OMICS SCIENCES IN PLANT DISEASE: NEW APPROACHES FOR UNDERSTANDING AND MANAGING PLANT-MICROBE INTERACTIONS UNDER CHANGING ENVIRONMENTAL CONDITIONS

Plant diseases caused by fungi and oomycetes pose significant threats to global agriculture, leading to considerable economic losses and jeopardizing food security, particularly in the Mediterranean region. This thesis investigates the role of omics sciences—genomics, transcriptomics, metabolomics, and metagenomics—in addressing these challenges by enhancing the understanding of plant-pathogen interactions within the context of climate change. Focusing on major fungal pathogens affecting olive and citrus crops, the research explores various aspects of plant-microbe interactions to develop rational, innovative, and environmentally friendly disease management strategies. Specific objectives include elucidating the genomic features of the recently emerged olive pathogen, Phytophthora oleae; evaluating the influence of biocontrol agents on the transcriptome of infected olive drupes; analyzing the metabolomic profiles of different olive cultivars under Colletotrichum infection; and assessing the impact of organic versus conventional management practices on microbial communities in citrus orchards. Key findings demonstrate the significant potential of omics approaches in providing critical insights into the mechanisms of pathogenicity and plant resistance. Genome sequencing of Phytophthora oleae reveals essential pathogenicity mechanisms, while RNA sequencing highlights the influence of biocontrol agents such as Candida oleophila and Trichoderma atroviride on gene expression in olive drupes. Metabolomic analysis identifies physiological markers associated with resistance in olive cultivars, and the investigation into soil microbial diversity emphasizes the importance of sustainable management practices in maintaining microbial health and resilience. The integration of these findings contributes to a comprehensive understanding of the molecular interactions between plants, pathogens, and microbial communities in the holobionte perspective. While challenges remain in the practical application of these insights, this research paves the way for the development of actionable strategies to reduce dependence on chemical inputs and promote sustainable agriculture in the Mediterranean region. Future directions include optimizing biocontrol agent formulations, exploring soil microbiome interactions, developing early diagnostic tools based on metabolomic markers, and creating predictive models to adapt to climate change impacts on pathogen dynamics.

Le malattie delle piante causate da funghi e oomiceti rappresentano una grave minaccia per l'agricoltura globale, causando notevoli perdite economiche e compromettendo la sicurezza alimentare, in particolare nella regione Mediterranea. Questa tesi intende essere un esempio di come le scienze omiche—genomica, trascrittomica, metabolomica e metagenomica— possono avere un ruolo fondamentale nella gestione di queste sfide, migliorando la comprensione delle interazioni pianta-patogeno nel contesto del cambiamento climatico. Avendo per oggetto patogeni fungini di interesse per l’olivicoltura e l’agrumicoltura , la ricerca esplora vari aspetti delle interazioni pianta-patogeno per sviluppare strategie razionali, innovative e sostenibili di gestione delle malattie. Gli obiettivi specifici includono lo studio delle caratteristiche genomiche di Phytophthora oleae, un patogeno emergente dell’olivo, la valutazione dell'influenza degli agenti di biocontrollo sul trascrittoma delle drupe di olivo infette, l'analisi dei profili metabolomici di diverse cultivar di olivo infette da Colletotrichum e la valutazione dell'impatto delle pratiche di gestione in regime di agricoltura biologica rispetto a quelle convenzionali sulle comunità microbiche negli agrumeti. I risultati più salienti dimostrano il potenziale degli approcci omici nel fornire informazioni critiche sui meccanismi di patogenicità e resistenza nelle interazioni patogeno-pianta ospite. Il sequenziamento genomico di Phytophthora oleae rivela meccanismi di patogenicità essenziali, mentre il sequenziamento dell’RNA evidenzia l'influenza di agenti di biocontrollo come Candida oleophila e Trichoderma atroviride sull'espressione genica nelle drupe dell’olivo. L'analisi metabolomica identifica marcatori biochimici associati alla resistenza nelle cultivar di olivo, e l'indagine sulla diversità del microbioma del suolo sottolinea l'importanza delle pratiche di gestione sostenibili nel mantenimento della salute e della resilienza degli agroecosistemi.Nel loro insieme questi risultati contribuiscono a una visione olistica delle interazioni molecolari tra piante, patogeni e comunità microbiche. Sebbene l'applicazione pratica di queste intuizioni rimanga ancora una sfida da affrontare, questa ricerca pone le basi per lo sviluppo di strategie concrete per ridurre la dipendenza da prodotti chimici di sintesi che hanno elevato impatto ambientale e promuovere un'agricoltura sostenibile nella regione Mediterranea. Le prospettive future della ricerca sono le seguenti: l'ottimizzazione delle formulazioni degli agenti di biocontrollo, l'approfondimento dello studio delle interazioni e della dinamica del microbioma del suolo, lo sviluppo di strumenti diagnostici precoci basati su marcatori metabolomici e la creazione di modelli predittivi per contrastare gli effetti del cambiamento climatico sull’epidemiologia dei patogeni.