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Induttori di resistenza
Gianfranco Romanazzi
Dipartimento di Scienze Agrarie, Alimentari, ed Ambientali Università Politecnica delle Marche, Ancona
E-mail: [email protected] Giornate SOI 2014 – Ancona 29-30 maggio
http://www.phytoplasmarecovery.net/indres09
Lorenzini, 2001 – Princìpi di Fitoiatria
Triangolo della malattia
Che cos’è un induttore di resistenza?
Induttore di resistenza è un trattamento in grado di generare una risposta fisiologica nella pianta, che la
rende più resistente a successivi stress di natura biotica o abiotica
Alcuni induttori di resistenza simulano la presenza di un patogeno o sono analoghi di molecole mediatrici
di segnali cellulari che attivano la resistenza
Che cos’è un induttore di resistenza?
Gli induttori possono essere di natura biotica (microrganismi antagonisti e non, funghi micorrizici) o abiotica (stress di natura fisica, trattamenti chimici)
Gli induttori di resistenza sono noti anche come elicitori, biostimolanti, promotori delle difese della
pianta…
(priming)
Vallad and Goodman, 2004 Crop Sci
Rhizobacteria Trichoderma spp.
BTH, INA, SA Necrotizing pathogens,
certain elicitors BABA
ET JA SA ABA
NPR1
ISR Botrytis cinerea,
Alternaria brassicicola
SAR Hyaloperonospora parasitica
Fusarium oxysporum
BABA-IR Botrytis cinerea
Hyaloperonospora parasitica Plectosphaerella cucumerina
Alternaria brassicicola
Priming of JA/ET- dependent
defences (e.g. PDF 1.2)
SA-dependent defences (e.g. PR-1)
Priming of SA- (e.g. PR-1) and of ABA-dependent defences
(callose deposition)
IBS1 IBS2 IBS3
ET
JA
SA
ABA
Buonaurio et al., 2009 Petria
Positive interaction:
Negative interaction:
Come possiamo indurre resistenza in una pianta?
Diversi trattamenti fisici, chimici o biologici sono in grado di indurre resistenza nei tessuti dell’ospite:
STRESS FISICI: ferite, potatura, capitozzatura, trapianto, arature, strattonamento, radiazioni UV-C, pressione
TRATTAMENTI CHIMICI con prodotti generati nell’interazione ospite-patogeno (elicitori endogeni, es.
oligosaccaridi, chitosano, laminarina) o prodotti dal patogeno (elicitori esogeni, es. proteine, polisaccaridi)
APPLICAZIONE DI MICRORGANISMI (agenti di biocontrollo, simbionti, funghi micorrizici,
microrganismi associati alla pianta)
Osler et al., 1993 Plant Dis Romanazzi and Murolo, 2008 J Phytopathol
Recovery
Prove di estirpazione controllata Viti infette da Legno nero innestate su Kober 5BB e
allevate a cordone, estirpate il 26 aprile 2006
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Chardonnay
Verdicchio
Sangiovese
Morta 2007
Morta agosto 2007
Morte agosto 2007
Pianta estirpata recovered (autunno 2006)
Pianta infetta (testimone)
Pianta estirpata non recovered (autunno 2006)
Romanazzi e Murolo, 2008 J Phytopathol
Landi e Romanazzi, 2011 JAFC
(suscettibile)
(moderatamente resistente)
TRATTAMENTI CHIMICI Elicitore
Patogeno target
Chromista Funghi Batteri Virus Fitoplasmi
Acibenzolar-S-Metile o Benzotiadiazolo (BTH)
X X X X X
Acido β-aminobutirrico (BABA) X X X
Acido giasmonico (JA, MeJA) X
Acido isonicotinico (INA) X X X
Acido salicilico (SA) X X X
