Diapositiva 1 - Feeding Knowledge

VITICOLTURA A SAN PIETRO DI FELETTO “ASPETTI E PROBLEMATICHE ANNO 2013”
MICRORGANISMI BENEFICI, INDUTTORI DI RESISTENZA, TUTELA DEGLI INSETTI UTILI:
POTENZIALITÀ D'USO NELLA DIFESA DEL VIGNETO
POTENZIALITÀ DEGLI
INDUTTORI DI
RESISTENZA NELLA
DIFESA DAI PATOGENI
Prof. ROBERTO CAUSIN
Università di Padova - Dipartimento TeSAF
Lo stato di sanità è la condizione normale nelle
piante (attenzione! A quelle selezionate dall'uomo)
Le piante possiedono “naturalmente” meccanismi
di difesa dai patogeni
L a pianta può essere:
Immune = con “Resistenza non ospite”
Resistente o Suscettibile in varia misura
RESISTENZA
SUSCETTIBILITA'
MECCANISMI DI DIFESA
DIFESE COSTITUTIVE
Precostituite, preinfezionali,
naturalmente presenti nella
pianta,

Strutturali, barriere fisiche con
azione meccanica
Chimiche, sostanze ad azione
antimicrobica già presenti nei
tessuti dell'ospite
Passive

DIFESE INDUCIBILI
Prodotte in seguito al
riconoscimento dell'attacco
(patogeno)

