Appunti di Patologia Vegetale Prof. Rita Musetti

Martedì 24 marzo 2020

Patologia a colonizzazione biotrofa

Patologia Microrganismi Biotrofi è molto specifica cioè va a danno di una sola pianta. -funghi, virus, viroidi, fitopatosmj- sono parassiti obbligati o assoluti, specifici cioè questi parassiti per compiere il loro ciclo hanno bisogno di cellule vive, non sono in grado in tessuti morti di compiere il loro ciclo vegetale.

Necessitano di cellule integre o tessuti funzionali. Non sono coltivabili in vitro perché sono patogeni molto esigenti, hanno bisogno di cellule vive e quindi non riescono a svilupparsi in vitro fatti da acqua e zucchero.

Penetrazione: autonoma (propria solo dei funghi) o per vettore (virus, viroidi, citoplasmi). Tendono a non uccidere l’ospite.

Funghi biotrofi

Sono per esempio gli oidi, quindi tendono ad avere una cerchia di piante ospiti ristretta, producono strutture specializzate (stiletto, austorio) servono a parassitizzare la cellula vegetale vive senza ucciderle senza comprometterne la funzionalità in modo tale da chiudere il loro ciclo vegetale.

Anche la peronospora è biotrofa, anche questo fungo va ad attaccare solamente la vitis vinifera. Il fatto di vedere delle necrosi, è un fatto terminale, questo si verifica sulle vite quando il fungo ormai è svernato e ha attaccato la foglia. Le idee della Plamopara viticola sono queste strutture che hanno strutture vacuolate.

Endofiti sono microrganismi (funghi, batteri, attinomiceti) che non provocano sintomi visibili sull’ospite. Inducono le piante a produrre metaboliti, azione protettiva contro patogeni, insetti dannosi, possono essere induttori di resistenza, producono sostanze antibiotiche. Endofiti come antagonisti naturali, è un organismo presente in natura che può contenere la crescita del patogeno e può mantenerlo al di sotto della soglia del danno economico.

Meccanismi d’azione di un antagonista

• Iperparassitismo: l’antagonista vive nutrendosi del patogeno e può attaccare sia le forme di riproduzione che lo stadio adulto.
• Competizione di spazio e/o nutrienti: l’antagonista presenta uno sviluppo più veloce rispetto al patogeno e ne impedisce l’insediamento.

In alcune malattie possono mancare delle fasi. Importante conoscere il ciclo malattia per conoscere la fase più adatta per intervenire contro i patogeni.

Inoculazione e adesione

Inoculazione: arrivo degli elementi infettivi del patogeno (spore, se si parla di funghi) sull’ospite, mentre invece se parliamo di altri tipi di patogeni l’inoculazione può essere perfezionata attraverso altri patogeni.

Una volta che il patogeno è arrivato in prossimità del tessuto vegetale dell’individuo che attaccherà si verificherà la fase dell’adesione. Ovvero il patogeno si ancora sulle superfici vegetali. Per alcuni funghi è un processo passivo e immediato. Viene emessa la cosiddetta mucillagine (a carattere proteico) apicale della spora, rilasciata immediatamente dopo l’idratazione della spora stessa. Per altri invece, richiede l’attivazione dei processi metabolici con spesa di energia. Viene attivata la sintesi di nuove glicoproteine, l’adesione massima avviene dopo circa 30 min.

Produzione di spore e batteri fitopatogeni

Per quanto riguarda i funghi è stato dimostrato che producono spore con ridotta capacità di adesione, risultano essere meno virulenti. Dopo la penetrazione, i batteri si ancorano alle pareti che contornano gli spazi intercellulari o a quelle dei vasi. I batteri fitopatogeni hanno uno sviluppo tra le cellule (questo è vero nel 99% dei casi).

Fitoplasmi e virus

Fitoplasmi: sono patogeni scoperti recentemente (anni '60). Questi presentano delle sintomatologie come giallumi. Tutto quello che riguarda questi patogeni, i meccanismi con la cellula vegetale sono meccanismi scoperti recentemente. Sono stati sequenziati quattro genomi. Il fatto che un patogeno o microrganismo ha la possibilità di produrre proteine significa che questo patogeno ne farà uso. (Chiamate adesione o Adesin light= proteine).

