Termeni asociați:

  • Pacoste
  • Fungicid
  • Micotoxină
  • Fusarium
  • Micotoxine
  • Putrezirea rădăcinii
  • Gibberella zeae
  • Răsaduri
  • Ciuperci
  • Orz

Descărcați în format PDF

Despre această pagină

Rezistența la boli în sorg

2.2.1.1.2 Manșonul capului

Măcinarea capului, după cum indică termenul, este o boală a paniculelor de sorg. Se observă în principal în America de Nord, Mexic și în câteva țări din America de Sud, cum ar fi Argentina și Venezuela. În aceste țări apare într-o formă moderată până la severă și poate provoca o reducere semnificativă a randamentului de cereale în special la hibrizii sau soiurile sensibile. Cu toate acestea, în principalele regiuni de sorg din lume (de exemplu, Africa și Asia) este considerată o boală minoră cu incidență sporadică.

Înroșirea țesuturilor de miez ale pedunculului și a ramurilor de rahis sau rahis sunt principalul simptom intern al bolii. Acest lucru poate duce la simptome vizibile extern ale necrozei pedunculului și a ramurilor de rahis sau rahis. În multe cazuri, simptomele externe pot fi trecute cu vederea, cu excepția cazului în care condițiile meteorologice favorabile ajută la exprimarea fazei de necroză. În cazul unei infecții severe, o parte sau întreaga paniculă se poate prăbuși, inducând moartea prematură a părții sau a întregii panicule. Boabele dintr-o paniculă infectată pot părea mai uscate decât boabele normale.

Boala este cauzată de ciuperca F. moniliforme. Alți agenți patogeni ai mucegaiului de cereale precum Alternaria spp. Și Curvularia spp. au fost, de asemenea, găsite asociate cu această boală. Această boală poate avea o anumită relație cu mucegaiul boabelor. Cu toate acestea, având în vedere părțile vegetale afectate, aceasta este tratată ca o boală separată. Infecția inițială are loc în partea inferioară a paniculei lângă baza rahisului și se răspândește în sus. Umiditatea continuă ridicată în momentul înfloririi favorizează infecția și colonizarea. Utilizarea unui soi rezistent este cel mai bun mod de gestionare a bolii.

Biotehnologii agricole și conexe

4.59.3 Impactul economic al infecțiilor cu Fusarium și toxinele lor

Speciile de Fusarium provoacă o gamă largă de boli la cele mai importante plante din punct de vedere economic, incluzând bătăile capului, păsările, putrezirea rădăcinilor și putrezirea fructelor. Infecțiile cu Fusarium pot avea efecte devastatoare asupra productivității și comercializării culturilor, dar cel mai important impact economic al infecțiilor cu Fusarium este capacitatea multor specii de a produce micotoxine.

În bătăile capului, acoperite de Gibberella zeae (Schwein) Petch (anamorph, F. graminearum Schwabe sensu lato), boabele se contaminează cu tricotecenă și micotoxine estrogenice, precum nivalenol (NIV), deoxinivalenol (DON) și zearalenonă (ZEN) . Se estimează că impactul economic direct și secundar al acestei boli a costat 2,7 miliarde de dolari în Statele Unite între 1998 și 2000. Deoarece trichotecenele sunt rezistente la temperaturi ridicate, precum și la metodele chimice de distrugere, se pot acumula la niveluri ridicate în boabe.făcându-le improprii pentru hrană sau hrana animalelor. Toxinele tricotecene precum vomitoxina (DON) au efecte severe asupra sănătății umane, deoarece sunt inhibitori puternici ai biosintezei proteinelor eucariote. Contaminarea cu vomitoxină a alimentelor a fost asociată cu greață, vărsături, anorexie, convulsii și pierderea leucocitelor. DON provoacă refuzul furajelor la animalele care nu sunt rumegătoare și pierderea în greutate. Tricotecenele modulează, de asemenea, funcția imunitară a omului și pot promova cancerul și bolile autoimune (Figura 1).

head

Figura 1. Structura chimică a toxinelor majore produse de Fusarium spp.

