Appunti di Patologia vegetale

Patologia vegetale

Global challenges facing plant pathology

"Global challenges facing plant pathology: multidisciplinary approaches to meet the food security and environmental challenges in the mid-twenty-first century" ovvero la patologia vegetale deve considerare le sfide globali a cui siamo sottoposti. E per farlo deve avere un approccio multidisciplinare. Lo scopo del patologo vegetale è quello di andare a garantire il food security, ovvero disponibilità di cibo: far sì che si abbia sufficiente alimento, sufficienza alimentare. Food safety è invece la qualità del prodotto che non ha pesticidi o contaminanti, dal punto di vista igienico-sanitario.

Affrontare la food security and environmental challenges (affrontare le sfide ambientali) sono le sfide della patologia vegetale intesa quindi protezione delle piante e difesa dalle malattie. La patologia vegetale è multidisciplinare perché si collega con le scienze ambientali e altre discipline di tipo agronomico. L’obiettivo è la gestione delle malattie.

Anche il clima che cambia è una delle sfide che il patologo vegetale deve affrontare perché questo favorisce l’emergenza e l’ingresso di nuovi patogeni. Non è vero che il patogeno arriva perché il clima è cambiato: i patogeni si muovono tramite i commerci globali. Il problema è dato dal fatto che i patogeni esotici trovano in aree dove non avrebbero mai pensato di fermarsi condizioni favorevoli alla loro vita.

Significato di patologia vegetale

È una scienza che studia le malattie delle piante come fattori di danno, con lo scopo di aumentare la sopravvivenza e la produttività delle piante (ci sono delle piante malate che però mi danno anche un plusvalore). Le malattie possono essere di due tipologie: infettive (fitopatie) e non infettive (fisiopatie) (alterazioni e danni causati da fattori ambientali). Inoltre, le alterazioni possono essere dovute ad agenti biotici (patogeni o parassiti) e/o agenti abiotici (fattori ambientali). La patologia vegetale ne studia anche i rimedi al fine di perseguire la massimizzazione dei profitti dell’azienda agraria.

Aree di studio della patologia vegetale

Esiste una suddivisione in base all’agente infettivo, al patogeno:

• Virologia vegetale, se il patogeno è un virus
• Fitorbatteriologia, data da batteri o citoplasmi
• Micologia fitopatologica, quando gli infestanti sono dei funghi
• Malerbologia, settore poco rappresentato. I malerbe sono la causa maggiore di perdita del prodotto. Nonostante questo sono pochissimi i malerbologi
• Avversità abiotiche, quindi le fisiopatie

Esiste anche una suddivisione per disciplina:

• Diagnostica fitopatologica, ricevono campioni di piante malate e devono andare a scoprire la malattia. Accomuna diverse aree tramite l’utilizzo di metodi per riconoscere la causa della malattia
• Epidemiologia, studio di come si sviluppa nel tempo e nello spazio un certo patogeno. I patogeni si comportano seguendo delle precise regole matematiche
• Fisiopatologia vegetale, guardare una malattia dal punto di vista delle alterazioni cellulari (cosa succede a mitocondri, cloroplasti, ecc.)
• Fitoiatria, la gestione delle malattie attraverso i fitofarmaci
• Biotecnologie fitopatologiche
• Politiche fitosanitarie, è un’interazione tra gli aspetti giuridici, biologici, agronomici ed economici di una malattia
• Patologia delle derrate agrarie sono le malattie infettive o non infettive che fanno perdere i prodotti in post raccolta

Storia della patologia vegetale

Le malattie nel passato erano considerate un castigo degli dèi, una punizione divina. Fino agli anni ‘40 e ‘50 esistevano le rogazioni, ovvero si andava nei campi in processione a invocare la benedizione divina.

Prime citazioni di malattie delle piante e di alcune soluzioni sono presenti nei testi di Omero (800 a.C) che diceva che dove era presente zolfo il cibo era più sano, riportandone il suo effetto fitoterapeutico. Diversi anni dopo Democrito asserì che dove l’agricoltore lascia la sansa di oliva, spariscono le maculature delle foglie di olivo.

Teofrasto di Lesbo scrive due volumi: Historia plantarum e De causis plantarum.

Arriviamo al ‘600. Intorno al 1640 uno scienziato olandese Antoni van Leeuwenhoek inventa il microscopio e lo mette a punto, mettendo delle lenti le une sopra le altre. Qui si apre il mondo della microbiologia e per la prima volta possono essere osservati dei funghi, alghe, protozoi e batteri.