Virus: I virus vengono immessi sempre passivamente all’interno della cellula ospite (vettori animali o innesto). Prendono contatto e modificano le membrane degli organelli. Una volta insediatosi nella cellula ospite, il virus dà origine al processo infettivo quindi anche per il virus, anche se è dato in modo peculiare (cioè non è dato da organelli) il virus si adesiona ai tessuti che devono essere intaccati.

Riconoscimento e colonizzazione

Riconoscimento: processo complesso, che si attua a livello molecolare, e regolato geneticamente. Se c’è riconoscimento (=compatibilità), il processo infettivo può avere luogo. Il riconoscimento è molto importante perché incomincia a livello molecolare perfetto che si viene ad innescare tra il patogeno e la molecola, il tutto si gioca a livello molecolare. Un mancato riconoscimento porta un blocco tra patogeno e cellula e quindi la malattia non ha luogo.

Colonizzazione (o invasione): il patogeno, penetrato nell’ospite e trovatolo suscettibile, si sviluppa nei suoi tessuti. La colonizzazione può essere intra- o inter-cellulare (intera: virus, viroidi, citoplasmi, funghi, batteri). La durata delle fasi finora considerate dipende da: virulenza patogeno, reazione pianta ospite, fattori esterni.

Colonizzazione biotrofa

Patogeni parassiti che si sviluppano a spese delle cellule vive. È un'azione delicata da parte del patogeno per evitare di non uccidere la cellula.

Colonizzazione necrotrofa

Parassiti/saprofiti, uccidono le cellule dell’ospite, esigenze nutrizionali elementari.

Evasione

Può essere collegata alla moltiplicazione e propagazione del patogeno (funghi). L’evasione è la fase in cui il patogeno lascia l’ospite per incominciare nuovi processi infettivi. Virus e fitoplasmi: operata da vettori. Batteri: fuoriuscita nuove colonie dall’ospite. Funghi: formazione e maturazione organi di riproduzione.

Meccanismi di difesa della pianta

La pianta, dal momento che si accorge che c’è qualcosa che non va, può indurre un set di difesa. Possono essere di tipo strutturale quando la pianta ha delle barriere fisiche che vanno a isolare il patogeno. Le difese biochimiche sono barriere chimiche che vanno a contrastare il patogeno con un’azione antimicrobica diretta. La presenza di una parete cellulare perfetta impedisce ai patogeni di entrare. La presenza ad esempio di stomi molto piccoli, e quindi il patogeno non riesce a entrare (es. Plasmopara viticola che non riesce a entrare nella vite americana a causa degli stomi molto piccoli).

Molti tricomi sulla loro sommità presentano strutture ghiandolari. La presenza di tricomi può essere resa efficace da queste ghiandole che rende l’azione repellente. Una struttura intrecciata è una struttura più forte, questo è il caso della struttura della parte cellulare. Questa struttura è disposta in 3 piani orizzontali.

Se c'è una parte della foglia che è attaccata al patogeno, la pianta può predisporre quella che si chiama la linea di abscissione che vengono utilizzati fuori dalla stagione normale per difendersi. Può andare a fare in modo che questo tessuto lesionato si separi dalla pianta stessa e lo allontana. La suberina è uno strato di cellule morte molto compatto impregnato di suberina, la pianta può andare a sacrificare piccole porzioni di tessuto con linee di suberificazione per salvare la pianta intera.

Pappilla: inspessimento della parte cellulare preposta ad impedire l’ingresso di un fungo patogeno nelle cellule epidermiche dell’ospite. Implicata nella resistenza contro i funghi patogeni. Condizionata e controllata geneticamente. Tra i componenti della pappilla c’è il calloso. É importante la velocità in cui il calloso viene sintetizzato e quindi la velocità in cui la pappilla viene costruita.

Difese attive o indotte

I meccanismi di resistenza attivi comportano reazioni complesse a livello cellulare e biochimico. La maggior parte di esse sono presenti anche nelle piante suscettibili, ma in quelle resistenti sono più tempestive. Sono messi in atto nel momento in cui la pianta ospite riconosce il patogeno.

Riconoscimento patogeno-ospite e basi genetiche della resistenza

La pianta ospite riconosce il patogeno. In seguito può sviluppare reazioni di difesa che portano a resistenza.

Il processo che porta alla risposta si difesa si attua su due livelli:

• Il primo è indotto dalla presenza di recettori per il riconoscimento di strutture molecolari associate al patogeno (elicitori). Questo è un processo che viene attivato da dei recettori che sono in grado di associare delle strutture molecolari che sono associati al patogeno (elicitori= un qualche cosa che stimola una risposta).
• Il secondo si esplica grazie a recettori specifici che riconoscono effettori specifici prodotti dal patogeno (R-protein). La cellula vegetale deve mettere in atto difese sempre più sofisticate in modo da riconoscere il patogeno che magari nel tempo si evolve.

