Fusarium culmorum

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Caratteristiche

Fusarium culmorum (Fig. 1) è un fungo ascomicete molto diffuso che causa malattie a vari cereali, quali grano e orzo, oltre ad avere attitudine saprofitaria. Le fitopatie determinate da questo patogeno sono principalmente mal del piede e marciume radicale (in inglese Foot and Root Rot, FRR) e fusariosi (Fusarium Head Blight, FHB). I danni causati da questo fitopatogeno possono essere sia in campo che durante lo stoccaggio e determinano perdite di produzione non indifferenti. Un grave problema legato a questo fungo è la produzione di micotossine (tricotecene, zearalenone e fusarina) che contaminano i prodotti e causano sindromi tossiche ad uomo e animali che se ne nutrono.

Infezione di Fusarium culmorum in campo
Figura 1 – Infezione di Fusarium culmorum in campo (Fonte: commons.wikimedia.org)

Filogenesi

RegnoFunghi
PhylumAscomycota
ClasseSordariomycetes
OrdineHypocreales
FamigliaNectriaceae
GenereFusarium
SpecieFusarium culmorum
Tabella 1 – Filogenesi di Fusarium culmorum

La genetica di Fusarium culmorum

Buona parte del genoma del Fusarium culmorum è ancora sconosciuto, gli studi conseguiti però hanno portato all’identificazione di specifiche proteine e la loro funzione. Tra le proteine annotate nel database di NCBI si possono trovare il fattore di allungamento 1-apha, l’RNA polimerasi II, la proteina di regolazione usata per l’analisi filogenetica oltre ai geni coinvolti per la produzione del tricotecene (utilizzati per studi filogenetici). Altre proteine segnate in queste analisi sono i trasportatori ABC, il tricotecene sintasi che viene utilizzato per esperimenti di silenziamento genico, a proteine che prendono parte all’effetto schiuma nella birra ed altre.

Alcuni geni del fungo sono stati clonati per la produzione di metaboliti secondari utili. Diversamente la conoscenza dei geni che prendono parte al processo di patogenesi del fungo è limitata. La trasformazione genica del fungo è stata stabilita e studiata, però la mancanza del genoma completo ha limitato le analisi funzionali dei geni a pochi esempi. Uno di questi è la proteina ABC, FcABC1, che conferisce al patogeno resistenza alle sostanze che le piante di grano attaccate producono una volta avvenuta l’infezione. In futuro ci saranno studi più approfonditi con il sequenziamento di tutto il genoma di questo micete così da poter migliorare le conoscenze del suddetto.

Morfologia delle colonie

Il Fusarium culmorum può crescere su differenti terreni di coltura, ma la velocità di sviluppo alla temperatura ottimale (25°C) della colonia è molto rapido su Potato Dextrose Agar (PDA). Su quest’ultimo il micelio (Fig. 2) è di consistenza lanosa di colore biancastro, rosso o giallo chiaro. Se si gira la piastra si possono osservare varie colorazioni della colonia legate alla produzione di pigmenti rossi, grigio-rosa e borgogna da parte del fungo. La colonia ha una crescita omogenea dal punto di inoculo sul terreno di conseguenza, in condizioni ottimali, la sua forma è circolare.

Fusarium culmorum in vitro
Figura 2 – Fusarium culmorum cresciuto su piastra (Fonte; retina.usal.es).

Metodi d’identificazione

L’identificazione di questo fungo viene fatta tramite l’osservazione al microscopio dei macroconidi formati sui sporodochi sul terreno di coltura Carnation Leaf Agar (CLA). I conidiofori sono formati da un solo ramo, corto e largo. I macroconidi (Fig. 3) sono riconoscibili dalla forma relativamente corta e massiccia, con una cellula apicale smussata mentre la cellula basale è a forma di piede o dentellato; essi sono incurvati e hanno la parete spessa, con 3-5 setti. I microconidi in Fusarium culmorum sono assenti. Le clamidiospore possono essere ovali o globose e si formano, tra le ife, solitarie, in catene o ciuffi (anche da macroconidi). Strumenti con PCR o real time PCR sono utilizzati per il rilevamento e la quantificazione del fungo.

Macroconidi di Fusarium culmorum.
Figura 3 – Condici di Fusarium culmorum (Fonte: commons.wikimedia.org)

Fusarium culmorum può essere osservato sui cereali come sintomi delle due principali fitopatie. Nel caso di mal del piede e marciume radicale si osservano i segni della ruggine, macchie marroni sulle radici e coleottili delle piantine infette (Fig. 4). Altre macchie marroni possono essere osservate sugli internodi dello stelo principale. I germogli possono morire prima della completa formazione. Si ha la formazione di puntini bianchi sui semi che raggrinziscono (rimanendo di colore bianco). Diversamente, nel caso di fusariosi, si osserva la prematura schiaritura delle spighette o ruggine sull’intera spiga, che rimane vuota oppure contiene semi scuri e piccoli.