Fumonisina produsă de F. verticillioides, care este cea mai comună mucegai găsită pe porumb în întreaga lume, este toxică pentru ficat și țesutul renal. Toxicitatea acestora pare să implice întreruperea biosintezei de novo a sfingolipidelor. Fumonosinele sunt, de asemenea, cancerigene în testele modelului de rozătoare și sunt implicate ca factori de risc la om pentru cancer esofagian și defecte ale tubului neural la populațiile care utilizează porumb cultivat în casă ca dietă de bază.

Ecologie chimică

Hisakazu Yamane,. Hideaki Oikawa, în Comprehensive Natural Products II, 2010

4.08.3.6 Perspective

Finalizarea analizei genomice a mai multor agenți patogeni ai plantelor Magnaporthe grisea (explozie de orez), Gibberella zeae (bătăi de cap în grâu și orz) și scabie Streptomyces, cauzând crustă de cartofi, ne-a permis identificarea genelor pentru biosinteza fitotoxinelor și studierea detaliată a dezvoltării bolilor la nivel molecular. S-a constatat că ciuperca explozivă a orezului produce unele polichide - molecule hibride peptide nonribozomale în timpul infecției. Acțiunea dinamică și rolul fitotoxinelor vor fi elucidate prin analiza transcriptomului și metabolomului. Studiul genetic comparativ pe tulpini obișnuite și patogene va oferi informații despre modul în care patogenitatea este dobândită și dezvoltată. Aceste studii asupra diferitelor tipuri de boli oferă o idee generală cu privire la strategia microorganismelor în dezvoltarea bolii, precum și soluția pentru prevenirea infecției acestora.

Biotehnologie vegetală și îmbunătățirea culturilor

Rezistența la agenții patogeni fungici

Bolile fungice sunt cele mai grave grupuri de boli ale culturilor, provocând pierderi de miliarde de dolari în întreaga lume. Boli cum ar fi boala târzie a cartofului, boala de cereale, boala de teacă și explozia de orez, boala de frunze în porumb, ofilirea și putrezirea în legume și mucegaiul de struguri sunt unele dintre bolile fungice majore. Strategiile pentru rezistență includ degradarea peretelui celular fungic, producerea de toxine antifungice, exploatarea genelor de rezistență, supraexprimarea genelor care sunt induse în timpul răspunsului patogen, descompunerea metaboliților fungici implicați în infecție și inhibarea creșterii fungice prin limitarea nutrienților esențiali.

O strategie puternică pentru rezistența bolilor fungice este de a sintetiza gene care pot degrada peretele celular fungic. Chitinaza și β-1,3-glucanaza sunt enzime care degradează peretele celular care perturbă în mod specific miceliul fungic prin degradarea chitinei și, respectiv, a glucanului. Chitinaza din orz, tutun, petunie, fasole și orez a fost exploatată pentru rezistență (Punja, 2001; Tabei și colab., 1998). Chitinaza din orez, în special, a fost transferată în multe culturi, inclusiv grâu, arahide, roșii, struguri, vinete, banane și castraveți, cu o rezistență semnificativă împotriva agenților patogeni fungici. Deoarece chitinaza este deja prezentă în plantele de cultură, supraexprimarea sau modificarea chitinazei endogene este o altă strategie pentru inducerea rezistenței. Expresia excesivă a chitinazei și oxalat oxidazei a dus la o rezistență sporită împotriva bolii învelișului din orez (Baisakh și colab., 2001; Karmakar și colab., 2016). Pe lângă sursele de plante, chitinaza din speciile fungice, în special din Trichoderma, este utilizată și pentru rezistența la boli transgenice (Cheng și colab., 2015).

