Microdochium majus

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Caratteristiche di Microdochium majus

Microdochium majus è un patogeno fungino ascomicete ed agente eziologico della muffa della neve (snow mould) e del Fusarium seedling blight (FSB, Fig. 1). Ha due modalità di infezione: direttamente dal suolo oppure attraverso i semi infettati durante la stagione precedente. Questa azione infettiva ha reso M. majus uno dei principali agenti di malattia sui germogli.

M. majus è diffuso in tutte le regioni fredde e temperate; il motivo per cui sono interessate queste zone è dovuto alle necessità ambientali del fungo, fresche e nevose, le quali sono necessarie per far attivare l’infezione da parte del patogeno. Questo fungo attacca diversi cereali autunno-vernini, in particolare Triticum spp. e Hordeum vulgare, questa specificità dell’ospite lo ha differenziato da un altro agente eziologico della muffa della neve comune: il Microdochium nivale.

Fusarium head blight: consociazione di Fusarium spp. e Microdochium majus
Figura 1 – Fusarium head blight: consociazione di Fusarium spp. e Microdochium majus (Fonte: Cecilia Panzetti)

Filogenesi

RegnoFunghi
PhylumAscomycota
SubphylumPezizomycotina
ClasseSordariomycete
OrdineXylariomycetydae
SubclasseXylariales
FamigliaMicrodochiaceae
Genere Micordochium
SpecieMicrodochium majus
Tabella 1 – Filogenesi di Microdochium majus.

Tassonomia M. majus e M. nivale

La storia della tassonomia di M. majus è stata abbastanza confusionaria: sia per quanto riguarda il genere, che per la specie. Tant’è che, fino a pochi anni fa, era considerato una variante di M. nivale. Il primo a classificare questi funghi fu il micologo svedese E. M. Fries nel 1825 con il nome di Lanosa nivalis; il nome fu probabilmente ispirato dalla sua capacità di attaccare il grano e altre graminacee sotto la neve e dai sintomi che causa sulle piante durante l’inverno. Il micete ricopre le piante con una sorta di “lana” miceliale dal colore bianco-rosa. Però, in alcuni casi è possibile che M. majus riduca la qualità della spiga causando il Fusarium Head Blight (FHB), in consociazione con i Fusarium spp. Per via di questa caratteristica lo avevano, erroneamente, classificato nel genere dei Fusarium e, per questo motivo, gli era stato dato il nome di F. nivale.

Sinonimi

In ogni caso, questo ascomicete è stato riclassificato più volte e per questo motivo ha numerosi sinonimi. Alcuni esempi sono: Calonectria graminicola (Wollenweber), Calonectria nivalis (stati sessuali Schaffnit), Gerlachia nivalis (Saccardo), Griphosphaeria nivalis (Schaffnit, E. Müller & von Arx 1980), Micronectriella nivalis (stati sessuali Schaffnit, Booth 1971) e Monographella nivalis (stati sessuali Schaffnit, E. Müller), Microdochium nivale var. majus (Wollenweber, Samuels & Hallett). I nomi degli stadi teleomorfi, più recentemente accettati, per M. nivale e M. majus sono rispettivamente Monographella nivalis (Mueller 1977) e Monographella nivalis var. neglecta (Gams e Müller 1980). Questi sinonimi non sarebbero più corretti da utilizzare, dato che recentemente è stato scoperto che M. majus (Monographella neglecta) è una specie a sé stante dal M. nivale (Monographella nivalis), col quale può condividere l’ospite e per questo spesso vengono erroneamente confusi. Inoltre, può essere che i nomi di M. nivale e M. majus cambino ancora in futuro. Infatti, il Congresso Biologico Internazionale si è posto l’obiettivo di eliminare il doppio sistema di nomenclatura per i funghi ed adottare una politica: “un nome-un fungo”.

Principali differenze tra Microdochium majus e M. nivale

M. nivale e M. majus erano considerati conspecifici fin dal 2005. Questo nonostante il fatto che differenze consistenti tra questi organismi siano note da oltre 80 anni: in particolare Wollenweber nel 1930 aveva stilato le differenze a livello morfologico per differenziare i conidi. Ulteriori criteri per differenziarli sono: la preferenza dell’ospite, la produzione di spore sessuali e le informazioni genetiche.

