterial, archaeal and diverse eukaryotic species] ] ] ??? .n30[ - olobionte definisce l'organismo vivente alla luce della convivenza con il proprio microbiota - Se l'organismo e' un olobionte, il suo genoma sara' un ologenoma, ovvero l'insieme del genoma dell'organismo ospite e del genoma dei microrganismi che lo abitano - Se davvero questi genomi si comportano come una cosa sola, l'ologenoma deve essere considerato un'unità di selezione, ovvero un unico bersaglio della selezione naturale, e in quanto tale evolve come un unico individuo ] --- .pull-left[ ### Holobiont functions .m0p[ <img src="images/holobiont2.png" width="500px" style="display: block; margin: auto;" /> .right[.font50[(Theis, Dheilly, Klassen, Brucker, Baines, Bosch, Cryan, Gilbert, Goodnight, Lloyd, Sapp, Vandenkoornhuyse, Zilber-Rosenberg, Rosenberg, and Bordenstein, 2016)]] ] ] .pull-right[ .m0p[ .h26[ - Microbial diversity and balance is a key for healthy plants - Microbial species have the ability to contribute multiple aspects to the system - seed germination and growth - nutrient supply - resistance against biotic stress factors - resistance against abiotic factors - physiology and production of bioactive metabolites - The presence of microbes in plants became initially noticeable when diseases appeared. However, the vast majority of microbes in plants are not causal agents of damage in plants ] ] ] ??? .n30[ - La presenza dei microorganismi sulle piante e' di certo legata alla presenza di malattie. MA, la maggior parte dei microorganismi non causano alcuna malattia alla pianta. - Anzi, questi microorganismi possono contribuire a diversi aspetti: ] --- layout: true # Questions about the lesson --- .m0tbp[ .center[.font50px[<svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:black;" viewBox="0 0 512 512"><path d="M504 256c0 136.997-111.043 248-248 248S8 392.997 8 256C8 119.083 119.043 8 256 8s248 111.083 248 248zM262.655 90c-54.497 0-89.255 22.957-116.549 63.758-3.536 5.286-2.353 12.415 2.715 16.258l34.699 26.31c5.205 3.947 12.621 3.008 16.665-2.122 17.864-22.658 30.113-35.797 57.303-35.797 20.429 0 45.698 13.148 45.698 32.958 0 14.976-12.363 22.667-32.534 33.976C247.128 238.528 216 254.941 216 296v4c0 6.627 5.373 12 12 12h56c6.627 0 12-5.373 12-12v-1.333c0-28.462 83.186-29.647 83.186-106.667 0-58.002-60.165-102-116.531-102zM256 338c-25.365 0-46 20.635-46 46 0 25.364 20.635 46 46 46s46-20.636 46-46c0-25.365-20.635-46-46-46z"/></svg>]] ] .marco[ .center[.font90[[[<svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:steelblue;" viewBox="0 0 448 512"><path d="M94.12 315.1c0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06S0 341 0 315.1c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06h47.06v47.06zm23.72 0c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06s47.06 21.16 47.06 47.06v117.84c0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06s-47.06-21.16-47.06-47.06V315.1zm47.06-188.98c-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06S139 32 164.9 32s47.06 21.16 47.06 47.06v47.06H164.9zm0 23.72c25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06s-21.16 47.06-47.06 47.06H47.06C21.16 243.96 0 222.8 0 196.9s21.16-47.06 47.06-47.06H164.9zm188.98 47.06c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06 25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06s-21.16 47.06-47.06 47.06h-47.06V196.9zm-23.72 0c0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06V79.06c0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06 25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06V196.9zM283.1 385.88c25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06 0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06v-47.06h47.06zm0-23.72c-25.9 0-47.06-21.16-47.06-47.06 0-25.9 21.16-47.06 47.06-47.06h117.84c25.9 0 47.06 21.16 47.06 47.06 0 25.9-21.16 47.06-47.06 47.06H283.1z"/></svg>](https://join.slack.com/t/ipma-2020/shared_invite/zt-j9o8ig7k-LN1~U3d6QJztquYbC6iW7w) Slack (https://bit.ly/3eRDBRL) - <svg style="height:0.8em;top:.04em;position:relative;fill:steelblue;" viewBox="0 0 512 512"><path d="M502.3 190.8c3.9-3.1 9.7-.2 9.7 4.7V400c0 26.5-21.5 48-48 48H48c-26.5 0-48-21.5-48-48V195.6c0-5 5.7-7.8 9.7-4.7 22.4 17.4 52.1 39.5 154.1 113.6 21.1 15.4 56.7 47.8 92.2 47.6 35.7.3 72-32.8 92.3-47.6 102-74.1 131.6-96.3 154-113.7zM256 320c23.2.4 56.6-29.2 73.4-41.4 132.7-96.3 142.8-104.7 173.4-128.7 5.8-4.5 9.2-11.5 9.2-18.9v-19c0-26.5-21.5-48-48-48H48C21.5 64 0 85.5 0 112v19c0 7.4 3.4 14.3 9.2 18.9 30.6 23.9 40.7 32.4 173.4 128.7 16.8 12.2 50.2 41.8 73.4 41.4z"/></svg>](mailto:marco.chiapello@unito.it) marco.chiapello@unito.it] ] ]