Approccio integrato nella ricerca di un sistema

FONDO PER LA PROMOZIONE DI ACCORDI ISTITUZIONALI
“Piattaforma di biotecnologie verdi e di tecniche gestionali per un sistema agricolo ad
elevata sostenibilità ambientale”
Approccio integrato nella ricerca di un
sistema sostenibile
di lotta al brusone del riso
SISTEMI INNOVATIVI PER UNA GESTIONE
SOSTENIBILE
DELL'ACQUA IN RISAIA
CENTRO RICERCHE SUL RISO
30 gennaio 2014
BRUSONE DEL RISO
 malattia fungina del riso più grave con una vasta distribuzione mondiale
 causato dal fungo anamorfo Pyricularia oryzae Cavara
 perdite senza fungicidi: circa il 7-10% in bassa presenza, fino al 40% per alta incidenza
P. oryzae X1000
 dal 2013 vietato l’uso di fungicidi contenenti triciclazolo, sostanza attiva molto efficace
contro Pyricularia. Oggi registrate solo azoxystrobin e flutriafol (contenimento danni)
sintomatologia più grave:
pannocchia deperisce e
secca in fase di fioritura
La patologia si manifesta su
foglie, sui nodi e i culmi
Brusone fogliare
Mal del collo
 epidemia aggravata da: condizioni meteo-climatiche (elevate escursioni termiche, rugiada
mattutina, bagnatura fogliare, umidità), terreni carenti in sostanza organica o sabbiosi o
limosi, eccessiva concimazione azotata
 maggior frequenza e intensità nelle provincie di Pavia e Milano per questi fattori
+ semina interrata a file su terreno asciutto
+ varietà tipiche da risotto, come Carnaroli, Vialone Nano, Arborio, tra le più suscettibili
(Tabacchi 2011)
LOTTA AL BRUSONE DEL RISO
aumento della fertilizzazione azotata in risaia
mancanza di una resistenza genetica nelle varietà tipicamente coltivate in Lombardia
minor disponibilità di fungicidi dotati di diverso meccanismo d’azione
RICERCA DI UN MEZZO ECO-COMPATIBILE DI LOTTA AL BRUSONE
a basso impatto ambientale
per la sostenibilità della produzione del riso
Ricerca geni chiave coinvolti
nella risposta di difesa del
riso per la selezione di
varietà di riso più resistenti
Valutazione di
sostanze naturali
ad attività
antifungina nei
confronti di
Pyricularia
Identificazione
di prodotti
biostimolanti
e/o
microorganismi
di biocontrollo
LOTTA INTEGRATA AL BRUSONE DEL RISO
Secondo le direttive della nuova PAC e delle “European Integrated Farming Framework Guidelines (2011)
la gestione della coltura deve essere realizzata integrando tutti i sistemi/strumenti disponibili
STRATEGIA DI GESTIONE INTEGRATA a 360°
VANTAGGI
sostenibilità della produzione del riso nel rispetto
dell’ambiente
 mantenimento della biodiversità della risaia
 vantaggio economico per l’agricoltore
 competitività sul mercato
 sicurezza alimentare per i consumatori
LOTTA INTEGRATA AL BRUSONE DEL RISO
RICERCA GENI CHIAVE
COINVOLTI NELLA RISPOSTA
DI DIFESA DEL BRUSONE
VERIFICA EFFICACIA
SAPONINE
VALUTAZIONE EFFETTI
DI UN BIOSTIMOLANTE
APPLICAZIONE SISTEMI SU GENOTIPI PIU’ ADATTI ALLA GESTIONE
INTEGRATA PER LA LORO EFFICIENZA D’USO DELLE RISORSE
VERIFICA APPLICAZIONE COMBINATA IN CAMPO
STRATEGIA DI GESTIONE INTEGRATA
GENI CHIAVE NELLA DIFESA DEL BRUSONE
La comprensione dei meccanismi molecolari e
metabolici attivati nel riso in risposta a brusone
permetterà di identificare geni utili per lo sviluppo
di varietà resistenti.
Inoltre sarà possibile selezionare i target di nuove
molecole o composti capaci di attivare il sistema di
difesa innato del riso
Lo studio ha previsto :
 Analisi di trascrittomica globale di piante di riso post-infezione con 4 ceppi di P. grisea caratterizzati da
diversi comportamenti e incidenza della virulenza verso un genotipo di riso di riferimento:
FR13 = capace di infettare varietà in esame
BR32/CL367 = non infettano riso per reazione gene x gene
BR29 = non infetta varietà in esame
 Analisi dei geni che sono differenzialmente espressi durante le 4 interazioni a 12 / 24 ore post- infezione
 Identificazione dei geni espressi unicamente durante l’infezione di FR13/BR29 e dei geni comuni alle 4
interazioni
 Analisi dei pathway metabolici per identificare similitudini e differenze tra le 4 interazioni
GENI CHIAVE NELLA DIFESA DEL BRUSONE
12 ore post-infezione massiva risposta del alle 4 interazioni:
 una frazione consistente dei geni indotti sono comuni alle 4 interazioni
 è visibile una differenza a livello dei geni repressi tra i 3 ceppi di BR32, CL367, FR13 e Pyricularia BR29
24 ore post-infezione differenziazione drastica:
 il numero di geni di riso indotti si riduce nettamente in BR32/CL367
 aumenta enormemente la repressione genica post-infezione con FR13
 percentuali molto basse di geni indotti comuni e nulle per quelli repressi
cinetica di espressione è una strategia di difesa messa in atto dal riso
in risposta all’attacco del patogeno e in funzione della virulenza del ceppo
GENI CHIAVE NELLA DIFESA DEL BRUSONE
ANALISI
ECOTILLING
Targeted Enrichment Sequencing
(SureSelect, Agilent)
INSIEME DI QUESTI
Parallelamente è in
DATI HA FORNITO
corso l’analisi della
UNA
variabilità di
LISTA DI CANDIDATI
sequenza di alcuni di
DA CARATTERIZZARE
questi geni candidati
A LIVELLO
in un gruppo di 96
FUNZIONALE
UTILI PER LO
SVILUPPO DI
VARIETA’ RESISTENTI
genotipi di riso
italiano per
l’identificazione di
marcatori molecolari
SAPONINE
soyasapogenol B
OH
- metaboliti secondari delle piante, soprattutto leguminose
HO
HO
OH
HO
- prodotte per la difesa da stress biotici e abiotici
- nota attività antimicrobica, antimicotica, insetticida,
- presenti nella pianta in concentrazione variabile
glucuronic acid
HOOC
OH
O
O
O
O
HO
O
galactose
HO
H3C
HO
O
rhamnose
Medicago sativa
HO
Lo studio ha implicato:

