Aspetti fisiopatologici dell’interazione carciofo – Sclerotinia sclerotiorum

Abstract

Il carciofo è ospite di diversi patogeni fungini provenienti sia dal terreno, con infezioni del colletto e dell’apparato radicale, o a trasmissione aerea, responsabili di affezioni fogliari e del capolino. Le malattie più importanti per diffusione e dannosità sono rappresentate prevalentemente da quelle causate dai patogeni terricoli, agenti di marciumi del colletto e tra questi il più pericoloso risulta essere Sclerotinia sclerotiorum. L’attacco di S. sclerotiorum provoca il disfacimento molle dei tessuti operato da enzimi pectolitici e cellulosolitici, che solitamente porta al distacco del fittone. Il bisogno sempre maggiore di cercare sistemi di lotta alternativi ai mezzi chimici tradizionali ha motivato la ricerca di mezzi di lotta basati sull’induzione della resistenza. In particolare in questo lavoro è stata studiata la capacità di alcune sostanze di indurre nelle piante di carciofo resistenza sistemica acquisita (SAR) per il controllo dei marciumi del colletto provocati da S. sclerotiorum . Sono stati presi in considerazione tre induttori chimici di resistenza: BTH (acibenzolar-S- methyl) 50 μM , FOSFATO (KH2PO4) 25 μM e BABA ( -AminoButyric Acid) 100 μM. Per la prova sono state usate 2 varietà di carciofo: C3 ed Exploter. La prima è una varietà già molto diffusa sul mercato e appartenente al gruppo dei romaneschi, l’Exploter invece è una varietà nuova, ancora non presente sul mercato, ma molto promettente per le sue caratteristiche produttive e qualitative. Piantine di carciofo, appartenenti alle varietà C3 ed Exploter, sono state cresciute in cella climatica alla temperatura di 22 °C, umidità relativa del 70%, e fotoperiodo di 12 ore di buio e 12 ore di luce. Sono stati eseguiti due trattamenti con i tre induttori di resistenza, alla distanza di due settimane l’uno dall’altro. Dopo ogni trattamento sono stati prelevati campioni fogliari dalle piante in questione per valutare l’eventuale produzione di proteine di patogenesi (PR) quali perossidasi, chitinasi e glucanasi, ritenute marcatori biochimici dell’induzione di resistenza. Ai 2 trattamenti è seguita l’inoculazione con Sclerotinia sclerotiorum. Una settimana dopo questa inoculazione sono seguiti altri campionamenti sui colletti delle piantine infette e non infette per valutare l’effetto del fungo patogeno come eventuale induttore o repressore della produzione da parte della pianta delle proteine PR prima menzionate. L’estrazione delle proteine PR dai campioni di foglie e di colletti è stata fatta congelando con azoto liquido e polverizzando i tessuti in mortaio freddo, e quindi sottoponendoli ad estrazione utilizzando come mezzo il tampone freddo, Tris-HCl 20 mM, pH 7,8, con l’addizione di polivinilpolipirrolidone insolubile (PVPP). Le foglie così trattate dopo una filtrazione sono state centrifugate e sottoposte a dialisi contro acqua distillata alla temperatura di 4°C. Sui campioni ottenuti è stata effettuata la determinazione del contenuto di proteina totale e le analisi quantitative e qualitative di perossidasi, chitinasi e glucanasi. Gli indici di malattia calcolati su piante precedentemente trattate e poi inoculate con Sclerotinia sclerotiorum hanno messo in evidenza che l'applicazione dei tre induttori determina un aumento di resistenza, in entrambe le cultivar, rispetto al controllo. Questo avviene in maniera più significativa nella varietà Exploter in seguito al trattamento con BABA. Anche dalle analisi quantitative e qualitative sulla presenza delle 3 proteine PR prese in esame si riscontra una elevata presenza di BABA, seguito da FOSFATO come migliori induttori tra i tre saggiati. Gli esperimenti svolti dimostrano che le tre sostanze usate come attivatrici di resistenza nelle piante di carciofo possono indurre la pianta a difendersi dall’attacco del patogeno. Infatti gli indici di malattia delle piante trattate risultano più bassi rispetto ai controlli non trattati. Gli induttori anticipano i segnali del patogeno nel regolare la sovra-espressione dei geni coinvolti nella resistenza senza rilevanti differenze tra le 2 cultivar di carciofo. I risultati sono in accordo con quanto osservato in altre colture orticole (zucchino, cetriolo, melone). In conclusione dal lavoro svolto emerge una buona prospettiva di utilizzo di questi induttori di resistenza, in particolare di BABA come alternativa valida ai mezzi di lotta chimici tradizionali, potendo così ottenere un tipo di lotta a basso impatto ambientale.

The globe artichoke is susceptible to various pathogenic fungi coming both from soil and from air transmission. The most widespread and damaging diseases are caused by soil born pathogens, including the dangerous necrotrophic fungus Sclerotinia sclerotiorum. This pathogen causes soft crown rot and detechment of taproots by action of pectolytic and cellulosolytic enzymes. The most frequent necessity of seeking alternative defence to traditional chemical systems motivated great interest in defence systems based on “systemic acquired resistance” (SAR). In the present study three chemical resistance inducers have been taken into consideration: BTH (acibenzolar-S-methyl) 50 μM , FOSFATO (KH2PO4) 25 μM and BABA ( -AminoButyric Acid) 100 μM. Two globe artichoke cultivars were considered: C3 and Exploter. The first is widespread in Latium region, the other is a new cultivar very promising about his qualitative and productive features. Globe artichoke plants (belonging to C3 and Exploter cultivars) have been grown in controlled climatic conditions (temperature 22°C, relative humidity 70%, photoperiod of 12 hours light and 12 hours dark). Two treatments with three chemical inducers were performed with two weeks interval. After each treatment leaf samples were taken from the artichoke plant to evaluate the presence of phatogenesis-related proteins (PR): peroxidase, chitinase and -1,3-glucanase, considered biochemical marker of resistance. After treatments S. sclerotiorum was inoculated in globe artichoke plant. Seven days after inoculation samples of both infected and healthy globe artichoke plants were collected to evaluate the PR production. The proteins were extracted from leaf samples and from plant crowns by freezing with liquid nitrogen and pulverising the tissues in a cold mortar. Then cold buffer (Tris-HCl pH 7,8 + polyvinylpolypyrrolidone) was added in the ratio 1:2 w/v, the extracts were centrifuged and subiected to dialysis against distilled water at 4°C. Finally peroxidase, chitinase and -1,3-glucanase were both quantitatively and qualitatively analyzed. The disease index calculated in treated and inoculated plants showed un increase in both cultivars in comparison whit control, particularly in Exploter cultivar after the treatment with BABA. The quantitative and qualitative analysis of three PR proteins showed high presence of BABA, and FOSFATO, the two best of the three chemical resistance inducers. The experiments show that three activators used as resistance inducers in two globe artichoke cultivars can help the plant to defend itself against pathogen’s attack. In fact, the disease indexes in treated plants result lower comparated with control plants. The chemical resistance inducers anticipate the signals of pathogen to regulate the overexpression of genes involved in the resistance without considerable differences among two artichoke cultivars. These results are in agreement with experiments performed in other horticultural crops (melon, cucumber and zucchini). Finally from this work emerges the good perspective to use resistance inducers, particularly BABA, in alternative to traditional chemical systems.