Strutture molecolari che inducono il riconoscimento

Gli elicitori sono segnali molecolari prodotti direttamente o indirettamente dal patogeno, sono riconosciuti dall’ospite da recettori PRR (sono recettori proteici della risposta), stimolano una risposta attiva. In inglese sono chiamati PAMPS. L’attivazione di questi elicitori è attivata da gruppi di proteine che non sono specifici, quindi è una resistenza generica, ma se è generica non significa che non è efficace. Questi elicitori possono essere esogeni (se prodotti dal patogeno) o endogeni (se prodotti dalla pianta).

Quando la pianta sente l’attacco vi è la sintesi delle proteine che andrà a innescare il patogeno e quindi la difesa della pianta.

Esempi di elicitori

• PAMPS aspecifici esogeni: frammenti di parete cellulare del patogeno (chitina, chitosano), frammenti di flagelli o pili (flagellina), acidi grassi (presenti nella membrana cell), proteine (es. elicitine da Phyphthora), glicopeptidi (es. lieviti).

Tutti questi frammenti di molecole che nascono dallo scontro del patogeno contro la cellula vegetale possono essere individuati dalla pianta che si sta accorgendo che sta venendo attaccata.

• Elicitori (PAMPS) aspecifici endogeni: frammenti di parete cellulare vegetale, rilasciati in seguito all’azione enzimatica del patogeno: frammenti di pectina, gli oligogalatturonidi (frammenti di acido poligalatturonico di 10-20 unità), frammenti di xilani (derivano dalla xiloglucano).

Effettori

Gli effettori sono piccole proteine secrete dal patogeno che interagiscono in modo specifico con i recettori della cellula. La resistenza ottenuta dalla pianta viene chiamata ETT. Una resistenza di questo tipo è quella che risulta dall’interazione di proteine aver secrete dal patogeno, riconosciute da recettori R della cellula ospite (teoria del gene x gene= perché a un gene del patogeno corrisponde un gene della pianta solo uno). Quindi attraverso proteina del patogeno e proteina AVR della pianta, succede che vi è una morte cellulare della pianta ma vi è una morte del patogeno.

SE IL PATOGENO è riconosciuto dall’ospite: Si innescano reazioni che portano all’instaurare dei processi di difesa e alla resistenza. Questi processi si svolgono attraverso diverse fasi:

1. Incremento della concentrazione dello ione Ca nel citosol: lo ione calcio viene definito il trasduttore del segnale per eccellenza di tutti i viventi. Cambiamenti di concentrazione calcio che passano dall’esterno all’interno della cellula cambiano il ph del citoplasma. Insieme all’incremento dell’ione calcio, la cellula comincia a produrre specie reattive (le chinasi amplificano la qualità di calcio all’interno delle piante)
2. Produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS): O, H2O, OH (sono specie reattive dell’ossigeno sono instabili, accumulo di queste specie all’interno della cellula può procurare delle reazioni a cascata ovvero BURST OSSIDATIVO. Le specie reattive dell’ossigeno sono citotossiche ovvero accumulo di specie dell’ossigeno porta la cellula ad essere inospitale per il patogeno perché tossica. A volte può portare alla morte della cellula vegetale).
3. Partenza di segnali molecolari per l’attivazione dei geni di difesa: accumulo porta alla partenza di segnali che serviranno per la difesa. Possono avere una stimolazione diretta ma ancora più importante.

Principali messaggeri molecolari per l’attivazione della risposta di difesa:

Acido salicilico (SA), Acido Jasmonico (JA), Etilene (C2H2), Ossido Nitrico (NO). In questo raggruppamento ci sarebbe anche l’acido abscissico, è stato richiamata l’attenzione per un ruolo attivo per la risposta in difesa. La moderna patologia tende a parlare che ogni ormone possono interagire tra loro (CROSS TALK ORMONALE quindi compacipazione dei vari ormoni per la difesa) a seconda del tipo della cellula colpita, a seconda delle condizioni ambientali.