Una prima differenza tra i due agenti eziologici della muffa della neve è la riproduzione sessuale. Questo stadio è stato raramente osservato al di fuori del laboratorio, ma in vitro M. majus sembrerebbe sviluppare i periteci più facilmente e rapidamente di M. nivale. Inoltre, M. majus sembrerebbe essere omotallico (autofertile) e M. nivale essere invece eterotallico. Inoltre, i conidi presentano differenze tra le due specie e, seppure non in maniera chiara, sembrerebbero l’unica caratteristica morfologica che le distingue. 

Genoma e metabolismo

Entrambi i funghi sono noti patogeni delle piante della famiglia delle Poaceae, ma una differenza rilevante è stata osservata nella distribuzione di questi patogeni tra i diversi ospiti. Sono stati studiati con inoculi singoli su grano, avena e segale, dove sia M. nivale che M. majus sono stati la causa della malattia su ogni ospite. Mentre nel caso di inoculazione mista (in modo competitivo), M. nivale ha fortemente superato M. majus sulla segale mentre M. majus ha colonizzato preferenzialmente il grano, sul quale – al contrario del primo – riesce a coesistere con Fusarium spp.

Ulteriori ricerche hanno osservato che M. nivale possiede una gamma di ospiti più ampia e con un più alto livello di diversità genetica rispetto a M. majus. La conferma che fossero due specie distinte è arrivata attraverso il gene per il fattore di allungamento 1α (EF-1α). Per quanto riguarda le caratteristiche che hanno in comune i due miceti, si nota che entrambi hanno un’attività di crescita fino a -5 °C, al contrario della maggior parte dei patogeni delle piante nelle regioni temperate, e questo è possibile perché questi funghi sono in grado, se sottoposti a basse temperature, di modificare la composizione della membrana lipidica incorporando ulteriori triacilgliceroli contenenti acidi grassi insaturi: acidi linolenico (18:3) e linoleico (18:2).

Però, a differenza di altri organismi tolleranti il freddo, sia per M. majus che per M. nivale non è nota la produzione di proteine antigelo come prevenzione alla formazione di cristalli di ghiaccio a temperature inferiori a 0°C. Invece, come altri funghi che causano la muffa della neve (Typhula ishikarienesis e T.Incarnata), essi posseggono un lipide betaina la cui funzione specifica resta sconosciuta.

Immagini al microscopio Microdochium majus

Le spore (Fig. 2) sono simili a quelle di Fusarium spp. sia per i setti e per la forma a “fagiolo” allungata, ma al contrario di Fusarium spp. sono prive di peduncolo. La differenza tra i conidi di M. majus e M. nivale, sono difficili da osservare. Questo perché gli intervalli utilizzati per distinguerli, spesso, sono ambigui e, per questo motivo, differenziare le due specie a livello morfologico non è molto affidabile. Le differenze, precedentemente citate, sono basate principalmente sulle dimensioni medie dei conidi:

  • I conidi di M. majus hanno una larghezza di 4,2-6,0 µm, una lunghezza di 15-33 µm e possiedono 0-3 setti;
  • I conidi di M. nivale sono larghi 3,8 µm, lunghi 8-27 µm e possiedono 1-7 setti
Spore di Microdochium majus/nivale
Figura 2 – Spore di Microdochium majus/nivale (Fonte: Cecilia Panzetti).

Morfologia delle colonie

La crescita in vitro della colonia viene fatta su Potato Dextrose Agar (PDA) con l’aggiunta di streptomicina. Il tasso di crescita dell’ifa di M. majus e M. nivale è compreso tra 0,13-0,37 mm/h a 20°C. Il colore del micelio è bianco ed ha una conformazione piatta. La colonia ha una colorazione caratteristica bianca e rosa salmone dovuta dalle spore. Il riconoscimento viene agevolato dalla disposizione dei conidi in cerchi concentrici (Fig. 3) che virano dal bianco al rosa salmone al momento della sporulazione.