Nel ‘700 Micheli, Needham, Tillet iniziano a osservare la crescita sul substrato di alcuni funghi. Osservarono anche che se posti a contatto con delle piante di melone questi funghi si sviluppavano differenziando le strutture riproduttive. Questo però non significa che è stato trovato il patogeno.

Nell’800 arriva Anton DeBary che cominciò a studiare il sistema peronospora e patata, a seguito della crisi in Irlanda. Capì che la peronospora non viveva insieme alla pianta, ma era ciò che faceva ammalare la patata stessa. Fino ad allora non si pensava fossero delle spore vive a poter trasmettere malattie (inizialmente lo aveva capito Fracastoro nel ‘400, che parlava di contagium vivum fluidum).

Problemi delle malattie

Alcune malattie delle piante hanno determinate conseguenze economiche, ma anche sociali estremamente rilevanti tanto da potersi configurare come emergenze fitosanitarie. Una delle perdite più grandi è sicuramente quella di prodotto. Si stima che la potenzialità produttiva nel settore agricolo nel 2020 sia stata di 1.250 miliardi di euro all’anno, ciò che produciamo effettivamente però sono 790 miliardi di euro di prodotto ortofrutticolo. Se non ci fossero controlli a difesa delle produzioni si avrebbero solo 380 miliardi di euro, quindi il danno economico effettivo ammonta a 460 miliardi di euro. Se ci concentriamo sulle malattie parassitarie, la perdita sarebbe di 180 miliardi di euro.

La crescita di popolazione è maggiore in determinati paesi, come l’Africa Sub-sahariana. Ovvero ci troviamo a dover sfamare più persone nell’immediato futuro.

In un grafico globale, le perdite in percentuale delle colture solo date dalle malattie dal 1988/90 ad oggi sono rimaste abbastanza stabili. La situazione può tendere a migliorare, ma in modo molto molto lento. Le aree con maggiori problemi sono sicuramente l’Africa; in tutta quella parte che formava l’Unione Sovietica non si allontanavano molto dalla situazione africana. Nei paesi tecnologicamente avanzati la perdita è di circa il 9 o 10%. Le perdite più elevate sono a carico dei paesi meno sviluppati. Se cerchiamo di capire quali sono i prodotti persi (tra quelli che formano la base alimentare) solo per malattie si perdono dal 10 al 15% dei prodotti.

A che cosa possono portare le malattie?

• Irish famine che colpì le patate in Irlanda tra il 1845 e il 1848.
• Great Bengal Famine che colpì il riso tra il 1942 e il 1943. Zona del Bangladesh. Ci furono forti attacchi dati da patogeni fungini sul riso: Cochliobolus miyabeanus.
• Epidemia CoDiRO, Xylella fastidiosa dal 2010 e ancora ne siamo dentro. (www.italiaolivicola.it)

Il clima fortemente dinamico che impatto può avere sulle malattie?

I primi studi sul fenomeno climatico hanno circa una ventina di anni. Gli studiosi iniziarono a cercare il collegamento tra la gravità e la varietà delle malattie e il riscaldamento globale. L’Inghilterra è particolarmente sensibile alla tematica del riscaldamento globale.

Un esempio che possiamo fare legato al cambiamento climatico è quello del ceppo molto virulento UG99 del fungo puccinia graminis (ruggine del frumento) che si caratterizza per la devastazione del frumento. Un ceppo tipicamente ugandese e molto virulento che produce scorie che viaggiano nel tempo e nello spazio. Muovendosi, piano piano trova le stesse condizioni, regione dopo regione, favorevoli a causare devastazione. I movimenti dei patogeni sono favoriti in quelle aree dove il clima sta cambiando.

Le ricerche hanno messo in luce che un aumento della temperatura crea un aumento dell’incidenza del danno. Mano a mano che aumenta la temperatura si ammalano più facilmente le piante.

Sono stati fatte anche delle previsioni sulla diffusione della piramide del mais negli Stati Uniti nel futuro: se oggi è limitata a una sola area, nel prossimo futuro si espanderà a praticamente tutto il paese. La situazione è gravissima perché il mais viene allevato soprattutto in quelle aree che oggi sono esonerate da questo problema.

Un esempio italiano: un fitofago studiato in Romagna, capnodis tenebrionis che vive a spese delle drupacee. Era un fitofago conosciuto nelle isole greche e che a nord non riusciva a sopravvivere all’inverno. Con il riscaldamento globale il capnodio si è spostato verso nord, risalendo l’Adriatico fino ad arrivare in Romagna.

