Sicurezza delle produzioni cerealicole: relazione tra fusariosi della spiga e presenza di micotossine nei cereali

Fungal diseases of cereals represent a serious threat to crops from a quantitative and qualitative point of view, since the presence of mycotoxins, toxic products of the secondary metabolism of some phytopathogenic fungi, highly dangerous for humans, is often associated with a decrease in production. and animals. Fusarium head blight (Fusarium Head Blight) is one of the main fungal adversities of wheat, especially durum wheat, in all cereal areas of the world (Europe, Asia, South Africa, North America and Australia). This pathology can cause marked decreases in production (from 30 to 70%) as the affected ear, when it reaches maturity, is empty or with skimpy kernels. The disease is caused by a heterogeneous complex of toxigenic fungi belonging to the genus Fusarium. Among these toxigenic species, the most frequent ones in Europe are F. graminearum, F. culmorum, F. avenaceum and F. poae. Determining factors for the onset of the disease and the consequent production of mycotoxins are: exceptionally rainy and / or hot and humid spring climatic trends coinciding with the phenological phases between earing and milky-waxy ripening, the pathogenicity of the fungus, the susceptibility of the varieties and cultivation techniques. The mycotoxins that are most frequently found in wheat, both soft and hard, are trichothecenes and in particular deoxynivalenol (DON) produced by F. graminearum and F. culmorum. This toxin, also known as "vomitoxin", is a potent inhibitor of protein synthesis and nucleic acids, which can cause neurotoxic and immunotoxic effects and is responsible in mammals for the emetic syndrome, characterized by vomiting, refusal of food and reduced body weight. To ensure the free movement of goods and to protect public health, the European Union has issued regulations to establish the maximum levels of mycotoxin contamination of raw and processed materials. Considering the importance of this pathology of wheat for its environmental, economic and health impact, the aim of the research was aimed at gathering useful information on the mycotoxicological risk for durum wheat since, in consideration of its high consumption in within the Mediterranean diet, this crop can represent a potential source of exposure of the population to the action of mycotoxins, and of DON in particular. In order to deepen the knowledge on the relationship between the fungus and the host and on the effect that some factors (environment, genotype of the host, climatic conditions, cultural practices) have on the development of the disease and on the possible production and accumulation of DON , during this research a six-year monitoring (2008-2011) of the levels of contamination by DON and the incidence of infection by Fusarium species was carried out on seed samples of cultivated durum wheat varieties, both in conventional and in conventional cultivation. organic cultivation, in experimental tests located in 4 regions (Emilia-Romagna, Marche, Lazio and Puglia) representative of 4 macro-areas of durum wheat cultivation in Italy: North, Central-Tyrrhenian side, Central-Adriatic side and South. The analyzes conducted on the levels of infection of the kernels highlighted the prevalence of F. graminearum, followed by F. culmorum, F. avenaceum and F. poae, while the values of DON contamination in the kernels were almost negligible, even in the areas of the Central and Northern Italy which are usually more at risk. The results obtained confirmed a decreasing infection / contamination gradient from North to South, indicating the importance of the suitability of the cultivation areas. The statistical analysis also highlighted, for organic durum wheat, lower levels of infection and contamination compared to conventional cultivation, underlining the importance of cultivation techniques on reducing inoculum. The present research also allowed the identification of the chemotypes 15ADON, 3ADON and NIV within the population of F. graminearum isolated from durum wheat in Italy, highlighting the prevalence in our country of the chemotype 15ADON. Finally, the antifungal activity of bioactive compounds extracted from whole durum wheat kernels, the alkylresorcinols (AR), was evaluated against some species of Fusarium in order to use them as natural fungicides. The in vitro tests have shown a fungistatic and fungicidal activity, against 4 species of Fusarium, of a durum wheat extract containing these compounds and the influence of the composition in homologous RA chains on this activity. These results could represent an innovative aspect for the treatment of seeds against the causative agents of fusariosis of the ear.