Colonia di Microdochium majus.
Figura 3 – Colonia di Microdochium majus (Fonte: Cecilia Panzetti)

Metodi di identificazione

Per l’identificazione di M. majus esistono diverse tecniche a seconda del grado di specificità necessaria. Nel caso del riconoscimento tra la specie M. majus e M. nivale è necessario utilizzare un metodo molecolare, come ad esempio la PCR. Questo perché la distinzione morfologica tramite spore è poco attendibile, mentre nel caso non fosse richiesto la differenziazione tra le specie, è possibile svolgere differenti metodi di identificazione.

PDA test

Con il PDA test è possibile definire con certezza che l’infezione sia causata da M. majus o M. nivale. La rilevazione con coltura su PDA, trattato con streptomicina, si può ottenere sia con inoculo diretto di spore che da materiale vegetale infetto, come semi o foglie (Fig. 4). Successivamente il campione viene posto alla temperatura di 18 °C con 12 ore di buio e 12 ore di luce UV; dopo 7 giorni è possibile osservare lo sviluppo del micelio e la formazione di spore. Come già detto, è possibile svolgere un’identificazione delle spore tramite microscopio e differenziare le due specie.

PDA test di semi affetti da Microdochium majus (a destra materiale sano e a sinistra materiale infetto).

Figura 4 – PDA test di semi affetti da Microdochium majus (a destra materiale sano e a sinistra materiale infetto). (Fonte: Cecilia Panzetti)

Test di germinazione

Un ulteriore metodo di identificazione può essere fatto con la crescita dei semi considerati infetti. La procedura da seguire è il metodo ISTA per test di controllo della salute del materiale semenziero e, con delle modifiche nella valutazione dei germogli, è possibile identificare l’agente eziologico del FSB. Questa procedura però è poco accurata nell’identificazione specifica che sia M. majus o M. nivale. La variazione dei parametri del test, che valuta soltanto la percentuale di germinazione, consiste nell’effettuare il riconoscimento dei sintomi tipici causati da M. majus o M. nivale sui germogli come radici e coleoptile poco sviluppati, deformazioni e imbrunimenti radicali, formazione di micelio bianco-rosato sulla cariosside e macchie brune sui fusti (Fig. 5).

In questa procedura il materiale testato viene coltivato su fogli assorbenti intrisi d’acqua. La crescita dei campioni inizia con una settimana di vernalizzazione a 7 °C. Proseguendo con la crescita del germoglio in camera climatica per tre giorni a 20 °C, con illuminazione 16 ore al giorno. É possibile effettuare l’identificazione anche attraverso un test in suolo, seguendo una procedura più lunga ed articolata. In questo caso, i germogli considerati infetti presentano deformazioni e macchie brune sul fusto oppure non sono totalmente germinati.

Test di germinabilità di semi infetti da Microdochium majus
Figura 5 – Test di germinabilità di semi infetti da Microdochium majus (Fonte: Cecilia Panzetti).

Sintomatologia in campo

L’identificazione può essere svolta anche in campo. In questo caso l’infezione è riconoscibile dai seguenti sintomi: germogli stentati, riduzione della germinabilità e tipica copertura miceliale dal colore bianco-rosa. Inoltre, sulle parti aeree si possono osservare caratteristiche macchie dalla forma irregolare; queste possono essere di colore arancione-bruno sbiancato e con diametro di 5 cm. Se la crescita del patogeno è attiva, i bordi delle macchie possono assumere colore bronzeo (Fig. 6). Però i sintomi, fraintendibili con altre fitopatie, possono essere: marciumi dello stelo, appassimento, imbrunimento delle spighe o carenze nutrizionali. Per avere la certezza che sia un infezione causata da M. majus è sempre consigliato fare un PDA test di conferma.

Campione di foglie raccolte in campo con macchia irregolare causata da M. majus [Fonte: Cecilia Panzetti]
Figura 6 – Campione di foglie raccolte in campo con macchia irregolare causata da M. majus (Fonte: Cecilia Panzetti).