Caratterizzazione genotipica e catalogazione di ceppi P.grisea isolati durante il progetto

Valutazione in vitro dell’attività antifungina e/o fungistatica di saponine isolate da Medicago verso
ceppi di P.grisea isolati durante il progetto
Analisi dell’efficacia di queste molecole contro ceppi di P.grisea in planta su genotipo altamente
suscettibile in condizioni controllate in confronto a fungicida


Valutazioni delle saponine su genotipi mediamente suscettibile e resistente in condizioni controllate
VERIFICA EFFICACIA SAPONINE
Caratterizzazione genetica dei ceppi P.grisea
L’analisi tramite Neighbor Joining delle distanze genetiche ottenute dai profili SSR ha indicato l’esistenza
di 5 gruppi principali (A, B, C, D, E).
Isolati in esame condividono similarità
genetica con i lineages E1-E2 (gruppo
E), E4-E5 (gruppo C). HN01 del lineage
ungherese E3 diverge dai gruppi
principali, così come in Roumen et al.
(1997).
I gruppi A, B e D non includono nessun
ceppo di riferimento, suggerendo
l’esistenza di cluster che potrebbero
rappresentare nuovi aplotipi
caratteristici dell’areale lombardo
In base ai risultati di diversità genetica sono stati scelti gli isolati
rappresentativi dei gruppi principali per le prove di efficacia delle saponine.
VERIFICA EFFICACIA SAPONINE
FENOTIPIZZAZIONE BLASTEST
per effettuare una stima quantitativa degli effetti di un trattamento
Dopo 7 giorni dall’infezione si osservano i sintomi fogliari secondo una scala di incidenza/severità della
malattia che va da 1 (assenza della malattia) a 5 (grave incidenza).
Dalle categorie di incidenza della malattia si estrapolata l’efficacia del trattamento delle saponine
3 principali classi/livelli di protezione
P- pianta protetta - sintomi 1 e 2: assenza/lieve malattia
NP- pianta non protetta - sintomi 4 e 5 elevata/grave malattia
MP- pianta mediamente protetta – sintomi 3:media incidenza
VERIFICA EFFICACIA SAPONINE
- MARATELLI Applicazione delle saponine sia in pre - (24 ore prima) sia in post - infezione (3 gg dopo infezione)
sciolte alla concentrazione di 10 g L-1 in soluzione di acqua e gelatina (0,5%)
FUNGICIDA: formulato di flutriafol nella concentrazione normalmente utilizzata in campo (250 mg L-1)
Due trattamenti (fungicida e saponine) risultano altamente significativi (p-value <0,001)
rispetto al controllo (pianta non trattata)
Il trattamento con le saponine risulta significativamente più efficace (p-value<0,001)
applicato in pre-infezione piuttosto che in post-infezione
Fungicida non mostra differenze significative tra pre- e post-infezione
VERIFICA EFFICACIA SAPONINE
- BALDO E SELENIO BALDO e SELENIO avevano mostrato elevata efficienza d’uso della risorsa idrica e
dell’azoto nelle altre prove del progetto BIOGESTECA
Applicazione delle saponine sia in pre - (24 ore prima) sia in post - infezione (3 gg dopo
infezione) sciolte alla concentrazione di 10 g L-1 in soluzione di acqua e gelatina (0,5%)
Baldo la riduzione delle categorie 4/5 è maggiore di quella osservata con Maratelli e drastica con Selenio
Foglie senza sintomi o con sintomi limitati prevalgono in Baldo e sono dominanti in Selenio
Confermato che il trattamento è più efficace in condizioni di pre-infezione, con un maggior aumento della
classe P rispetto a quanto osservato in post-infezione sia in Baldo che in Selenio
VERDEVIVA
Verdeviva è una soluzione elettrochimicamente attivata
ottenuta da KCl ed acqua utilizzando il sistema EVA System® 100
di Industrie De Nora S.p.A.
Lo studio ha implicato:
In precedenti prove sperimentali, il Verdeviva ha dimostrato
azione battericida/fungicida e capacità di stimolare le difese
endogene di piante orticole: rappresenta, quindi, una
promettente alternativa o strumento integrativo anche per il
controllo di Pyricularia
Analisi dell’efficacia di queste molecole contro ceppi di P.grisea in planta su genotipo altamente
suscettibile in condizioni controllate in confronto a fungicida


