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
Triangolo della malattia
Lorenzini, 2001 – Princìpi di Fitoiatria
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 di resistenza sono noti anche come
elicitori, biostimolanti, promotori delle difese della
pianta…
Gli induttori possono essere di natura biotica
(microrganismi antagonisti e non, funghi micorrizici)
o abiotica (stress di natura fisica, trattamenti chimici)
(priming)
Vallad and Goodman, 2004 Crop Sci
Rhizobacteria
Trichoderma spp.
JA
BTH, INA, SA
ET
Necrotizing
pathogens,
certain elicitors
BABA
SA
ABA
IBS1
NPR1
Positive interaction:
Priming of JA/ETdependent
defences (e.g. PDF 1.2)
SA
ABA
JA
ET
ISR
IBS2
IBS3
Priming of SA- (e.g. PR-1)
and of ABA-dependent defences
(callose deposition)
SA-dependent
defences (e.g. PR-1)
BABA-IR
SAR
Hyaloperonospora parasitica
Botrytis cinerea,
Fusarium oxysporum
Alternaria brassicicola
Botrytis cinerea
Hyaloperonospora parasitica
Plectosphaerella cucumerina
Alternaria brassicicola
Negative interaction:
Buonaurio et al., 2009 Petria
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)
Recovery
Osler et al., 1993 Plant Dis
Romanazzi and Murolo, 2008 J Phytopathol
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
Morta
2007
Morta
agosto
2007
Verdicchio
Morte
agosto
2007
Sangiovese
Pianta estirpata recovered (autunno 2006)
Pianta estirpata non recovered (autunno 2006)
Pianta infetta (testimone)
Romanazzi e Murolo, 2008 J Phytopathol
(moderatamente
resistente)
(suscettibile)
Landi e Romanazzi, 2011 JAFC
TRATTAMENTI CHIMICI
Patogeno target
Elicitore
Chromista
Funghi
Batteri
Virus
Fitoplasmi
Acibenzolar-S-Metile o
Benzotiadiazolo (BTH)
X
X
X
X
X
Acido β-aminobutirrico (BABA)
X
X
Acido giasmonico (JA, MeJA)
Acido isonicotinico (INA)
X
X
Acido salicilico (SA)
X
X
X
Chitosano
X
X
Estratti di lieviti
X
X
Fosetyl-Al
X
X
X/X
X
Glutatione + oligosaccarine
Prohexadione-Ca
X
X
X
Idrolizzati proteici
Laminarina
X
X
Cerevisane
Fosfito di potassio
X
X
X
X
X
X
X
X
X
X
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
Acido giasmonico (JA, MeJA)
Acido isonicotinico (INA)
X
X
Acido salicilico (SA)
X
X
X
Chitosano
X/X
X/X
Estratti di lieviti
X
X
Fosetyl-Al
X
X
X/X
X
Glutatione + oligosaccarine
Prohexadione-Ca
X/X
X
X
Idrolizzati proteici
Laminarina
X
X
Cerevisane
Fosfito di potassio
X
X
X
X/X
X/X
X
X
X
X
X
X
X
Gianfranco Romanazzi – Giornate tecniche SOI, Ancona 29-30 maggio 2014 –Regolamento 563/2014 del 23 5 2014
BTH
BTH: Benzo (1,2,3) thiadiazole-7 carbothionic acid S-methyl ester,
o acibenzolar-S-methyl
• Analogo fotostabile
dell’acido salicilico (SA)
• Attivatore della resistenza
sistemica acquisita (SAR)
SA
SAR
Segnale
Segnale
SAR
Patogeno
BTH
EF
BTH
Trattamenti su prodotti ortofrutticoli
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
Marciume acquoso
Zhang et al., 2011; Bi et
al., 2006; Huang et al.,
2000
Meloni
CHITOSANO
• 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
Attività antimicrobica
Fungo
Botrytis cinerea
Specie infettata
Pomodoro, patata, peperone,
cetriolo, pesca, fragola, uva
da tavola, pera, mela,
agrumi
Rhizopus
stolonifer
Pomodoro, pesca, fragola,
papaya
Penicillium spp.
Pomodoro, fragola, mela,
agrumi, pera
Aspergillus spp.
Alternaria spp.
Cladosporium spp.
Colletotrichum
spp.
Pera
Pomodoro, pera
Litchi, fragola
Mango, papaya, banana, uva
da tavola, pomodoro
Monilinia spp.