Esempio: il Mozambico era il principale produttore di pomodoro africano e grazie ad una piovosità regolare era possibile avere 2 periodi di raccolta all’anno. La parte settentrionale del Mozambico invece vedeva solo un ciclo produttivo, perché il periodo piovoso era meno lungo. La modifica del clima ha reso pochissime le aree in cui si hanno 2 raccolti annui.

Concetto di malattia

Si parla di malattia quando le normali funzioni fisiologiche della pianta sono interrotte, alterate o inibite da qualche fattore esterno o interno: un patogeno o un agente non biotico. Un’altra definizione più dettagliata è: malattia quando la risposta delle cellule o dei tessuti vegetali a stimoli di organismi patogeni o a qualche fattore agro-ambientale avverso alterano la forma, la funzionalità, l’integrità della pianta portandola a squilibri vegetativi o persino alla morte. Questa definizione mette in luce il fatto che la pianta non è un elemento passivo, ma risponde a degli stimoli introducendo un colloquio tra la pianta e il patogeno. L’ammalarsi serve a cercare di contrastare il patogeno e quindi è una reazione della pianta.

Danni e problemi causati dalle malattie delle piante

1. Riduzione della qualità e quantità delle derrate agricole. Viene perso in peso e in qualità il prodotto finale.
2. Scomparsa di specie coltivate ed industrie in ampie regioni. Esempio della scomparsa delle coltivazioni del caffè a causa della ruggine del caffè (sono suscettibili a questo tipo di malattia tutte le specie di caffè) tra il 1861 e la fine del ‘900 specialmente in quei territori che erano colonizzati dall’Inghilterra. Poco prima Nathaniel Ward aveva inventato una serra portatile (una cassa in cui venivano piantate le piante che potevano quindi navigare settimane senza essere irrigate, perché il ciclo dell’acqua rimaneva dentro la capsula), ciò aveva permesso di portare piante tropicali anche in altre zone del globo. Gli inglesi quindi usarono questa invenzione per portare caffè in tutte le zone del globo (portando in giro questi materiali, portarono in giro anche la ruggine del caffè- Hemileia Vastatrix). In America venne scoperto il Coffea robusta, che tollerava meglio la ruggine, anche se ne è molto suscettibile.
3. Problemi sanitari e veterinari. È un tipo di problema indiretto legato alla presenza di micotossine. Ci sono funghi che producono tossine su diverse matrici. (Segale cornuta). Le tossine possono essere termostabili e quindi rimangono anche a elevate temperature.
4. Perdite economiche (instabilità sociale). Sono intesi come fattori di collasso di una società. (Irlanda a metà dell’800 da cui il paese si deve ancora risollevare. Ancora oggi non sono arrivati alla densità di popolazione che avevano prima della crisi). La prima causa di migrazione sono le crisi alimentari per la cattiva o mancata gestione delle malattie.

Categorie di organismi che causano malattie alle piante

1. Virus e viroidi, gli ultimi ad essere scoperti. Sono elementi infettivi e trasmissibili da pianta a pianta. Una peculiarità delle piante è che presentano viroidi, non esistono viroidi animali.
2. Fitoplasmi, microrganismi procarioti che hanno un corrispettivo animale nei micoplasmi.
3. Batteri, microrganismi procarioti.
4. Plasmodioforomiceti, causano alcune malattie importanti. Una volta venivano chiamati funghi inferiori. Sono plasmodi e sono legati al mondo animale più che a quello vegetale.
5. Oomiceti. Non sono funghi, appartengono ad un altro regno. Questo è stato scoperto grazie al sequenziamento del genoma.
6. Funghi. Appartengono a un loro regno.
7. Nematodi. Sono fitoparassiti. Sono inseriti in patologia vegetale perché sono vettori di virus che parassitizzano le piante.
8. Angiosperme parassitarie. Piante che parassitizzano altre piante (vischio). Potremmo avere un discorso simile ai nematodi perché potrebbero trasmettere virus.

Argomenti prioritari della patologia vegetale

1. Sintomatologia. È lo studio dei sintomi e dei segni della malattia. Bisogna andare a capire e conoscere il sintomo, la sua evoluzione. La differenza tra sintomo e segno: sintomo=alterazione visibile del tessuto vegetale; segno=visione del micelio stesso.
2. Diagnosi. È la disciplina che ci permette di associare al sintomo la causa scatenante del sintomo stesso, sia esso un’agenda biotico o meno.
3. Epidemiologia. Studio dell’interazione ospite patogeno-ambiente.
4. Difesa. Tutto quello che facciamo deve avere come scopo finale la prevenzione e la contrastazione delle malattie.