Valutazioni delle saponine su genotipi mediamente suscettibile e resistente

Valutazione effetto additivo tramite 2 applicazioni successive
Applicazione del Verdeviva sia in pre - (24 ore prima) sia in post- infezione (3 gg dopo infezione) alla
concentrazione di 500 ppm in soluzione acquosa con bagnante
VALUTAZIONE EFFETTI DI UN BIOSTIMOLANTE
Leggero aumento della classe MP mediamente protetta, rispetto al controllo (pianta non trattata).
Maggiore effetto se applicato in post-infezione simile a quanto osservato con l’applicazione del fungicida
Efficacia del Verdeviva risulta decisamente più rilevante con Baldo e Selenio
Effetto additivo delle due applicazione successive (24 e 72 ore post-infezione), in accordo con una
potenziale azione biostimolante del Verdeviva, è confermato e più marcato nel Baldo
Lievi variazioni degli effetti in funzione della tempistica di applicazione (24 o 72) nel Selenio.
CONCLUSIONI
 Le ricerche sui geni chiave coinvolti nella risposta del riso a Pyricularia hanno identificato i geni
chiave coinvolti nelle risposte innate della pianta di interesse per lo sviluppo di nuove varietà più
resistenti al brusone
 L’utilizzo di miscele di saponine è una soluzione promettente per la difesa biologica nei
confronti dell’agente del brusone del riso
 L’utilizzo di saponine è auspicabile anche in un’ottica di eco-sostenibilità globale, perché la
loro efficacia è maggiore quando applicate a genotipi a maggiore efficienza d’uso delle risorse
 La soluzione Verdeviva si è dimostrata uno strumento alternativo e integrativo da utilizzare
nel controllo del brusone e nell’innalzamento delle difese innate del riso
 L’uso della soluzione Verdeviva sarebbe integrabile all’uso delle saponine o altri fungicidi
naturali in un’ottica di difesa integrata
 I sistemi di protezione testati nell’ambito del progetto BIOGETSECA sarebbero utilizzabili in
sinergia in un’ottica di completa strategia di difesa e gestione integrata del riso
FONDO PER LA PROMOZIONE DI ACCORDI ISTITUZIONALI
“Piattaforma di biotecnologie verdi e di tecniche gestionali per un sistema agricolo ad
elevata sostenibilità ambientale”
Ricerche a cura di
Laura Crispino , Barbara Menin, Pamela Abbruscato
Genomica Riso, Fondazione Parco Tecnologico Padano (PTP)
Elisa Biazzi, Maria Carelli, Patrizia Gaudenzi, Carla Scotti, Aldo Tava
CRA – Centro di Ricerca per le Produzioni Foraggere e Lattiero
Casearie (CRA-FLC)
PER MAGGIORI DETTAGLI
Pamela Abbruscato
Via Einstein, Loc. Codazza, 26900 Lodi
Tel. 0371.4662623
email: [email protected]
http://www.tecnoparco.org/ricegenomics
Aldo Tava
Viale Piacenza 29, 26900 Lodi
Tel. 0371.403740
email: [email protected]
http://centroflc.entecra.it