Diverse alte proteine ​​PR și fitoalexine sunt induse în timpul dezvoltării bolii; introducerea sau supraexprimarea acestor gene poate induce rezistență la boli. Defensinele sunt proteine ​​PR antimicrobiene mici, bogate în cisteină, prezente omniprezent în microbi, plante și animale. Aceste peptide mici prezintă o activitate antimicrobiană ridicată, în special împotriva agenților patogeni fungici. Bumbacul transgenic purtător de defensină NaD1, de la Nicotiana alata, a prezentat o toleranță mai mare la ofilirea Verticillium și Fusarium oxysporum f. sp. vasinfectum împreună cu o creștere dublă a randamentului (Gaspar și colab., 2014), sugerând un potențial comercial ridicat pentru acest transgenic. Seo și colab. (2014) a elaborat o defensină în piper pentru dezvoltarea rezistenței împotriva Colletotrichum gloeosporioides. S-a observat că în liniile transgenice genele biosintetice ale acidului jasmonic și genele legate de patogenie au fost supraexprimate, ducând la rezistență împotriva patogenezei fungice. S-a constatat că defensina grâului se acumulează sub aclimatizare la rece, ceea ce oferă rezistență împotriva ciupercilor de mucegai de zăpadă, Typhula ishikariensis, un agent patogen major al grâului de iarnă (Sasaki și colab., 2016). Grâul transgenic care conține gena defensină prezintă, de asemenea, rezistență la mușchiul capului Fusarium.

Defalcarea metaboliților asociați patogenității fungice este o altă abordare eficientă pentru întârzierea dezvoltării bolii. Multe ciuperci produc acid oxalic, care acționează ca un factor de patogenitate. Defalcarea acidului oxalic prin exprimarea enzimelor cum ar fi oxalat oxidază, oxalat decarboxilază sau oxalil-CoA-decarboxilază a indus rezistență împotriva Sclerotiniei în soia, roșii, tutun, floarea-soarelui și salată, precum și împotriva Septoria la speciile de arbori. O altă strategie similară este de a inhiba creșterea ciupercii prin limitarea aprovizionării cu elemente necesare creșterii. De exemplu, ciuperca explozivă a orezului necesită biotină pentru creșterea sa. Prin proiectarea unei gene tamavidin1, care se leagă de biotină și îi limitează disponibilitatea, rezistența la boala explozivă a fost dezvoltată în orez (Takakura, Oka, Suzuki, Tsukamoto și Ishida, 2012).

Detectarea și controlul contaminării cu micotoxine a ierburilor și condimentelor

Abordări biotehnologice

PISTA ȘTIINȚEI

GRAZINA JUODEIKIENE,. ELENA BARTKIENE, în Consumer Driven Cereal Innovation, 2008

INTRODUCERE

Scopul studiului a fost, prin urmare, de a utiliza tehnica acustică neinvazivă pentru a determina DON direct în bobul scabios și pentru a testa ipotezele zero ale „cu cât mai multă scabă cu atât este mai DON”, așa cum a raportat Tutelyan (2004). .

Detectarea contaminării cu micotoxine a cerealelor

C. Waalwijk, în Bread Making, 2003

25.3.1 Metode de diagnostic pentru producerea de micotoxine Fusarium spp

Îmbunătățirea siguranței legumelor organice

10.7 Gestionarea riscurilor cauzate de micotoxine

Diverse studii au identificat practicile agricole care au un anumit impact asupra bolilor fungice din culturi și, într-o oarecare măsură, asupra contaminării cu micotoxine. Acest lucru este mult mai investigat pentru culturile de cereale precum grâul și porumbul decât pentru legume. Deoarece multe ciuperci producătoare de toxine, cum ar fi Fusarium, supraviețuiesc în sol de la un sezon la altul, reziduurile culturilor sunt surse importante de inocul. Miller și colab. (1998) au demonstrat, de exemplu, că resturile culturilor au fost o sursă importantă de inocul de F. graminearum într-un sistem de rotație a culturilor cu grâu-porumb-soia.