Attive

Strutturali, sintesi ex-novo di
sostanze
chimiche
(callosio,
suberina, lignina..) di “rinforzo” delle
barriere
fisiche
preesistenti
(soprattutto neo-apposizione di pareti) [neoproduzione di tessuti]
Chimiche,sintesi ex-novo di sostanze
ad azione antimicrobica: fenil
propanoidi,
fitoalessine,
PR
proteins.....
Difese costitutive strutturali: CUTICOLA e TRICOMI
Cuticola (spessore 5-20 µ)
CERE, soffici, microcristalline, miste
CUTINA,
polimero
idrofobico:
monolignoli
± uniti fra loro e
esterificati con ac. grassi idrossilati
(C16-C18) e, meno frequentemente, con
ac. grassi a catena più lunga (C18-C30)
e
ac
dicarbossilici
(C14-C20).
L'idrofobicità cresce al crescere della
polimerizzazione
Tricomi non ghiandolari
Tricomi ghiandolari (composti ± volatili, terpeni..)
Difese costitutive strutturali: PARETE
LAMELLA MEDIANA: pectina (polimero ac. galatturonico ± esterificato con metanolo),
molti pectati (in genere di Calcio).
PARETE PRIMARIA: Elastica; molta pectina e pectato di Ca (80-90%) + poca Cellulosa
(polimero di unità di glucosio unite tra loro da un legame β-1--->4 glucosidico)
PARETE SECONDARIA: più rigida; meno pectina, pectato Ca, molta (80-90%) cellulosa in
fibrille (legate da ponti H e emicellulose [Es. xilosio+glucosio=xiloglucani]) + estensine
(glicoproteine ricche di idrossiprolina poste perpendicolarmente alle fibrille di cellulosa)
Schema
parete
secondaria
NB...anche numerosità e forma di stomi, idatodi, lenticelle.........
Difese costitutive chimiche: COMPOSTI NON PROTEICI
Sostanze presenti, in genere, nelle cellule dei tessuti più esterni,
dell'ospite; possono essere già in forma attiva o compartimentate
in vacuoli, vescicole ecc. In questo caso vi è un precursore
separato dall'enzima che lo attiverà; le due sostenze saranno
poste in contatto dal danno alla cellula dell'ospite
Es.
Saponine (steroidee e triterpenoidi), si complessano con gli
(ergo)steroli di membrana danneggiandone integrità e funzioni
Glucosidi cianogenetici, per idrolisi dovuta ad enzimi litici
dell'ospite resi disponibili dal danno alla cellula vegetale,
rilasciano ac. Cianidrico (HCN)
Glucosinolati, glucosidi contenenti S, tipici delle crucifere;
degradati in seguito a danno della cellula dell'ospite, originano
composti repellenti e fungitossici (isotiocianati)
Polifenoli, molti con azione antimicrobica
Difese costitutive chimiche: COMPOSTI PROTEICI
Proteine con diversi tipi di azione; spesso organo-specifiche
e frequenti in semi e tessuti di riserva della pianta. Es.
PROTEINE
Chitinasi Glucanasi
AZIONE
Lisi
EFFETTO SUI PATOGENI
Lisi delle pareti di cellule fungine
Lisozima
Lisi
Lisi delle pareti di batteri
Inibitori PG
Antiproteica
Inibizione delle pectinasi fungine
Inibitori di Proteasi e
Amilasi
Antiproteica
Inibendo la digestione di proteine e amidi,
rendono l'ospite non appetibile per parassiti
animali
Eveina
Legame con chitina
Disturbo dello sviluppo fungino
Lectine
Multipla, tra cui interazione con sintesi
e deposizione della chitina
Disturbo dello sviluppo di funghi, insetti e
batteri.
Tionine
Multipla, tra cui interazione con sintesi
di macromolecole (proteine, ac.
Nucleici..) e alterazione della
funzionalità delle membrane
Disturbo dello sviluppo di funghi e batteri
Ricina, Saponina,
proteine da Phytolacca
(PAP...)
RIP: inattivazione dei ribosomi per
deadenilazione dell'RNA
Azione aspecifica contro i virus
Difese costitutive: ostacoli che si oppongono alla penetrazione dei
patogeni che sono già presenti ancor prima che questi compaiano
e che vengono prodotte anche se essi non dovessero mai apparire
Si producono sempre, anche se “non servono”
Difese inducibili: non sono sempre presenti, vengono prodotte exnovo quando la cellula della pianta viene informata che il patogeno
la sta attaccando.
Vengono attivate solo quando serve
Patogeno
Difese
inducibili
DIFESE ATTIVE O INDUCIBILI
1.
Che cosa informa la pianta che il patogeno la sta attaccando?:
GLI ELICITORI
2.
Come fa la cellula vegetale a recepire l’informazione portata dagli
elicitori?
I RECETTORI
3.
Come reagisce la cellula vegetale quando riceve l’informazione che
un attacco del patogeno è in atto?
LA TRASDUZIONE DEL SEGNALE
IL “BURST OSSIDATIVO
LA SINTESI DI COMPOSTI DI DIFESA: ✔
✔
PR-proteins
Fitoalessine
ELICITORI
ASPECIFICI
*pathogen-associated
molecular patterns
ESOGENI Prodotti del metabolismo dei patogeni di
primaria importanza: frammenti di parete e/o di flagelli;
ac. grassi; steroli; ac. Nucleici; proteine; glicopeptidi. Ad
esempio oligomeri di CHITINA e CHITOSANO (4-7
monomeri); glucani come gli EPTAGLUCANI negli
oomiceti; proteine come le ELICITINE negli oomiceti;
glicopeptidi riconosciuti dalla loro catena glicosidica
laterale (9-11 residui di mannosio); lipidi come
ERGOSTEROLO e AC. ARACHIDONICO degradati dalle
lipossigenasi della pianta; frammenti di FLAGELLINA
ENDOGENI. OLIGOGALATTURONIDI di 10-20 unità
derivanti dalla degradazione dell'AC.
POLIGALATTURONICO (PECTINA)
SPECIFICI
Sostanze specifiche della specie o addirittura
della razza (ceppo) del patogeno; sono alla base
dell'interazione “gene by gene” e richiedono la
presenza del gene R nell'ospite e del gene AVR
nel patogeno
RECETTORE ACCOPPIATO A G-PROTEIN :
nel nostro caso l'elicitore è il ligando
I recettori
sono come
le sentinelle
ELICITORI ASPECIFICI (generali, PAMPs) e SPECIFICI: il caso
“curioso” dei batteri fitopatogeni Gram – che possiedono il cluster genico
hypersensitive response and pathogenicity (hrp) che codifica per il
sistema di secrezione tipo III (TTSS): l'effector protein che serviva per
aggirare il riconoscimento PAMPs, diventa elicitore specifico
