Patologia vegetale per preparazione esame

CAPITOLO 6: FATTORI DI PATOGENICITÀ E VIRULENZA

Patogenicità : è la capacità di un agente infettivo di causare una malattia. (carattere qualitativo)

Virulenza : è la misura della patogenicità, è la capacità di un patogeno di causare maggiore o minore danno

in una data pianta. (carattere quantitativo)

Fattori di patogenicità dei batteri biotrofi

• I SISTEMI DI SECREZIONE

I batteri gram negativo ne hanno fino a nove, essi sono coinvolti nella

patogenicità e nella virulenza dei batteri patogeni per le piante.

Ci sono 3 sistemi riportati:

▪ Tipo 1: secerne all’esterno il fattore di virulenza

▪ Tipo 3 e Tipo 4: insieme si uniscono e si mettono in

comunicazione con le cellule vegetali (comunicazione avviene tra

eucarioti e procarioti).

• IL CLUSTER GENICO Hrp: è un fattore di patogenicità, un insieme di geni

codificano per un apparato di secrezione di tipo 3 che produrrà il Pilo Hrp.

La patogenicità dei batteri biotrofi appartenenti ai generi Pseudomonas,

Xanthomonas, Erwinia, Ralstonia e Pantoea, è dovuta al cluster genico Hrp

(hypersensitive reaction and pathogenicity), che codifica per l’apparato di

secrezione di tipo 3 (TTSS) che produrrà un pilo hrp attraverso il quale il

batterio inietta effettori proteici nella cellula vegetale coinvolti nella sua

virulenza (viene modificato il metabolismo cellulare in modo che vengano

inviate sostanze di riserva nell’apoplasto dedite alla nutrizione del batterio).

Se creo una mutazione su un qualsiasi gene di questo cluster genico, ottengo

un mutante non in grado di essere patogeno, questo perché il pilo Hrp (quindi

il cluster) è un fattore determinante della patogenicità.

Gli effettori sono fattori di virulenza che vanno ad aggravare la malattia.

Il Pilo Hrp può essere prodotto anche in vitro, mediante un mezzo di coltura con composizione simile a

quella dell’apoplasto (chiamato hrp-inducing minimal medium).

Fattori di patogenicità dei funghi fitopatogeni

• RUOLO DELLE MELANINE: nei funghi fitopatogeni invece, il fattore di patogenicità è l’apposizione di

melanina sull’appressorio, che gli consente di raggiungere pressioni idrostatiche notevoli (8 Mpa) ed

essere impermeabile.

Le melanine si accumulano prima della penetrazione, apponendosi sullo strato interno della parete

dell’appressorio, riducendo la sua porosità.

I mutanti albini, ad esempio, sono incapaci di penetrare nel fungo (in quanto non producono il pilo), ma

con la presenza di ferite, essi sono in grado di trasmettersi facilmente (non gli serve il pilo, già c’è

l’entrata).

▪ Il Tricyclazolo è un fungicida che non è tossico per Magnaporthe grisea ma inibisce la biosintesi

delle melanine quindi lo sviluppo della malattia.

I mutanti del fungo (albini) sono incapaci di infettare le piante integre (non patogeni) ma,

abradendo la superficie, la patogenicità viene ripristinata.

Principali fattori di virulenza: (riguardano funghi, oomiceti e batteri)

• FITOTOSSINE: o tossine sono tossiche per la pianta, sono composti a basso peso molecolare di natura

non enzimatica, prodotti da alcuni batteri e funghi fitopatogeni, capaci di condizionare la loro

patogenicità e virulenza.

le tossine possono svolgere funzioni patogenetiche (oltre a quelle necrogene), danneggiando le

membrane cellulari e determinando il rilascio di nutrienti ed acqua negli spazi intercellulari e delle

variazioni del pH favorevole alla crescita dei batteri (neutro) o dei funghi (sub acido).

Appunti di Gianluca Visciotti

Accelerando la senescenza e variando il metabolismo delle cellule, vengono inibite le difese dell’ospite.

Le tossine possono essere di 2 tipi:

▪ Selettive: dette ospite-specifiche, a basse concentrazioni causano sintomi molto simili a quelli

causati dal fitopatogeno che le produce, e non sono attive su piante che non rientrano nella gamma

ospiti del patogeno. Un esempio può essere la Ruggine del mais.

- La fitotossina selettiva HC è prodotta da Cochliobolus carbonum,

l’agente dell’elmintosporiosi del mais, ed esplica la sua azione tossica

esclusivamente sul mais, con macchie necrotiche ovoidali.

Essa va ad inibire l’istone deacetilasi, enzima ubiquitario che regola

l’inducibilità di classi di geni, interferendo sulla capacità della pianta di

indurre geni di difesa (agisce da soppressore).

Questi geni di difesa vengono attivati quando la pianta percepisce la

chitina (del fungo, simile ad un acido grasso) come estranea e attiva le

risposte difensive.

Alcuni tipi di mais hanno il gene Hm1 in grado di modificare la

struttura della tossina rendendola non tossica (il gene codifica per una

HC-Tossina reduttasi).

▪ Non selettive: dette ospite-non specifiche, già a basse concentrazioni sono tossiche anche su piante

che non rientrano nella gamma ospiti del patogeno che le produce.

Un esempio può essere la Coronatina, che riesce ad aprire gli stomi delle piante che si erano

precedentemente chiusi a causa della presenza dei flagelli (inducono chiusura stomatica), allora il

batterio rilascia la Coronatina e lo stoma si riapre.

- La Faseolotossina prodotta da Pseudomonas savastanoi

pv. Phaseolicola è l’agente della maculatura alonata del

fagiolo, e l’alone clorotico è generato dalla tossina.