Un articol de recenzie de Champeil și colab. (2004) cu privire la boli de cap Fusarium și producția de micotoxine în boabele de grâu au ajuns la concluzia că istoria succesiunii culturilor a fost foarte importantă. Contaminarea bătăilor de cap a fost mai severă în cazul în care cultura precedentă a fost porumb, grâu dur sau ovăz, mai degrabă decât grâu sau orz (a se vedea Champeil și colab., 2004 pentru referințe). Acest lucru s-ar putea datora faptului că unele culturi lasă mai puține reziduuri decât altele, iar culturile diferite sunt gazde pentru diferiți producători de toxine. De asemenea, Peters și colab. (2003) au arătat că tuberculii de cartof recoltați din soluri de rotație de trei ani cu orz, trifoi roșu și cartof au fost semnificativ mai puțin bolnavi de putregai uscat (Fusarium spp.) Decât tuberculii de la rotație de doi ani cu orz de primăvară și cartofi. Aceste rezultate indică faptul că pentru toate produsele vegetale ar trebui să se ia în considerare foarte atent rotația culturilor, ținând seama de faptul că diferite culturi pot adăposti diferite specii fungice care pot servi drept inocul pentru următoarea cultură.

Sistemul de management organic în sine, cu absența pesticidelor și fungicidelor sintetice, ar putea avea un impact benefic asupra microflorei solului. Studiile au demonstrat o gamă mai largă de specii fungice și o apariție mai mare de ciuperci potențial antagonice plantelor patogene în sol într-o zonă de conversie organică în comparație cu o zonă cultivată convențional (Sivapalan și colab., 1993). Investigațiile lui Knudsen și colab. (1995) indică faptul că fusaria patogenă poate fi suprimată de fusaria antagonică într-o măsură mai mare în câmpurile cultivate organic decât în ​​câmpurile de orz cultivate convențional, chiar dacă autorii (Knudsen și colab., 1999) au constatat, de asemenea, că biomasa microbiană ridicată și activitatea solul din agricultura ecologică nu a fost întotdeauna corelat cu suprimarea ridicată a bolilor. Într-un alt studiu, Slanina (1995) concluzionează că sistemul de creștere nu are un efect semnificativ asupra contaminării mucegaiului sau a micotoxinelor.

În concluzie, atunci când vine vorba de gestionarea riscurilor generate de micotoxine, practicile agricole cu accent pe rotația culturilor ar putea fi cei mai importanți factori. Manipularea și depozitarea legumelor după recoltare este, desigur, de asemenea, importantă, dar nu este o problemă pentru acest capitol.

Identificarea moleculară a ciupercilor micotoxigenice din alimente și furaje

primerii ADNr

În cadrul genului, regiunile STI nu permit o rezoluție taxonomică completă și sunt utilizabile doar pentru discriminarea mai multor specii similare. Aceste grunduri au fost adesea dezvoltate pentru utilizări practice, de exemplu pentru a verifica dacă speciile Fusarium patogene erau prezente simultan cu alte genuri pe o plantă gazdă.

Numeroase seturi de primeri pe bază de IGS sunt disponibile pentru detectarea prin PCR a speciilor de Fusarium micotoxigenice. Jurado și colab. (2005) au conceput un set de grunduri specifice bazate pe secvența IGS, pentru detectarea celor mai importanți producători de trichotecen de grâu: F. culmorum, F. equiseti, F. poae, F. sporotrichioides și F. graminearum. Grundurile au fost testate cu succes pe probe de grâu. În 2006, Jurado și colab. a proiectat un set de primer suplimentar pentru F. proliferatum (sensibilitate> 5,5 pg de ADN total) și l-a inclus într-un protocol îmbunătățit care combină o etapă bazată pe FUM1-PCR (sensibilitate> 87,5 pg) (Jurado și colab., 2006). Testate împotriva a 21 de specii de Fusarium, grundurile proiectate de Kulik (2008b) au amplificat F. tricinctum vizat, dar și F. acuminatum și F. nurragi, împiedicând detectarea cantitativă în continuare; a fost totuși subliniată o problemă taxonomică. Patiño și colab. (2004) au proiectat două perechi de grunduri bazate pe IGS. Primul a fost F. verticillioides specific speciei, al doilea a amplificat tulpinile F. verticillioides care au fost producători de fumonisină, dar nu și tulpinile F. verticillioides izolate de banane. Acestea din urmă nu au produs fumonisine și au fost descrise formal mai târziu ca noua specie F. musae (Van Hove și colab., În presă).

