Riassunto analitico
La biodiversità è la variabilità tra gli organismi viventi provenienti da tutte le fonti e i complessi ecologici di cui fanno parte. Ciò comprende la variazione degli attributi genetici, fenotipici, filogenetici e funzionali, nonché i cambiamenti nel l'abbondanza e nella distribuzione nel tempo e nello spazio all'interno di: specie, comunità biologiche ed ecosistemi. I microbiomi sono cruciali per stabilire le interconnessioni tra animali, piante e ambiente e per mantenere l'equilibrio ecologico (One Health). Poiché la biodiversità microbica è importante sia per l'ambiente che per il nostro benessere, la sua conservazione è diventata uno degli obiettivi dell'Agenda 2030. In linea con gli sforzi globali di sostenibilità, la strategia Farm to Fork, parte del Green Deal europeo, si concentra sull'arresto della perdita di biodiversità e sulla promozione di attività sostenibili nell'agricoltura, dove la costruzione di strutture più resilienti, sistemi alimentari sostenibili dipendono dalla riduzione della nostra dipendenza dai pesticidi chimici. Stanno emergendo studi sulla biodiversità dei microbioti associati alle piante per identificare nuovi agenti di biocontrollo microbici (mBCAs) contro i parassiti, al fine di ridurre l'uso di prodotti chimici. La maculatura bruna, causata da S. vesicarium, rappresenta una minaccia economica per la produzione di pere nell'Italia settentrionale, con conseguenti riduzioni della quantità e della qualità dei frutti. Abbiamo campionato pere cv. Abate Fétel da frutteti situati a Modena, Bologna, Ferrara, Ravenna e Forlì-Cesena con differenti strategie (integrata - IPM o biologica - BIO), per studiare la frazione di lievito coltivabile associata, con l'obiettivo di identificare i nuovi BCA contro S. vesicarium. Le pere cv. Abate Fétel sono state campionate nel giugno e agosto 2024; nell'ultimo campionamento sono stati considerati sia i frutti sani che malati. Sono state determinate le variazioni dei load di lieviti tra i frutteti a gestione IPM e BIO, nonché tra pere sane e malate. È stata creata una biobanca con 260 colture di lieviti isogeniche le cui macro e micromorfologie sono state caratterizzate. Tra questi, 144 colture sono state testate per la loro attività antagonista contro il ceppo S. vesicarium DLS2021 attraverso un test dual plate e l'inerente schema di distribuzione è stato determinato. 25 ceppi con la più alta attività antagonista sono stati sottoposti al sequenziamento della regione rDNA ITS, internal transcrbed spacer 1, il gene 5.8S rRNA e l'internal transcribed spacer 2, per identificare i candidati lievito BCA a livello di specie. Le colture di lievito con la più alta attività antagonista in vitro contro S. vesicarium DLS2021 appartenevano alle specie A. pullulans, Metschnikowia spp. (M. pulcherrima complex), R. babjevae, P. kluyveri e H. uvarum. Una lievito con fenotipo moderatamente antagonista apparteneva a P. horticola, un lievito endofitico presente nelle mele e, per quanto ne sappiamo, mai associato alle pere. Per tutti i Metschnikowia spp., il sequenziamento diretto di Sanger degli ampliconi ITS PCR è fallito, in accordo con l'eterogeneità del rDNA. Infine, poiché S. vesicarium ha fenotipo patogeno variabile, 27 ceppi di lieviti sono stati ritestati per la loro attività antagonista contro 6 diversi ceppi di S. vesicarium, per confermare il loro possibile uso come nuove BCA contro S. vesicarium. In conclusione, il presente studio ha dimostrato che la frazione di lievito coltivabile dalla carposfera della pera cv. di Abate Fétel è un serbatoio di BCA contro S. vesicarium. Ulteriori saggi saranno effettuati in vivo per valutare il potenziale dei candidati stabiliti in questo studio e per svelare i meccanismi alla base dell'attività antagonista dei lieviti contro S. vesicarium.
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Abstract
Biodiversity is the variability among living organisms from all sources and the ecological complexes of which they are a part. This includes variation in genetic, phenotypic, phylogenetic, and functional attributes, as well as changes in abundance and distribution over time and space within and among species, biological communities and ecosystems. Microbiomes are crucial to establish the interconnections between animals, plants, and environment and to maintain the ecological balance (the One Health). Since microbial biodiversity is important role both for the environment and for our well-being, its conservation has become one of the main goals of the Agenda 2030. In alignment with global sustainability efforts, the Farm to Fork Strategy, part of the European Green Deal, focuses on halting biodiversity loss and promoting sustainable activities in agriculture, where the construction of more resilient, sustainable food systems depends on the reduction of our dependence from chemical pesticides. Studies on microbiota biodiversity associated with plants are emerging to identify novel microbial biocontrol agents (mBCAs) against pests, in order to reduce the usage of chemical pesticides. Brown spot caused by S. vesicarium, is an economic threat to pear production in northern Italy, leading to considerable crop losses and reduced fruit quality. Here, we sampled pear fruits cv. Abate Fétel from orchards located in Modena, Bologna, Ferrara, Ravenna, and Forlì-Cesena under different pest management strategies (Integrated Pest Management – IPM or Organic Management - BIO), to investigate the associated cultivable yeast fraction, with the goal to identify novel yeast BCAs against S. vesicarium. Pear fruits cv. Abate Fétel were sampled in June and August 2024; in the latter sampling time both health and diseased fruits were considered. The variation of yeast loads between IPM and BIO orchards, as well as between healthy and diseased pear fruits was determined. A biobank containing 260 isogenic yeast cultures macro- and micro-morphologically characterized was established. Among them, 144 yeasts were screened for their antagonistic activity against S. vesicarium DLS2021 strain through a dual-plate assay, and the distribution pattern of antagonistic activity was determined. 25 strains with the highest antagonistic activity were submitted for sequencing of rDNA ITS region, spanning internal transcribed spacer 1, the 5.8S rRNA gene and the internal transcribed spacer 2, to identify the BCA yeast candidates at species level. The yeast cultures with the highest antagonistic activities in vitro against S. vesicarium DLS2021 belonged to the species A. pullulans, Metschnikowia spp. (M. pulcherrima complex), R. babjevae, P. kluyveri, and H. uvarum. One yeast culture with moderate antagonistic phenotype belonged to P. horticola, an endophytic yeast found in apples and, to the best of our knowledge, never associated with pears. Remarkably, for all Metschnikowia spp. strains, direct Sanger sequencing of ITS PCR amplicons failed, in agreement with the rDNA heterogeneity. Finally, as S. vesicarium is highly variable in pathogenic phenotype, 27 yeast strains were further screened for their antagonistic activity against 6 different S. vesicarium strains, to further confirm their possible use as potential new BCAs against S. vesicarium. In conclusion, the present study demonstrated that the yeast cultivable fraction from pear cv. Abate Fétel carposphere is a pivotal reservoir of biocontrol agent candidates against S. vesicarium. Further assays will be performed in vivo experiments to assess the potential of the yeast BCA of candidates established in this study, and to unravel the mechanisms underpinning the yeast antagonistic activity against S. vesicarium.
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