RICERCA ITALIANA     

Caratterizzazione molecolare e chimica del patosistema Fusarium verticillioides-mais come contributo alle strategie di riduzione delle fumonisine

Università Cattolica del Sacro Cuore

Abstract

Dal 1° Ottobre 2007 sono in vigore a livello Europeo limiti per la presenza di fumonisine nelle cariossidi di mais e nei suoi derivati (Regolamento 1881/2006 e 1126/2007). Tali micotossine sono responsabili di diverse patologie a carico degli animali e dell’uomo. Pertanto vi è un’urgenza per i paesi produttori e consumatori di mais di ridurre le quantità di fumonisine entro i limiti consentiti. Attualmente non sono disponibili ibridi di mais resistenti a Fusarium verticillioides, fungo produttore della tossina. Gli interventi preventivi si limitano all’adozione di idonee pratiche agronomiche che non risultano comunque risolutive. Sebbene alcuni studi del rapporto tra la pianta di mais e F. verticillioides sono stati affrontati, molte aspetti di questa interazione, tra cui la biosintesi delle fumonisine durante la patogenesi, rimangono ancora insoluti o almeno da approfondire. La conoscenza di possibili fattori esogeni che regolano la biosintesi della tossina e la risposta della pianta all’infezione può contribuire in maniera significativa a sviluppare strategie di prevenzione e protezione.
In questo progetto si intende studiare la dinamica di biosintesi delle fumonisine in diverse condizioni ecologiche e durante la colonizzazione del mais da parte di F. verticillioides nelle varie fasi di sviluppo. Lo studio della biosintesi di queste micotossine da parte del patogeno verrà eseguita mediante tecniche molecolarie e chimiche. Particolare attenzione sarà rivolta ai geni >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Paola Battilani Università Cattolica del Sacro Cuore

Obiettivo del Programma di Ricerca

Il progetto proposto intende svolgere ricerche per integrare le conoscenze disponibili per il sistema Fusarium verticillioides-mais, in particolare nella valutazione dell’attivazione e dei diversi livelli di espressione dei geni coinvolti nella via biosintetica delle fumonisine nella pianta ospite, alla dinamica di accumulo delle fumonisine e all’efficienza dei metodi di analisi delle fumonisine.

Gli obiettivi specifici del progetto sono quindi i seguenti:
1. identificazione dei fattori ambientali (in vivo e in vitro) che regolano la biosintesi delle fumonisine;
2. comparazione delle risposte biosintetiche a tali fattori da parte di F. verticillioides e F. proliferatum;
3. identificazione e disegno di primers e sonda nel FUM cluster, specifici per F. verticillioides e F. proliferatum.
4. caratterizzazione dell’espressione dei geni chiave del FUM cluster, mediante real-time PCR in funzione dei fattori ambientali
5. ottimizzazione di un metodo di RealTime PCR
6. validazione di un metodo molecolare (rtPCR) per l’identificazione quantitativa di F. verticillioides e F. proliferatum;
7. Studio dei diversi gradi di espressione dei geni FUM nelle cariosside nelle fasi successive all’infezione da parte di F. verticillioides;
8. identificazione di geni della pianta differenzialmente espressi nella cariosside nelle fasi successive all’infezione da parte di F. verticillioides;
9. identificazione di geni della >>>

Risultati parziali attesi

Risultati attesi:
Fusarium verticillioides e F. proliferatum – ecologia e interazione con l’ospite
- definizione delle condizioni ecologiche (intervallo utile e optimum) di sviluppo e di produzione di fumonisine;
- produzione di fumonisine in relazione al rapporto con l’ospite, interazione con genotipi di mais suscettibili e resistenti;
- dinamica dell’accumulo delle fumonisine nelle cariossidi in relazione alle fasi fenologiche e alle loro caratteristiche (acqua libera, composizione, resistenza);

Fusarium verticillioides e F. proliferatum – diagnosi ed espressione genica
- strumenti diagnostici rapidi e precisi (RT-PCR) utili nei vari punti della filiera mais per quantificare la biomassa fungina e per stimare la presenza delle fumonisine;
- microarray per lo studio dell’espressione genica di F. verticillioides in diverse condizioni;

Mais – miglioramento genetico per resistenza
- protocolli standardizzati per l’ibridazione di microarray e disegni sperimentali per individuare geni differenzialmente espressi;
- set di geni candidati, differenzialmente espressi, da impiegare come marcatori dell’infezione da F. verticillioides;
- geni candidati da usare per la genotipizzazione di linee pure ed ibridi di mais attraverso lo sviluppo di marcatori molecolari;
- risorse molecolari da impiegare come marcatori e, in seguito, come kit diagnostici per implementare la selezione assistita >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Stato dell’arte
Il mais (Zea mays) è una coltura importante per l’Italia, soprattutto per l’area nord in cui attualmente si concentra l’89 % dell’area coltivata. La produzione è destinata all’uso zootecnico per l’82%, ma entra anche negli alimenti per l’uomo (4%), come granella a vari stadi di maturazione e come prodotti trasformati dall’industria molitoria (grits e farine a varia granulometria), il 12% è destinato alla produzione di amido e il 2% ad altri usi (ISTAT, 2005). Il fatturato annuo del mercato del mais è di 600 M€ e coinvolge circa 2000 dipendenti suddivisi nelle varie fasi di produzione e di processo.
La maiscoltura è diffusa sul territorio italiano da molti anni e le tecniche di coltivazione sono consolidate; tra i parassiti, solo la piralide (Ostrinia nubilalis) è sottoposta a controllo chimico, ma limitatamente ad alcune aree (Battilani et al., 2006). Recentemente questa coltura è stata oggetto di notevole interesse da parte degli operatori delle filiere agroalimentari per la presenza nella granella di micotossine, sostanze tossiche per gli animali e per l’uomo, regolamentate a livello europeo per l’uso umano (Regolamento Europeo 1881/2006 e 1126/2007) e soggette a raccomandazioni per l’impiego zootecnico (Regolamento Europeo 100/2003 e 576/2006).
Tre importanti funghi micotossigeni, Fusarium graminearum, produttore di deossinivalenolo (DON) e zearalenone (ZEA), F. verticillioides, produttore di fumonisine (FB), e Aspergillus flavus >>>