Progrese în rezistența la boli de sorg

2.1 Randament

Majoritatea bolilor afectează direct sau indirect randamentul sorgului (cereale, furaje, acumularea de zahăr etc.). Bolile răsadurilor, cum ar fi mucegaiul, amortizarea, răsadurile răsadurilor și bolile virale afectează randamentul prin reducerea stării plantelor în câmp, în timp ce bolile paniculelor, cum ar fi mucegaiul, ergotul și smutul, afectează în mod direct greutatea și/sau numărul boabelor. Bolile foliare, pe de altă parte, reduc cu greu suportul plantelor (cu excepția antracnozei răsadurilor, care pot ucide răsadurile), dar determină reducerea randamentului prin scăderea zonei fotosintetice active. Bolile paniculelor, cum ar fi mucegaiul, ergotul, smut-ul și bătutul capului au efecte imense asupra randamentului și calității cerealelor și, în cele din urmă, asupra produselor finale pe bază de cereale. Mucegaiul de cereale este cea mai importantă boală și provoacă pierderi de randament cuprinse între 30% și 100%, în funcție de soiuri și condițiile meteorologice (Singh și Bandyopadhyay, 2000). Boabele turnate își pierd atracția pe piață din cauza colorării și aduc un preț mai mic cu 20% -40%. Pierderile monetare la scară conservatoare sunt în jur de 130 milioane USD în Asia și Africa (ICRISAT, 1992) și 50-80 milioane USD în India (Das și Patil, 2013). Ergot este o altă boală a paniculei de sorg care determină pierderea randamentului de aproximativ 10% –80% în India și Africa de Sud (Bandyopadhyay și colab., 1996).

Deteriorările rezultate din infecția timpurie a Fusarium includ reducerea formării cariopsisului (Little și Magill, 2009), oprirea dezvoltării miezului și scăderea masei și densității granulelor. Toate acestea sunt direct legate de randamentul cerealelor. Infecția sistemică a mucegaiului pufos are ca rezultat o inflorescență stearpă. Pierderile de culturi variază de la 2% la 20% în funcție de momentul infecției și de soiuri. O pierdere anuală de randament a fost raportată a fi de cel puțin 0,1 milioane de tone în anumite părți ale Indiei. Într-un singur sezon în Statele Unite, o epidemie de mucegai cu sorg în Texas a cauzat o pierdere estimată de 2,5 milioane USD (Frederiksen și colab., 1969). Pierderea de randament datorată putregaiului de cărbune variază, în funcție de soiuri, vreme și stadiul infecției. Boala are ca rezultat pierderea randamentului și a calității cerealelor și a furajelor. Depunerea culturilor de 100% ar putea provoca o pierdere de 23% –64% a producției de cereale în condiții experimentale. La o scară conservatoare, pierderea financiară medie a soiurilor adaptate postrainy în câmpul fermierilor este de aproximativ 25-30 USD pe ha în India (Das, 2016).

Antracnoza deteriorează țesutul tulpinii și afectează mișcarea apei și a nutrienților către capul urechii. În caz de epidemie severă, pot apărea pierderi de randament de 50% sau mai mult. Reducerea producției de furaje este deosebit de importantă, deoarece poate avea un impact semnificativ asupra veniturilor fermierilor dintr-un sistem de producție de culturi - animale. Plantele puternic ruginite nu reușesc să producă auricul. Pierderea de randament variază de la 29% la 65% în anumite condiții (Hepperly, 1990). Pata frunzelor și pătarea frunzelor uneori pot afecta grav furajul și producția de cereale din cauza deteriorării extinse a utilajelor fotosintetice din frunză. În caz de epidemie severă poate apărea o pierdere a randamentului de cereale de 50% sau mai mult (Frederiksen, 1986).