Le malattie fungine dei cereali rappresentano una seria minaccia per le colture da un punto di vista quantitativo e qualitativo, poiché spesso ad un decremento produttivo è associata la presenza di micotossine, prodotti tossici del metabolismo secondario di alcuni funghi fitopatogeni, altamente pericolose per l'uomo e gli animali. La fusariosi della spiga (Fusarium Head Blight) costituisce una delle principali avversità fungine del frumento, in particolare il frumento duro, in tutte le aree cerealicole del mondo (Europa, Asia, Sudafrica, Nordamerica e Australia). Questa patologia può determinare marcati decrementi produttivi (dal 30 al 70%) in quanto la spiga colpita, giunta a maturazione, risulta vuota o con cariossidi striminzite. La malattia è causata da un complesso eterogeneo di funghi tossigeni appartenenti al genere Fusarium. Tra queste specie tossigene, quelle più frequenti in Europa sono F. graminearum, F. culmorum, F. avenaceum e F. poae. Fattori determinanti per l'insorgenza della malattia e la conseguente produzione di micotossine sono: andamenti climatici primaverili eccezionalmente piovosi e/o caldo umidi in coincidenza con le fasi fenologiche comprese tra spigatura e maturazione latteo-cerosa, la patogenicità del fungo, la suscettibilità delle varietà e le tecniche colturali. Le micotossine che con più frequenza vengono ritrovate nel frumento, sia tenero che duro, sono i tricoteceni e in particolare il deossinivalenolo (DON) prodotto da F. graminearum e F. culmorum. Tale tossina, nota anche come "vomitossina", è un potente inibitore della sintesi proteica e degli acidi nucleici, che può causare effetti neurotossici e immunotossici ed è responsabile nei mammiferi della sindrome emetica, caratterizzata da vomito, rifiuto di alimento e riduzione del peso corporeo. Per assicurare la libera circolazione delle merci e per tutelare la salute pubblica, l'Unione Europea ha emanato dei regolamenti per stabilire i livelli di contaminazione massima da micotossine delle materie prime e trasformate. Considerando l'importanza di questa patologia del frumento per il suo impatto a livello ambientale, economico e di salubrità, l'obiettivo della ricerca era finalizzato a raccogliere informazioni utili sul rischio micotossicologico per il frumento duro poiché, in considerazione del suo elevato consumo nell'ambito della dieta mediterranea, questa coltura può rappresentare una potenziale fonte di esposizione della popolazione all'azione delle micotossine, e del DON in modo particolare. Allo scopo di approfondire le conoscenze sulla relazione tra il fungo e l'ospite e sull'effetto che alcuni fattori (ambiente, genotipo dell'ospite, condizioni climatiche, pratiche colturali) esercitano sullo sviluppo della malattia e sull'eventuale produzione e accumulo di DON, nel corso di questa ricerca è stato condotto un monitoraggio tiennale (2008-2011) dei livelli di contaminazione da DON e dell'incidenza di infezione da specie di Fusarium su campioni di semi di varietà di frumento duro allevate, sia in coltura convenzionale che in coltura biologica, in prove sperimentali dislocate in 4 regioni (Emilia-Romagna, Marche, Lazio e Puglia) rappresentative di 4 macroareali di coltivazione di frumento duro in Italia: Nord, Centro-versante tirrenico, Centro-versante adriatico e Sud. Le analisi condotte sui livelli di infezione delle cariossidi hanno evidenziato la prevalenza di F. graminearum, seguito da F. culmorum, F. avenaceum e F. poae, mentre i valori di contaminazione da DON nelle cariossidi sono risultati pressochè trascurabili, anche negli areali del Centro e del Nord che solitamente risultano più a rischio. I risultati ottenuti hanno confermato un gradiente di infezione/contaminazione decrescente dal Nord al Sud, indicando l'importanza della vocazionalità delle zone di coltivazione. L'analisi statistica ha inoltre evidenziato, per il frumento duro biologico, livelli di infezione e contaminazione minori rispetto alla coltura convenzionale, sottolineando l'importanza delle tecniche colturali sulla riduzione dell'inoculo. La presente ricerca ha inoltre permesso l'identificazione dei chemiotipi 15ADON, 3ADON e NIV entro la popolazione di F. graminearum isolata da frumento duro in Italia, evidenziando la prevalenza nel nostro Paese del chemiotipo 15ADON. Infine è stata valutata l'attività antifungina di composti bioattivi estratti da cariossidi intere di frumento duro, gli alchilresorcinoli (AR), nei confronti di alcune specie di Fusarium al fine di utilizzarli come fungicidi naturali. I test in vitro hanno evidenziato un'attività fungistatica e fungicida, nei confronti di 4 specie di Fusarium, di un estratto da frumento duro contenente tali composti e l'influenza della composizione in catene omologhe degli AR su tale attività. Questi risultati potrebbero rappresentare un aspetto innovativo per il trattamento dei semi contro gli agenti causali della fusariosi della spiga.