Cerevisane X X
Chitosano X X X X X
Estratti di lieviti X X
Fosetyl-Al X X X X
Fosfito di potassio X/X X
Glutatione + oligosaccarine X X
Idrolizzati proteici X
Laminarina X X
Prohexadione-Ca X X
Gianfranco Romanazzi – Giornate tecniche SOI, Ancona 29-30 maggio 2014
TRATTAMENTI CHIMICI Elicitore
Patogeno target
Chromista Funghi Batteri Virus Fitoplasmi
Acibenzolar-S-Metile o Benzotiadiazolo (BTH)
X X X X X
Acido β-aminobutirrico (BABA) X X X
Acido giasmonico (JA, MeJA) X
Acido isonicotinico (INA) X X X
Acido salicilico (SA) X X X
Cerevisane X X
Chitosano X/X X/X X/X X/X X/X
Estratti di lieviti X X
Fosetyl-Al X X X X
Fosfito di potassio X/X X
Glutatione + oligosaccarine X X
Idrolizzati proteici X
Laminarina X X
Prohexadione-Ca X X
Gianfranco Romanazzi – Giornate tecniche SOI, Ancona 29-30 maggio 2014 –Regolamento 563/2014 del 23 5 2014
• Analogo fotostabile dell’acido salicilico (SA) • Attivatore della resistenza sistemica acquisita (SAR)
BTH: Benzo (1,2,3) thiadiazole-7 carbothionic acid S-methyl ester, o acibenzolar-S-methyl
BTH
Patogeno
Segnale
SAR
SA
Segnale
SAR
BTH
EF
Prodotto Malattia Bibliografia
Fragole Muffa grigia Romanazzi et al., 2013; Cao et al., 2011a; Terry and Joyce, 2000
Uva da tavola Muffa grigia Muñoz and Moret, 2010
Ciliegie Marciume bruno Feliziani et al., 2013
Pesche Muffa blu Cao et al., 2011b; Liu et al., 2005
Mele Muffa blu, muffa grigia Spadaro et al., 2004
Pere Muffa blu, Alternariosi Cao and Jiang, 2006; Cao et al., 2005
Pomodori Muffa grigia Małolepsza, 2006
Meloni Marciume acquoso Zhang et al., 2011; Bi et al., 2006; Huang et al., 2000
BTH Trattamenti su prodotti ortofrutticoli
• Composto naturale • Derivato dalla deacetilazione della chitina
Da: Terry and Joyce, 2004; Bautista Baños et al., 2006; Salvadir et al., 2006; Amborabé et al., 2008
• Induttore di resistenza
• Forma un film sulle superfici trattate
• Attività antimicrobica
CHITOSANO
Fungo Specie infettata Riferimento bibliografico
Botrytis cinerea Pomodoro, patata, peperone, cetriolo, pesca, fragola, uva da tavola, pera, mela, agrumi
Rabea and Badawy, 2012; Badawy and Rabea, 2009; Liu et al., 2007; Xu et al., 2007; Chien and Chou, 2006; Lira-Saldivar et al., 2006; Elmer and Reglinski, 2006; Ait Barka et al., 2004; Badawy et al., 2004; Ben-Shalom et al., 2003; Romanazzi et al., 2002; El Ghaouth et al., 2000; 1997; 1992; Du et al., 1997
Rhizopus stolonifer
Pomodoro, pesca, fragola, papaya
Ramos García et al., 2012; García Rincón et al., 2010; Hernández-Lauzardo et al., 2010; Guerra-Sánchez et al., 2009; Park et al., 2005; Bautista Baños et al., 2004; El Ghaouth et al., 1992
Penicillium spp. Pomodoro, fragola, mela, agrumi, pera
Cè et al., 2012; El-Mougy et al., 2012; Xing et al., 2011; Liu et al., 2007; Yu et al., 2007; Chien and Chou, 2006; Sivakumar et al., 2005; Bautista Baños et al., 2004; El Ghaouth et al., 2000
Aspergillus spp. Pera Cè et al., 2012; Plascencia-Jatomea et al., 2003
Alternaria spp. Pomodoro, pera Sánchez-Domínguez et al., 2011; Meng, et al., 2010
Cladosporium spp. Litchi, fragola Park et al., 2005; Sivakumar et al., 2005
Colletotrichum spp.
