PON AIM

OBIETTIVI

La necessità di ridurre l’uso di fungicidi chimici per combattere le perdite di produzione agricola dovute a malattie fungine (Dir CE 128/2009) richiede nuovi strumenti quali l’uso di agenti microbici di biocontrollo (BCA).

Il laboratorio di Patologia Vegetale del dipartimento di Agricoltura, Ambiente, e Alimenti (DiAAA) dell’Università degli studi del Molise conduce da anni ricerca di base e applicata su BCA per la difesa biologica e integrata di piante e derrate agrarie contro funghi patogeni basata su lieviti basidiomiceti, in collaborazione con Atenei internazionali: University of Gävle, Svezia; Universidad de Cádiz, Spagna; Duke University, USA; Jiangsu University, Cina; University of Melbourne, Australia. L’attività ha prodotto il brevetto europeo EP2731441B che ha attratto finanziamenti da multinazionali interessate al suo sviluppo commerciale.

Per ottimizzare l’uso dei BCA e annullare il gap tecnologico ancora esistente rispetto ai fungicidi, è essenziale comprendere a fondo i meccanismi dei BCA e le loro interazioni coi fattori biotici e ambientali (1, 2).

Il laboratorio di Patologia Vegetale del Dipartimento di Agricoltura, Ambiente, e Alimenti (DiAAA) dell’Università degli studi del Molise ha presentato con successo un progetto per partecipare al bando PON AIM (Programma Operativo Nazionale – Attraction and International Mobility) (www.ponricerca.gov.it) del  Ministero dell’istruzione, dell’Università e della Ricerca – Dipartimento per la formazione superiore e la ricerca – Direzione  Generale per il coordinamento, la promozione e valorizzazione della Ricerca. Il referente del progetto finanziato, AIM1804798 – 1, è il Direttore del Dipartimento Prof. Raffaele Coppola, e il Responsabile Scientifico è il Prof. Raffaello Castoria.

Il progetto ha l’obiettivo di chiarire i meccanismi genetici alla base dell’attività antagonistica del lievito Papiliotrema terrestris ceppo LS28, efficace BCA contro funghi patogeni di colture agrarie in campo e postraccolta (3-6) e modello di studio per un ceppo della stessa specie, il cui uso è protetto dal brevetto europeo.

LS28 e altri BCA agiscono principalmente mediante competizione per spazio e nutrienti, basata anche sulla capacità di resistere a specie reattive dell’ossigeno generate dalle ferite dei frutti e sulla conseguente capacità di colonizzare rapidamente le ferite, principale sito di ingresso di vari patogeni. Altri meccanismi proposti sono: sintesi di enzimi che depolimerizzano la parete dei funghi, formazione di biofilm, quorum sensing, sintesi di composti antimicrobici volatili, competizione per il ferro, induzione di risposte di difesa nel tessuto vegetale (1, 2, 5, 8). Inoltre, dati preliminari del DiAAA indicano che a) LS28 sembra interferire con l’acidificazione delle ferite indotte dal fungo patogeno Penicillium expansum, come componente della sua strategia infettiva (7), b) diversi composti ammessi negli alimenti aumentano l’efficacia di LS28 intervenendo sul meccanismo ipotizzato in a).

Penicillium expansum sintetizza la micotossina patulina (PAT), che contamina alimenti derivati da frutta a causa dell’attacco in postraccolta del fungo micotossigeno. LS28 è anche capace di degradare PAT attraverso 2 diversi pathway che formano composti diversi e non tossici (dati non pubblicati, 9). PAT sembra favorire il processo infettivo, quindi la sua degradazione potrebbe essere un ulteriore meccanismo di biocontrollo (10).

Nei meccanismi del biocontrollo vanno incluse le risposte di LS28 a fattori biotici e ambientali sia in pre che postraccolta, sia perché attivo anche in campo, sia perché in generale l’applicazione dei BCA preraccolta li rende più efficaci in postraccolta (11).

La conoscenza profonda dei meccanismi dei BCA necessita di approcci e strumenti avanzati per indagare il complesso sistema del biocontrollo in cui operano i 3 attori principali dell’interazione tritrofica BCA-Patogeno-Ospite, oltre ai fattori ambientali; è necessario un approccio globale, “omico”, basato su strumenti bioinformatici e genetico-molecolari (9).

Dal punto di vista metodologico, per lo svolgimento del progetto verranno utilizzati approcci di trascrittomica e genomica comparativa combinati con esperimenti di genetica funzionale e analisi fenotipica.

L’identificazione dei geni chiave del biocontrollo sarà fondamentale per modularne l’espressione nelle condizioni (luce, umidità, temperatura) in cui i BCA vengono utilizzati nella pratica; ciò attraverso lo sviluppo di una formulazione contenente composti, identificati attraverso sperimentazioni successive, che inducono l’attività di tali geni.

L’identificazione dei geni responsabili della degradazione di PAT sarà base per obiettivi successivi: produzione industriale degli enzimi degradativi per processi di detossificazione di prodotti/succhi derivati ​​da frutti; sviluppo di un biosensore basato su proteine ​​interagenti con PAT per metodi economici e user-friendly per quantificare la micotossina in prodotti alimentari.

Riferimenti bibliografici

1. Spadaro et al 2016. Trends Food Sci Technol 47:39
2. Liu et al 2013. Int J Food Microbiol 167:153
3. Lima et al 2011. Postharv Biol Technol 60:164
4. De Curtis et al 2012. Field Crops Res 134:36
5. Castoria et al 2003. Phytopathol 93:564
6. Castoria et al 2005. Phytopathol 95:1271
7. Vylkova 2017. PLoS Pathog 13:e1006149
8. Droby et al 2016. Postharv Biol Technol 122:22
9. Castoria et al 2011. J Agric Food Chem 59:11571
10. Snini et al 2016. Mol Plant Pathol 17:920
11. Ippolito et al 2000. Crop Prot 19:715

PUBBLICAZIONI

1) Cecilia Miccoli, Davide Palmieri, Filippo De Curtis, Giuseppe Lima, Joseph Heitman, Raffaello Castoria, Giuseppe Ianiri. 2020. The necessity for molecular classification of basidiomycetous biocontrol yeasts. BioControl https://doi.org/10.1007/s10526-020-10008-z