La prima via metabolica ad essere attivata è quella PAL (fenilalanina ammonio lipasi) è la prima via che viene messa in atto contro la difesa dei patogeni. I PAL sono polifenoli, i principali sono Fenilanalina, acido cinnamomo, fenoli semplici (calcone, flavonoidi, tannini). I Fenoli sono sostanze velenose per quanto riguarda i patogeni (IMPORTANTE IMPARARE PERCHÉ CHIEDE). Tra le principali sostanze per la difesa troviamo Resvelatrolo e le PROTEINE DI PATOGENESI.

La SAR è l’attivazione di una risposta di difesa alla pianta in maniera distale. È importante notare poi che l’azione di difesa all’interno della cellula, il segnale può essere trasportato in organi distali. Magari patogeno sfocia in una parte determinata della pianta ma nel frattempo succede un fenomeno distale in un’altra parte della pianta andando a proteggere il resto della pianta. Il segnale da un sito ben specifico è stato sistematizzato cioè stato portato lontano dai siti ancora non attaccati dal patogeno. Sono fenomeni molto interessanti perché rendono l’induzione di resistenza cioè rendono una pianta nata suscettibile rendo la pianta per lo meno difendibile.

Reazione di ipersensibilità

È il classico frutto o risultato dell’interazione con proteina AVR del patogeno che viene riconosciuta da una proteina cellulare della pianta, da qui nasce una reazione specifica che fa uccidere la cellula invia tantomeno che muore per bloccare il patogeno. Si può manifestare con tutti i tipi di patogeni. Conferisce alto grado di resistenza all’ospite, implica il riconoscimento del patogeno.

Lo schema Z

Schema in cui vengono raggruppate azione di difesa di generiche piante (PAMPS o DAMS). Le meccaniche di difesa vengono messe in azione con questo schema. La moderna patologia ha messo insieme in unico schema la difesa di queste piante mettendo insieme un certo tipo di risposta da parte delle piante più specifici con risposte meno specifiche. Quando queste risposte comunicano si ha la PTI ovvero una risposta a largo spettro, l’evoluzione ha permesso e ha selezionato dei patogeni che vanno a sopprimere l’immunità che era stata raggiunta riducendo le difese della pianta. La pianta evolvendosi anche lei innesca delle difese nuove che andranno a contrastare l’attacco del patogeno e quindi il patogeno dovrà evolversi nuovamente per attaccare le difese della pianta che si sono evolute. Questo può succedere all’infinito perché con lungo andare delle generazioni della pianta e patogeni che una sorta di evoluzione.

I funghi patogeni sono la causa di molte gravi malattie della pianta.

Processo infettivo dei biotrofi e necrotrofi

Adesione: attaccamento all’ospite. Per alcuni funghi è un processo passivo e immediato. Viene emessa la cosiddetta mucillagine apicale della spora, rilasciata immediatamente dopo l’idratazione della spora stessa.

Germinazione è un qualcosa successivo che avviene un attimo dopo che la spora ha aderito all’ospite. Richiede la disponibilità di sostanze di riserva e la biosintesi rapida di membrana e parete cellulare durante lo sviluppo del tubetto germinativo. La germinazione avviene con: disponibilità dei nutrienti, stimoli fisici: grado idratazione della spora, punto di contatto con la superficie (importante per l’orientamento del tubetto germinativo), vicinanza o meno con altre spore, ambiente.

Il tubetto germinativo è una struttura specializzata sede di importanti scambi con la superficie dell’ospite. Se il tubetto germinativo riceve segnali appropriati, si mette in modo un complesso programma morfogenetico, che porta alla formazione dell’apoplasto. Tra questi segnali ricordiamo la durezza e l’idrofobicità della superficie dell’ospite, ma anche le caratteristiche morfologiche della superficie fogliare.

Differenziazione appressorio

Se il tubetto di germinazione riceve dei feedback positivi viene differenziata un’ifa che si chiama appressorio. I funghi biografi possono entrare nel tessuto vegetale con due modalità attraverso lo stoma. Le caratteristiche di idrofobicità della superficie dell’ospite o la particolare topografia possono già essere.

Penetrazione diretta attraverso le cellule epidermiche

Sono penetrazioni caratteristiche dei funghi biotrofi. Il patogeno deve attraversare:

• Cuticola
• Parete cellulare

L’appressorio è ben adeso alla superficie fogliare che è la superficie da bucare, lo sforzo energetico che verrà chiesto sarà minimo. Una volta che la nostra spora si è differenziata, si viene a differenziare appressorio (ifa a forma di ventosa allargata) che deve aderire alla superficie vegetale. Lo stiletto serve a bucare la cuticola.