Mango, papaya, banana, uva da tavola, pomodoro
Zahid et al., 2012; Abd-Alla and Haggar, 2010; Ali et al., 2010; Maqbool et al., 2010a, 2010b; Hewajulige et al., 2009; Muñoz et al., 2009; Ali and Mahmud, 2008; Jitareerat et al., 2007; Win et al., 2007; Sivakumar et al., 2005; Bautista Baños et al., 2003
Monilinia spp. Mela, pesca, ciliegie Feliziani et al., 2013; Yang et al., 2012; 2010
CHITOSANO
Attività antimicrobica
Romanazzi et al., 2014. Critical Reviews in Food Science and Nutrition
CHITOSANO
Prodotto Malattia Trattamento in campo
Trattamento postraccolta
Riferimento bibliografico
Fragola Muffa grigia, marciume acquoso, muffa blu, marciume da Cladosporium
x x Romanazzi et al., 2013; 2000; Perdones et al., 2012; Vu et al., 2011; Mazaro et al., 2008; Hernández-Muñoz et al., 2006; 2008; Vargas et al., 2006; Park et al., 2005; Han et al., 2004; Reddy et al., 2000; Zhang and Quantick, 1998; El Ghaouth et al., 1991, 1992
Uva da tavola Muffa grigia, muffa blu
x x Feliziani et al., 2013; Romanazzi et al., 2009; 2007; 2006; 2002; Meng and Tian, 2010; 2009; Xu et al., 2007
Ciliegie Marciume bruno x x Feliziani et al., 2013; Romanazzi et al., 2003; 1999
Mirtillo, lampone
Muffa grigia, marciume acquoso
x Duan et al., 2011; Han et al., 2004; Zhang and Quantick, 1998
Mela Muffa blu, muffa grigia
x Shao et al., 2012; Yu et al., 2007; De Capdeville et al., 2002; El Ghaouth et al., 2000
Pera Muffa blu x Yu et al., 2012
Pesca Marciume bruno x Casals et al., 2012; Li and Yu, 2000
Agrumi Muffa blu x x Cháfer et al., 2012; Canale Rappussi et al., 2009; 2011; Chien and Chou, 2006; Fornes et al., 2005
Trattamenti su prodotti ortofrutticoli
Romanazzi et al., 2014. Critical Reviews in Food Science and Nutrition
Muffa grigia, marciume da Rhizopus e muffa blu su fragole cv. “Camarosa” che
sono state trattate con induttori di resistenza commerciali e sperimentali. I frutti sono stati conservati per 4 giorni a 20 ±1 °C,
95% to 98% RH
PROVE POSTRACCOLTA SU FRAGOLA
Romanazzi et al., 2013 PBT
a
b
ab bc
c ab
c
ab
ab ab
a
ab b
ab ab
a ab
b b b ab
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
Gra
vità
(1-
5)
Muffagrigia
Muffa blu
MarciumedaRhizopus
a
b bc
bc c bc
ab
b abc
cde bcd de
e
a ab
a
bc
d d cd bcd
0102030405060708090
100
Dif
fusi
on
e (%
)
Muffa grigia
Muffa blu
Marciume daRhizopus
a
b
b
b b
b
ab
b a
ab ab b b
a a
a
b
b b b
b
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Ind
ice
di M
cKin
ney
(%
)
Muffa grigia
Muffa blu
Marciume daRhizopus
Romanazzi et al., 2013 PBT
Muffa grigia, marciume da Rhizopus e muffa blu su fragole cv. “Camarosa” che
sono state trattate con induttori di resistenza commerciali e sperimentali. I frutti sono
stati frigoconservati per 7 giorni a 0 ±1 °C e poi esposti per 3 giorni a shelf-life a 20
±1 °C, 95% to 98% RH.
PROVE POSTRACCOLTA SU FRAGOLE a
bc bc c
c c
b c
a
bc
ab
cd d
bc bc
a
ab ab
ab
b ab
ab
0
10
20
30
40
50
60
70
Dif
fusi
on
e (%
)
Muffa grigia
Muffa blu
Marciume daRhizopus
a
bc bc bc
c bc
b bc
a
bc
b
c c
c bc
a
ab ab
ab
b b ab
0
10
20
30
40
50
60
Ind
ice
di M
cKin
ney
(%
)
Muffa grigia
Muffa blu
Marciume daRhizopus
a
c
ab bc bc
b bc
b a
abc ab
bc c
abc abc
a a
a a
a a
a
00.5
11.5
22.5
33.5
44.5
5
Gra
vità
(1-
5)
Muffa grigia
Muffa blu
Marciume daRhizopus
Trattamenti
Prodotto
commerciale Ditta
Principio
attivo
Tempo
di
carenza
(gg)
Intervallo
tra i
trattamenti
Dose di
applicazione
(kg/ha o
l/ha)
Registrato
per l’uso
su vite
Aliette Bayer, D Phosetyl-Al 40 21 2.5-3.0 si
Kendal Valagro, Atessa (CH)
Glutatione + oligosaccarine
- 5-10 2.5-4.0 si*
Chito Plant Chipro, Brema, D
Chitosano - n.d. 0.05-5.0 si*
Bion Syngenta, CH
Acibenzolar-S-metile (benzotiadiazolo)
- 7-14 0.15-0.2 no
Olivis Agrisystem, Lamezia Terme (CZ)
Glutatione + oligosaccarine
- 7-10 3-4.0 si*
Testimone non trattato
*promotore delle difese della pianta
Romanazzi et al., 2013 Phytopathology
Trattamento Anni Somma dei
ranghi 2007 2008 2009 2010
Aliette 4 5 4 6 19 Kendal 3 1 1 3 8 Chito Plant 5 4 4 5 18 Bion 1 2 3 1 7 Olivis 2 3 2 3 10 Testimone 6 6 6 2 20
Trattamento Piante recovered (%)
Media 2007 2008 2009 2010
Aliette 65,7 28,6 33,3 20,0 36,9 Kendal 71,4 57,1 58,4 28,6 53,9 Chito Plant 48,6 31,2 33,3 27,3 35,1 Bion 79,5 53,3 41,7 52,4 56,7 Olivis 74,5 50,0 50,0 28,6 50,8 Testimone 37,5 23,1 8,3 36,8 26,4
Romanazzi et al., 2013 Phytopathology
bc
ab
bc
a
abc
abc
bc
abc
c
ab
bc
ab
abc
abc ab
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
Pro
duzi
one
(K
g/pi
anta
)
+ piante con sintomi di LN - piante asintomatiche
Romanazzi et al., 2013 Phytopathology
Come agiscono questi induttori di resistenza?