Ecologia

M. majus richiede condizioni ambientali specifiche per causare la fitopatia. In particolare, la copertura nevosa che, maggiore è il tempo in cui ricopre la coltura, maggiore è il grado di infezione. Altri fattori aggravanti sono l’ambiente umido e le temperature prossime allo 0°C (mantenute dal manto nevoso). Inoltre, nelle regioni temperate, con climi fresco-miti, si è osservata un’associazione tra frequenti piogge di breve durata e l’insorgenza della malattia. Sembra chiaro il legame tra l’infezione con temperatura ed umidità. In particolare, è stato osservato che in presenza di temperature tra 1°C e i 16°C ed un’alta umidità si riscontrano infezioni più rapide. Al contrario, in condizioni climatiche secche e temperature maggiori, la crescita cessa. Nel caso di clima umido ed innalzamento della temperatura, invece, avviene un rallentamento della diffusione del micelio.

Anche l’aggressività del fungo dipende da diversi fattori, i quali possono essere la temperatura, la luce, i nutrienti delle piante, lo stadio di crescita delle piante nel momento in cui vengono infettate e le gelate. Questi ultimi due fattori sono strettamente legati allo stato dei carboidrati delle piante e alla proporzione di frutti sani. Inoltre, l’infezione viene agevolata quando si verificano lesioni da gelo (anche leggere). È stato osservato che sia le spore che i miceli, possono persistere nel suolo e quest’ultimi causano un’infezione più rapida e grave rispetto ai conidi. Queste necessità ecologiche, fan si che la gravità della malattia vari da un anno all’altro e che si distribuisca irregolarmente nel campo.

Patogenesi

Il ciclo del M. majus (Fig. 7) ha inizio su detriti vegetali lasciati dopo la raccolta oppure attraverso la diffusione di semi infetti. In quest’ultimo caso, il micelio o la spora riesce a superare il periodo in cui le condizioni sono favorevoli. Essendo un organismo psicrofilo predilige temperature dai -5°C fino a un massimo di 30°C e per questo motivo è soltanto a partire dal tardo autunno che la spora o il micelio vernante produrranno un austorio o dalle ife penetranti degli apparati stomatici. In questo modo, il M. majus riuscirà a entrare nel tessuto dell’ospite e danneggiare attivamente i tessuti con l’efflusso di perossido di idrogeno.

Successivamente avviene la fusione tra l’anteridio (micelio “maschile”) e l’ascogonio (micelio “femminile” allargato), dando così inizio alla fase dicarion con la formazione dell’ascogonio. Attraverso il “processo ad uncino” si forma l’asco all’interno del quale si trovano le ascospore (4-8 spore sessuali). Le ascospore costituiranno un’importante fonte di inoculo primario venendo diffuse da diversi vettori (animali, persone, vento).

Le spore possono infettare nuove piante in fase di infiorescenza. Con la produzione dell’austorio potranno entrare nelle cellule e causare la degenerazione del citoplasma, degli organelli cellulari, il collasso delle cellule e la disintegrazione delle pareti cellulari dell’ospite. Questi danni sono causati dall’efflusso di perossido di idrogeno, dalla degradazione enzimatica della cellulosa dello xilema e della pectina nelle pareti cellulari della pianta infetta. Da queste alterazioni è stata dimostrata la possibilità del fungo di secernere cellulasi, xilanasi e pectinasi. Questi enzimi, durante le infezioni della spiga, causando sintomi simili a quelli recati da infezioni di Fusarium spp. Al termine del periodo colturale è possibile avere dei semi infetti; questi potranno essere una nuova fonte di inoculo in nuovi campi, mentre i resti vegetali della coltura potranno causare una nuova infezione nello stesso campo.

Ciclo vitale Microdochium majus [Fonte: Cecilia Panzetti]
Figura 7 – Ciclo vitale Microdochium majus (Fonte: Cecilia Panzetti).

Terapia

Microdochium majus viene contenuto prevalentemente con il trattamento delle sementi. Infatti, è buona norma svolgere la concia dei semi adoperando fungicidi attivi contro questo genere di fungo. Un’ulteriore buona norma, per il controllo di questo patogeno, è l’acquisto di sementi certificate, o ancora una valida alternativa sono i trattamenti termici. In generale, la ricerca per trattamenti alternativi è tutt’oggi in atto. Ciò non toglie che per prevenire l’infezione sia necessaria una corretta gestione del campo e fondamentalmente la rimozione dei detriti della precedente coltura, corretti apporti di ammendanti, evitare il ristagno idrico e la rotazione.

Fonti

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