Il processo infettivo di Fusarium Culmorum su plantule di frumento: degradazione delle componenti della parete cellulare, induzione di metaboliti di difesa e varaizione del ph tissutale

Abstract

Fusarium culmorum rappresenta uno dei più pericolosi e diffusi agenti causali del "mal del piede del frumento". Un obiettivo di ricerca è quello di chiarire i meccanismi coinvolti nell'interazione fra tale patogeno e il frumento, in particolare verificare l'azione degli enzimi pectolitici fungini ed i mezzi di difesa attuati dall'ospite, può risultare di rilevante interesse anche per impostare innovative strategie di difesa. F. culmorum è in grado di produrre in vitro sia pectin liasi (PNL) che poligalatturonasi (PG). La PNL totale ha un grande potenziale degradativo sulla parete cellulare dell'ospite con prevalente attività catalitica su pectina ed a pH 8.5. Tale enzima è attivo anche su acido poligalatturonico ed in assenza di ioni Ca2+; dosi incrementali del catione aumentano in modo consistente l'attività catalitica. L'attività PNL e PG sono rappresentate da un complesso isoenzimatico. Nelle prime fasi di crescita il fungo produce in vitro esclusivamente PG, mentre nelle fasi successive viene prodotta in modo preponderante PNL accompagnata da un aumento del pH fino al valore coincidente con quello ottimale per l’attività pectinliasica. Il patogeno è in grado di produrre anche durante la colonizzazione di plantule di frumento un complesso isoenzimatico simile a quello osservato in vitro e di provocare un aumento del pH tissutale, anche se meno evidente di quanto saggiato in vitro. I risultati ottenuti indicano come F. culmorum sia in grado di modulare il pH nell'ambiente di crescita in funzione della dinamica dell'attività pectolitica verso valori congeniali alla attività pectinliasica.

Foot rot caused by Fusarium culmorum represents one of the most serious seed- and soil-borne diseases of wheat worldwide. During an ongoing research focused on the plant-microbe interaction wheat-F.culmorum, pectolytic enzymes produced by this pathogen in a liquid medium containing pectin as sole carbon source and in inoculated wheat seedlings were studied quantitatively and qualitatively. The pathogen was capable to produce in vitro both polygalacturonase (PG) and pectin-lyase (PNL). Total PNL was found to be active also on polygalacturonic acid and in the absence of Ca++; however, increasing doses of this cation consistently augmented the catalytic activity. Total PNL and PG activity was represented by an isoenzymatic complex. During early growing, F. culmorum produced in vitro only PG, whereas during further phases the pathogen produced mainly PNL accompanied by an increase of pH value of medium close to the PNL optimum activity. Moreover, PNL isoenzymes were differentially active at diverse pH values, thus indicating a high degree of flexibility of this enzyme complex. F. culmorum was capable to produce a pectolytic isoenzymatic pattern similar to that observed in vitro also during wheat seedlings colonisation and to enhance tissue pH level, even if less pronounced than that observed in vitro. Results suggest that alkalinisation process may represent a co-factor of F. culmorum pathogenicity.