 Sintomi di di Fusarium culmorum  su radice, stelo e nodi
Figura 4 – Sintomi di di Fusarium culmorum su radice, stelo e nodi (Fonte: commons.wikimedia.org)

Ecologia

L’infezione da parte di Fusarium culmorum è fortemente influenzata delle condizioni ambientali quali temperatura, umidità, disponibilità di carbonio e azoto. Per di più questi fattori influenzano la capacità dei vari ceppi di produrre micotossine che possono aumentare l’aggressività del fungo inibendo la risposta di difesa della pianta. La produzione delle micotossine è fondamentale proprio per la diffusione del fungo (inibizione sistemi di difesa) ma sono un grave problema per la salute umana ed animale in caso esse persistano sulle parti delle piante che verranno consumate dai fruitori.

Le piante che possono essere infettate da Fusarium culmorum sono numerose e comprendono molti cereali come orzo, grano e avena ma anche luppolo, asparago, fagiolo, fragola e patata. In caso la pianta abbia stress abiotici, l’attacco del patogeno sarà più pesante e potrà prendere velocemente il sopravvento sull’ospite portando a danni gravi e perdite di raccolto. Ad esempio, secondo gli studi di Davis et al. (2009), eccessive concimazioni azotate e alta densità di semina aumentano l’incidenza di mal del piede. Il motivo di ciò è l’aumento di superficie fogliare e traspirazione che portano a stress idrico nella pianta e di conseguenza alta sensibilità al patogeno.

Patogenesi

Fusarium culmorum rimane vitale sui residui vegetali sotto forma di micelio e può resistete nel terreno fino a 4 anni formando clamidiospore. Quando il seme germina, il fungo penetra attraverso la rottura formata dall’uscita della radichetta e si sposta verso lo stelo. In caso l’infezione avvenga quando la pianta è già cresciuta, esso penetra dagli stomi delle foglie basali. Tendenzialmente il fungo rimane nella parte basale della pianta, spostandosi fino ai primi nodi. La colonizzazione da parte del fungo rimane inizialmente tra le cellule epidermiche e la corteccia (via intercellulare apoplastica); successivamente esso procede intracellularmente nel simplasto colonizzando i tessuti.

Nel caso di fusariosi, invece, l’infezione avviene dalla fioritura in poi. Una volta che i macroconidi arrivano alla spiga, essi germinano molto velocemente e, penetrando nel tessuto ospite dagli stomi o altre fessure, possono raggiungere l’endosperma in 12-24 ore. Il Fusarium culmorum può avere uno stadio biotrofo iniziale nel tessuto della pianta, per poi passare alla stadio necrotrofo con la produzione di tricotecene ed altri enzimi. L’infezione del fungo fitopatogeno è accompagnata da un aumento del pH e una maggior attività di espressione di enzimi extracellulari nelle cellule della pianta.

Controllo, prevenzione e lotta al patogeno

La crescita di Fusarium culmorum e la produzione di micotossine sono influenzati da vari fattori, di conseguenza i mezzi di controllo per esso sono la combinazione di varie tecniche. La selezione di cultivar resistenti è il metodo ideale per evitare le infezioni primarie e la diffusione del patogeno; il problema è che non esistono, ad oggi, varietà delle piante ospiti del patogeno altamente resistenti. C’è da ricordare che questo fungo sopravvive nel seme e ciò aumenta la quantità d’inoculo nel suolo: per questo motivo tecniche agronomiche come l’aratura devono essere preferite alla semina diretta o le minime lavorazioni del terreno, permettendo di interrare il micete in profondità. Altre tecniche per il controllo di Fusarium culmorum possono essere la concia del seme e le rotazioni colturali con colture non cerealicole. Fondamentale è razionalizzare la concimazione azotata.

L’utilizzo di fungicidi in campo può controllare la malattia fino al 70% e ridurre il quantitativo di micotossine nei prodotti. Il continuo utilizzo delle stesse molecole in campo può portare alla selezione di ceppi resistenti ad esse; la soluzione a ciò è l’utilizzo di nuove molecole, magari di origine naturale, ma anche la razionalizzazione dei vari trattamenti. L’ultimo metodo per il controllo del patogeno è l’utilizzo dei naturali antagonisti del fungo attraverso la lotta biologica; questo può avvenire facendo applicazioni sui residui vegetali o direttamente sulla pianta o con la concia dei semi.  

Fonti

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  • www.gd.eppo.int
  • www.cabi.org
  • www.ncbi.nlm.nih.gov
  • www.syngenta.nl

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