Crescita radiale del micelio di colonie fungine su PDA a cui sono stati aggiunti induttori di resistenza
Feliziani et al., 2013 PBT
Flusso ionico di Ca2+ e K+ Risposte cellulari ai ROS Via metabolica dei
fenilpropanoidi Degradazione della parete
cellulare Proteine PR
CHITOSANO BTH COA
Quali geni sono associati ai meccanismi di resistenza?
Trattamenti postraccolta
Analisi in RT-qPCR dei geni associati a:
Landi et al., 2014 JAFC - poster
Le modificazioni fisiologiche indotte confermano una induzione di resistenza nei tessuti della pianta
Landi et al., 2014 JAFC - poster
EFFETTI DELL’ELICITORE SULLA TIPOLOGIA DI ESPRESSIONE (su 18 geni coinvolti)
>72% < 38%
Similarità di espressione (%)
Landi et al., 2014 JAFC -poster
Teoria dell’ostacolo (hurdle concept)
Lo sviluppo della malattia si può contenere applicando una serie di ostacoli al patogeno, ognuno dei quali contribuisce
per una certa quota alla riduzione della malattia
INTEGRAZIONE DI DIVERSE TIPOLOGIE DI TRATTAMENTO
L’adozione di un approccio integrato può portare ad effetti
additivi o sinergici
100% 50% 10% 2% 0,4% Incidenza
50% efficacia
80% efficacia
80% efficacia
80% efficacia
Romanazzi et al., 2012 PBT
Alla luce delle recenti restrizioni normative, che
prevedono l’uso di tecniche di difesa integrata e di
alternative all’uso di agrofarmaci (Direttiva
sull’uso sostenibile dei pesticidi n. 128/2009), a
partire dal 1 gennaio 2014, gli induttori di
resistenza possono essere dei buoni candidati per
implementare l’uso di altri mezzi di lotta nella
protezione delle piante
L’induzione di resistenza è ad ampio
spettro, ha una durata variabile e non
sempre l’efficacia è completa
Tale strategia ben si adatta ai dettami
dell’agricoltura biologica, mirando
principalmente alla prevenzione delle
malattie
Università Politecnica delle Marche Sergio Murolo Lucia Landi Erica Feliziani Valeria Mancini Andrea Servili Marilla Santini Alessio Masciulli Patrizio Federico Mauro Piergiacomi Giampaolo D’Ercole Marco Pennacchioni Francesco Specchia Alessandro Marini Matteo Mascetti Gianluca Del Gobbo Francesco Del Re Francesco Giammarino Alessandro Del Re Maria Veronica Martinelli Chiara Michetti
ASSAM, Regione Marche Settimio Virgilio, Quintilio Silvestri ASSAM-SFR Marche Sandro Nardi, Lucio Flamini SFR Abruzzo Domenico D’Ascenzo Azienda Santa Casa di Loreto Pierluigi Biondini Cooperativa Terre Cortesi Moncaro Danilo Coppa Azienda Petrelli, Montalto Marche Petrelli Giuliano AMAB Stefano Bartolucci IMC Davide Pierleoni VINEA
Ringraziamenti
Progetti finanziati da MIUR, Fondazione Cariverona ed FP7-Euberry
Giornate SOI 2014 – Ancona 29-30 maggio