Mela, pesca, ciliegie
Riferimento bibliografico
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
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
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
Cè et al., 2012; Plascencia-Jatomea et al., 2003
Sánchez-Domínguez et al., 2011; Meng, et al., 2010
Park et al., 2005; Sivakumar et al., 2005
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
Feliziani et al., 2013; Yang et al., 2012; 2010
Romanazzi et al., 2014. Critical Reviews in Food Science and Nutrition
CHITOSANO
Trattamenti su prodotti ortofrutticoli
Prodotto
Fragola
Malattia
Trattamento
in campo
Trattamento
postraccolta
Riferimento
bibliografico
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
Feliziani et al., 2013; Romanazzi et al.,
2009; 2007; 2006; 2002; Meng and
Tian, 2010; 2009; Xu et al., 2007
Muffa grigia,
marciume acquoso,
muffa blu,
marciume da
Cladosporium
Muffa grigia,
muffa blu
x
x
x
x
Ciliegie
Marciume bruno
x
Mirtillo,
lampone
Mela
Muffa grigia,
marciume acquoso
Muffa blu, muffa
grigia
Muffa blu
Marciume bruno
Muffa blu
x
x
Feliziani et al., 2013; Romanazzi et al.,
2003; 1999
Duan et al., 2011; Han et al., 2004;
Zhang and Quantick, 1998
x
Shao et al., 2012; Yu et al., 2007; De
Capdeville et al., 2002; El Ghaouth et
al., 2000
Yu et al., 2012
Uva da tavola
Pera
Pesca
Agrumi
x
x
x
x
Casals et al., 2012; Li and Yu, 2000
Cháfer et al., 2012; Canale Rappussi et
al., 2009; 2011; Chien and Chou, 2006;
Fornes et al., 2005
Romanazzi et al., 2014. Critical Reviews in Food Science and Nutrition
Indice di McKinney (%)
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
a a
ab
a
abc
b
cde
bc
bc
bc
bcd
d
de
Muffa grigia
ab
bc
c
bcd
cd
d
b
e
Muffa blu
Marciume da
Rhizopus
a
a
Muffa grigia
ab
Muffa blu
b
a
b
ab
b
b
ab
b
b
b
b
b
b
a
a
b
b
b
Marciume da
Rhizopus
Gravità (1-5)
Diffusione (%)
PROVE POSTRACCOLTA SU FRAGOLA
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
a
a
ab
ab ab
ab
b
a
bc b
b ab b
c
ab
ab
b
ab ab
c
ab
Muffa
grigia
Muffa blu
Marciume
da
Rhizopus
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
Romanazzi et al., 2013 PBT
PROVE POSTRACCOLTA SU FRAGOLE
70
a
Diffusione (%)
a
50
ab
ab
ab
bcbc
bc
40
30
b
c
c
ab
cd
20
Muffa grigia
bc
c
c
d
10
b
bc
ab
Muffa blu
ab
Marciume da
Rhizopus
Indice di McKinney (%)
0
60
50
a
a
Muffa grigia
ab
20
10
0
5
4.5
4
3.5
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
a
aa
a
abc
c
ab ab
a
b
bc
bc
bc
a
bc
a
a
abc
abc
a
b
Muffa grigia
Muffa blu
c
Marciume da
Rhizopus
a
40
30
Gravità (1-5)
a
60
bc
bc
ab
b
b
bc
bc ab
c
c
c
b
bc
cb
bc
Muffa blu
bc
ab
Marciume da
Rhizopus
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.
Romanazzi et al., 2013 PBT
Trattamenti
Tempo
Prodotto
commerciale
Ditta
Principio
di
attivo
carenza
(gg)
Aliette
Kendal
Chito Plant
Bion
Olivis
Bayer, D
Phosetyl-Al
Valagro,
Glutatione +
Atessa (CH) oligosaccarine
Chipro,
Chitosano
Brema, D
Acibenzolar-SSyngenta,
metile
CH
(benzotiadiazolo)
Agrisystem,
Glutatione +
Lamezia
oligosaccarine
Terme (CZ)
Intervallo
tra i
trattamenti
Dose di
applicazione
(kg/ha o
l/ha)
Registrato
per l’uso
su vite
40
21
2.5-3.0
si
-
5-10
2.5-4.0
si*
-
n.d.
0.05-5.0
si*
-
7-14
0.15-0.2
no
-
7-10
3-4.0
si*
Testimone
non trattato
*promotore delle difese della pianta
Romanazzi et al., 2013 Phytopathology
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
Trattamento
Anni
2007 2008
2009
2010
Somma dei
ranghi
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
Romanazzi et al., 2013 Phytopathology
5.0
a
4.5
Produzione (Kg/pianta)
+ piante con sintomi di LN
- piante asintomatiche
ab
4.0
ab
3.0
ab
abc
abc
2.5
2.0
abc
abc
abc
3.5
ab
bc
bc
bc
bc
c
1.5
1.0
0.5
0.0
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
Quali geni sono associati ai meccanismi
di resistenza?
CHITOSANO
BTH
COA
Trattamenti
postraccolta
Analisi in RT-qPCR
dei geni associati a:
 Flusso ionico di Ca2+ e K+
 Risposte cellulari ai ROS
 Via metabolica dei
fenilpropanoidi
 Degradazione della parete
cellulare
 Proteine PR
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)
Similarità di espressione (%)
>72%
< 38%
Landi et al., 2014 JAFC -poster
INTEGRAZIONE DI DIVERSE TIPOLOGIE DI TRATTAMENTO
Teoria dell’ostacolo (hurdle concept)
Incidenza
100%
50%
50%
efficacia
10%
80%
efficacia
2%
80%
efficacia
0,4%
80%
efficacia
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
L’adozione di un approccio integrato può portare ad effetti
additivi o sinergici
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
Ringraziamenti
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
Progetti finanziati da MIUR, Fondazione Cariverona ed FP7-Euberry
Giornate SOI 2014 – Ancona 29-30 maggio