Plant genetic and root‐associated microbial diversity modulate Lactuca sativa responsiveness to a soil inoculum under phosphate deficiency

Microbial-based approaches offer a promising strategy to decrease the use of chemical fertilizers in agriculture. Among them, arbuscular mycorrhizal fungi (AMF), which extend root surface area and enhance phosphate uptake, and phosphate-solubilizing bacteria (PSB) are particularly relevant. However, their effectiveness depends strongly on plant genetic diversity. To identify genetic markers underlying plant responses to beneficial soil microbes, we studied a panel of 128 fully sequenced Lactuca sativa varieties under controlled phosphate-starvation conditions and treated with AMF and PSB. Lettuce genetic variation showed a strong effect on physiological and morphological responses to microbial inoculation. Genome-wide association studies identified specific genomic regions associated with changes in leaf phosphate content and shoot biomass following treatment. Beyond genetic factors, we observed shifts in fungal beta-diversity and increased bacterial alpha-diversity associated with phenotypic variation. We also identified 44 amplicon sequence variants associated with agriculturally relevant traits. Among these, six bacterial strains were experimentally validated through in vitro and pot experiments for their effects on leaf phosphate concentration and shoot biomass. Overall, we highlighted key genetic, microbial, and physiological mechanisms that may enhance microbial treatments for improved plant phosphate management in lettuce.Gli approcci basati sui microrganismi rappresentano una strategia promettente per ridurre l'uso di fertilizzanti chimici in agricoltura. Tra questi, i funghi micorrizici arbuscolari (AMF), che aumentano la superficie radicale e migliorano l'assorbimento del fosfato, e i batteri solubilizzatori di fosfato (PSB) risultano particolarmente rilevanti. Tuttavia, la loro efficacia dipende fortemente dalla diversit & agrave; genetica della pianta. Per identificare i marcatori genetici alla base delle risposte delle piante ai microrganismi benefici del suolo, abbiamo studiato un pannello di 128 variet & agrave; di Lactuca sativa completamente sequenziate, in condizioni controllate di carenza di fosfato e trattate con AMF e PSB. La variazione genetica della lattuga ha mostrato un effetto marcato sulle risposte fisiologiche e morfologiche all'inoculazione microbica. Studi di associazione genome-wide (GWAS) hanno identificato specifiche regioni genomiche associate a variazioni nel contenuto di fosfato fogliare e nella biomassa dei germogli in seguito al trattamento. Oltre ai fattori genetici, abbiamo osservato cambiamenti nella beta-diversit & agrave; fungina e un aumento dell'alpha-diversit & agrave; batterica associati alla variazione fenotipica. Abbiamo inoltre identificato 44 varianti di sequenza amplicone (ASV) associate a caratteri di rilevanza agricola. Tra queste, sei ceppi batterici sono stati validati sperimentalmente attraverso esperimenti in vitro e in vaso per i loro effetti sulla concentrazione di fosfato fogliare e sulla biomassa dei germogli. Nel complesso, abbiamo evidenziato i principali meccanismi genetici, microbici e fisiologici che potrebbero migliorare gli inoculi a base di microrganismi benefici per una gestione ottimale del fosfato in lattuga.