I postulati di Koch

Sono la base della patologia vegetale come la intendiamo noi oggi. Koch studiò alcune malattie e cercò di spiegare come i microorganismi che vedeva potessero essere coinvolti nella malattia e come fosse necessario avere un determinato patogeno per una determinata malattia. Questi postulati sono delle regole che ci permettono di accertarci che un microrganismo causa una malattia, che ne è l’agente.

1. Il patogeno deve essere sempre associato ai sintomi della malattia, caratterizzo una malattia descrivendone i sintomi e come si presenta e ogni volta che ho quella malattia devo ritrovare quel determinato organismo. Il sintomo deve essere sempre accoppiato a quel patogeno. Non è possibile che vedendo una pianta malata io non riesca a trovare quello che ho individuato come patogeno. Koch non aveva però ben chiara l’idea di latenza: ho il virus dentro di me che può esprimersi o meno. I materiali vegetali che possono analizzare possono essere sintomatici o asintomatici, ovvero non presentare alterazioni visibili ad occhio nudo. Il tutto serve perché il materiale con virus latente può comunque essere veicolo del patogeno (compro un seme malato, anche se sintomatico e la pianta nasce malata). Quindi è necessario considerare anche il patogeno in forma latente.
2. Il patogeno deve essere isolato in coltura pura. Il problema in questo caso è dato dal fatto che se prendo un organo malato e guardo cosa c’è dentro non trovo il patogeno, ma la comunità microbica associata all’organo malato. La mia ricerca deve quindi concentrarsi sul possibile agente della malattia (che causa la malattia mentre tutti gli altri mangiano), quindi dobbiamo introdurre il concetto di coltura pura. È un insieme di cellule che in linea teorica nascono da una singola cellula. Come faccio analizzando un organo marcescente a scoprire il mio patogeno tra la grande varietà di microrganismi presenti? Viene seguito un processo diagnostico. Parto dal primo isolamento e mi concentro su quello che penso possa essere l’agente che causa la malattia, in base alle mie conoscenze di batteriologia. Koch parla principalmente di funghi e di batteri perché non conosceva i fitoplasmi o gli oomiceti o i virus. In coltura pura si possono avere solo funghi e batteri.
3. Il patogeno isolato deve riprodurre gli stessi sintomi di malattia se inoculato in un ospite sano. Viene isolato il patogeno e poi lo si introduce su una pianta sana. Un esempio: pianta da cui viene isolato il batterio in coltura pura e poi inoculato in una pianta sana per farla ammalare. Se la pianta si ammala con stessi sintomi, modalità e tempistiche della stessa pianta allora ho in mano una conferma che l’agente causale della malattia è quello che ho trovato, ma non ho la certezza.
4. Il patogeno viene reisolato deve essere assolutamente identico a quello inoculato. Se ritiro fuori il batterio ed è esattamente uguale a quello che ho inserito allora ho la prova definitiva che quella malattia è causata da quel patogeno che ho isolato, inoculato, reisolato e confrontato.

Lo stesso procedimento viene usato anche oggi per poter studiare i patogeni e la loro correlazione con le malattie. In alcuni casi la verifica è molto lunga e dipende dalla velocità con cui il patogeno porta alla malattia (lunga o breve fase latente). La comparazione avviene con delle tecniche sierologiche. Il quarto postulato, che indica una comparazione, è fondamentale per incorrere in errori e problematiche.

Cosa faccio nel caso di una sospetta malattia?

Come confermo la causa scatenante la malattia se il mio soggetto non è un patogeno? A volte ho una fisiopatia e quindi non riesco a riprodurre il postulato di Koch. Posso provare a fare un esperimento a parte, ma richiederebbe troppo tempo. Iniziò quindi a ragionare sul sintomo e se non riesco a trovarlo posso iniziare a sospettare di qualcos’altro come per esempio l’inquinamento. Quello che faccio è cercare la possibile sorgente inquinante e ipotizzo che più sono vicino alla sorgente inquinante, più sarà grande il danneggiamento. Faccio un ragionamento che esula dai postulati di Koch, perché si tratta di una fisiopatia. Ogni volta che vediamo un'alterazione prima di partire con i postulati dobbiamo capire se è una fisiopatia o una malattia infettiva.