LA TRASDUZIONE DEL SEGNALE. Dal recettore deve essere
trasmesso un messaggio che deve arrivare al nucleo della cellula
dove si trova il DNA che deve dare il via alla produzione dei
composti di difesa INDUCIBILE
Il “Burst” ossidativo
Marcatore di SAR;
attivo su Oomiceti
Permeabilizz.
membrana
Rafforz. Lignificaz. parete
Antimicrobiche; sito
azione membrana
Antimicrobiche; sito azione
membrana
Antimic. azione
membrana
Le PROTEINE DI PATOGENESI
(PR-proteins = pathogenesis
related proteins)
Sintetizzate dalla pianta in
risposta a stress BIOTICI e
ABIOTICI
Non correlate tra loro
Accumulate nel vacuolo o a
livello apoplastico
Abbastanza stabili a pH acido e
alle proteasi
Si accumulano come reazione ad
infezioni biotiche ma anche a
ferite o stress (es. TLP osmotine
prodotte in risposta a stress
osmotico)
LE FITOALESSINE
PAL
VIE DI SINTESI
L’ enzima PAL (Fenilalanina ammonioliasi) è
l’enzima “chiave” nella sintesi dei composti
fenolici a cui si devono, tra le altre cose, le
fitoalessine, la lignina, la suberina
Salicilico.
Tutto parte dalla Fenilalanina
e l'ac.
Come si arriva alla Fenilalanina (aa.cidi aromatici) attraverso la via dell’acido
scichimico
C6-C1
Tra i derivati dell’acido benzoico (C6C1) c'è l'Ac. SALICILICO
Ac. benzoico
Composti fenolici semplici C6C3
Flavonoidi C6C3-C6
C6C3-C6
TAL
PAL
Fenilalanina, PAL e
irrobustimento
della parete per
produzione di
suberina e lignina
LE FITOALESSINE
LE FITOALESSINE
Derivano dal metabolismo dei fenilpropanoidi, alcune
dalla via degli isoprenoidi;
Hanno basso peso molecolare
Sono assenti nelle piante sane;
Hanno azione aspecifica
Sono efficaci se si accumulano velocemente nelle prime
fasi dell'infezione (presenti anche in piante suscettibili
dove però si accumulano più lentamente)
COME POSSIAMO SFRUTTARE QUESTI MECCANISMI
NATURALI DI RESISTENZA, ANCHE NELLE PIANTE CHE SI
AMMALANO (piante non resistenti) ?
Possiamo fare in modo che le difese inducibili vengano messe in
atto molto velocemente, in modo che possano colpire il patogeno
quando esso è presente ancora in quantità limitata; In questa
situazione, basterà una concentrazione limitata di queste
sostanze, purchè siano disponibili subito, nel giro di qualche ora o
al massimo di 1-2 giorni
Ciò può essere ottenuto con induttori di resistenza:
•Particolari molecole chimiche (anche di sintesi es.
Acibenzolar-S-methyl )
•Microrganismi (funghi, attinomiceti,batteri)
Induzione di resistenza nell’ospite:
SAR e ISR
ISR
Figure 1 Model for the ISR signaling pathway. Recognition of MAMPs of beneficial rhizospherecolonizing microorganisms, such as Pseudomonas fluorescens WCS417 or Trichoderma
Plant immune responses triggered by beneficial microbes
Current Opinion in Plant Biology Volume 11, Issue 4 2008 443 - 448
Saskia CM Van Wees , Sjoerd Van der Ent , Corn? MJ Pieterse
http://dx.doi.org/10.1016/j.pbi.2008.05.005
ATTENZIONE!!
E’ la pianta che reagisce
Pertanto
Essa deve avere a disposizione tutta l’energia che
serve per attuare la sintesi dei composti su cui si
basa l’induzione di resistenza
Quindi
Se la pianta è in condizioni di stress, mal coltivata,
debole, anche le reazioni di difesa saranno deboli e
non si avranno i vantaggi attesi
Ricordiamoci anche che un certo grado, limitato, di malattia,
necessariamente si svilupperà
ALCUNI ESEMPI MOLTO RECENTI su piante diverse dalla vite
MAIS:
Trichoderma harzianum T22 distribuito al seme funziona sulla parte aerea
350
300
a
lesion mm^2
250
200
150
b
100
50
0
T+F+
T-F+
Values
c
c
T-F+
T+F+
T-F-
T+F-
239,247
97,323
10,171
2,269
65% di riduzione della lesione
Ferrigo et al, in press
ALCUNI ESEMPI MOLTO RECENTI su piante diverse dalla vite
FRUMENTO:
Trichoderma harzianum INAT11 distribuito alle radici funziona sulla parte aerea
T. harzianum+Fusarium graminearum
Solo Fusarium graminearum
La sperimentazione su vite: alcuni esempi in letteratura
Alcuni esempi con dimostrazione di induzione di resistenza
•Pseudomonas spp. contro Botrytis cinerea (Muffa Grigia)
•Trichoderma harzianum T39 contro Plasmopara viticola
(Peronospora)
•Oligomeri di chitosani contro Muffa Grigia e Peronospora
1500, acetilazione DA 20%)
•Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis,Pantoea
agglomerans, Acinetobacter lwooffii contro Muffa Grigia
(MW
La sperimentazione su vite nell’area del Prosecco
PSR Misura 124
PROGETTO
VITINNOVA
Innovazioni nella difesa della vite
per la riduzione dei trattamenti con prodotti fitosanitari
PARTECIPANTI
Ente Proponente
•CONSORZIO DI TUTELA DEL CONEGLIANO VALDOBBIADENE
DOCG
Partners
•CRA-VIT di Conegliano
•UNIVERSITA’ DI PADOVA
•2 AZIENDE (Az. Agr. Adriano Adami ss; Spagnol Soc. Agr.)
Soggetti Interessati
•14 Comuni: CONEGLIANO
VALDOBBIADENE
SAN VENDEMIANO
COLLE UMBERTO
VITTORIO VENETO
TARZO
CISON DI VALMARINO
S. PIETRO DI FELETTO
REFRONTOLO
SUSEGANA
PIEVE DI SOLIGO
FARRA DI SOLIGO
MIANE
VIDOR
•Provincia di TREVISO
•Consorzio DOC Prosecco
La sperimentazione su vite nell’area del Prosecco:
attività riguardante le possibilità di indurre resistenza,
prevista in VITINNOVA e altri progetti
• Saggi “in vitro” e in vaso con microrganismi selezionati tra gli
endofiti della vite e tratti da prodotti disponibili sul mercato,
contro vari patogeni, con particolare interesse per quelli vasali
• Prove di campo sulle possibilità di eseguire la difesa della vite
utilizzando protocolli basati su microrganismi con eventuali
integrazioni con zolfo, fosfiti e ridotto o assente apporto di
rame
GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Roberto Causin
Università di Padova, Dip. TeSAF, Sez. Patologia Vegetale