Se isolo il batterio vedo che alcuni ceppi non producono

tossine, quindi si creavano sulle foglie solo aloni clorotici.

• ENZIMI: si distinguono in

▪ Pectolitici: la pectina è il principale costituente della lamella mediana ed uno

dei componenti della parete cellulare, viene attaccata da enzimi pectolitici

prodotti da batteri e funghi.

L’acido peptico è un polimero dell’acido galatturonico e può essere metilato in

pectina (si creano legami incrociati, più stabili). La demolizione delle pectine è la

causa dei marciumi molli.

- Quando il Pectobacterium carotovorum subsp. Carotovorum

entra nel tubero di patata, entra negli spazi intercellulari dove

secerne enzimi che degradano le pectine, causando uno

scollamento delle cellule (foto dx) le une dalle altre che è

causa principale del marciume.

- la Botrite, da Botrytis cinerea, è un marciume dove oltre agli enzimi pectolitici

entrano in gioco anche quelli necrotrofi. Appunti di Gianluca Visciotti

▪ Cellulasi: sono enzimi che degradano cellulosa e lignina, portano a carie che

possono minare la struttura e la stabilità delle piante, riducendone anche la

vita.

- Carie del legno su pioppo cipressino.

▪ Proteasi

• FITORMONI: sono gli ormoni prodotti dalle piante (auxine, citochinine, gibberelline, acido abscissico,

etilene, acido salicidico, acido jasmonico). Il bilancio ormonale orchestra il metabolismo della pianta.

Essi non sono prodotti solo dalle piante, ma anche da alcuni patogeni, come:

- Pseudomonas savastanoi pv. Savastanoi, è il batterio agente della

rogna dell’olivo, in grado di produrre auxine e citochinine. Le produce

da vie metaboliche diverse da quelle delle piante, si parte dal

triptofano per formare auxine (nelle piante), il batterio triptofano pure

ma usa una via diversa successivamente.

Il batterio è biotrofo, con le auxine ha sempre cellule giovani a

disposizione avendo così la possibilità di crescere a dismisura, c’è

Iperauxinia, vengono dirottate le sostanze nutritive verso il tumore.

- L’agente della maculatura batterica del peperone, Xanthomonas

axonopodis pv. vesicatoria, produce etilene sia in vivo che in vitro.

Vengono colpite le foglie basali, prematuramente clorotiche poi

ingiallite (senescenza prematura, rende l’ospite più vulnerabile).

L’etilene, porta alla maturazione del frutto, che si ammorbidisce in

quanto le membrane diventano più permeabili e vengono rilasciate

più sostanze negli spazi intercellulari (il batterio si trova lì in quanto

causa una malattia parenchimatica) che fungono da nutrimento del

batterio (è il suo vantaggio quindi produrre etilene).

- Ustilago maydis, un basidiomicete agente del carbone del granturco,

causa escrescenze (vescicole) al posto delle cariossidi dal quale

fuoriescono ammassi nerastri.

Questo agente è capace di produrre auxine, anche in vitro.

• POLISACCARIDI EXTRACELLULARI (riguarda solo i batteri fitopatogeni)

Sono fattori di virulenza che riguardano esclusivamente i batteri fitopatogeni.

Tutti i batteri all’esterno della cellula batterica producono una capsula in biofilm, fatta di

polisaccaridi, che serve come protezione per la disidratazione (batteri che vivono come epifiti

con l’ospite posso subire temperature alte e basse, siccità ed altri stress abiotici che possono

minare la loro vitalità).

Questi sono prodotti esternamente alla cellula e sono definiti esopolisaccaridi, tra questi ci sono:

- Il Levano, omo-polimero formato interamente dal fruttosio (monomero).

- L’Alginato, etero-polimero formato dalla polimerizzazione di acido Mammoronico ed acido

Glucuronico.

- Lo Xanthano, polisaccaride extracellulare, prodotto dalle xantomonadi (anche se non fitopatogeni),

formato dalla polimerizzazione di Glucosio, Mannosio ed acido Glucuronico, viene utilizzato

nell’industria alimentare come addensante per le maionesi.

- L’Amilovorano, costituito da Galattosio e acido Galatturonico. Appunti di Gianluca Visciotti

Ad esempio: da un substrato artificiale contenente saccarosio (disaccaride,

glucosio+fruttosio), i batteri riescono a sintetizzare il Levano in quanto sono

in grado di demolirlo, grazie alla Levano saccarasi, rompendo il legame F-G.

A questo punto il glucosio viene assunto come forma di alimento mentre il

fruttosio viene polimerizzato (con lo stesso enzima) in modo da creare

questo strato di biofilm (capsula) all’esterno della cellula batterica.

I batteri non hanno il vacuolo (o se lo hanno, in minor misura).

Gli EPS (Polisaccaridi Extra Cellulari), svolgono un ruolo chiave sia durante la fase epifitica che ipofitica

del batterio:

• Fase epifitica:

- Proteggono dalla disidratazione.

- Adsorbono sostanze minerali, fungono da magazzino nella capsula..

- Facilitano l’ancoramento, grazie alla sostanza mucillagginosa.

• Fase ipofitica:

- Prolungano l’idropicità, grazie al fatto che gli EPS hanno la capacità di assorbire anche acqua,

quindi si crea un gel idrato negli spazi intercellulari (macchie idropiche).

- Allungandola la pianta e il batterio entrano in un “rapporto trofico” lungo, quindi subisce

l’attacco in minor maniera (il batterio in questo caso è biotrofo)

- Impediscono il contatto con molecole tossiche, rendendo i batteri meno vulnerabile.

- Causano avvizzimento nelle batteriosi vascolari:

▪ Avvizzimento causato dal b