Fusarium species in cereals: ecophysiology on fumonisin production and its impact on food safety

Project leaders

Antonio Moretti, Sofia Noemi Chulze De Gomez

Agreement

ARGENTINA - CONICET - Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas

Call

CNR/CONICET 2015-2016

Department

Biology, agriculture and food sciences

Thematic area

Biology, agriculture and food sciences

Status of the project

New

Research proposal

Le esigenze internazionali in materia di sicurezza alimentare stanno diventando sempre più elevate ed improntate ad un uso di parametri estremamente restrittivi, in quanto mirano alla massima protezione della salute dei consumatori, al fine di assicurare alimenti di qualità e sicuri. Tali restrizioni sono determinate dalla consapevolezza che numerosi fattori igienico-sanitari possono mettere a rischio i prodotti alimentari e, fra questi, il rischio di contaminazione da micotossine, sostanze prodotte dal metabolismo secondario dei funghi microscopici, è molto elevato tanto da rappresentare la maggior causa di rifiuto dei prodotti importati dall'Unione Europea con il 38% di rifiuto sul totale. Sia in Argentina sia in Italia, i cereali, in particolare frumento e mais, rappresentano coltivazioni estremamente importanti sia dal punto di vista economico, sia dal punto di vista della sicurezza alimentare, in quanto nei loro prodotti finali si possono accumulare numerose micotossine, fra le quali, le fumonisine (FBs), prodotte da alcuni funghi fitopatogeni appartenenti al genere Fusarium, sono estremamente pericolose in quanto legate a numerose malattie sia a carico dell'uomo (es., cancro all'esofago) sia degli animali (es., malattie degenerative dell'apparato nervoso sia nei cavalli sia nei maiali). Inoltre, gli studi sull'influenza che i cambi climatici possono avere sulla sicurezza degli alimenti indicano come ci sia un rischio crescente di colonizzazione da parte delle specie micotossigene del genere Fusarium, sia su frumento sia su mais. In particolare, desta grande preoccupazione l'incremento dell'incidenza delle specie produttrici di FBs, appartenenti al complesso di specie Fusarium fujikuroi, in quanto si avvantaggiano dell'aumento di temperatura e della concomitante diminuzione di piogge. Lo sviluppo e la crescita fungini dipendono da variabili sia di tipo biotico, sia abiotico e, fra queste, le più importanti sono l'attività dell'acqua (aw) e la temperatura. L'esatta valutazione dell'influenza che i fattori ambientali possono esercitare sullo sviluppo delle specie di Fusarium e sulla loro capacità di produrre micotossine sono estremamente importanti per predirne e per evitarne la contaminazione dei prodotti finali, sia in campo sia durante la conservazione delle cariossidi. Nell'ultima decade, si sono identificati tutti geni coinvolti nel patheway biosintetico delle FBs, organizzati in un cluster genico definito FUM cluster. Tuttavia, ancora molto deve essere compreso dei meccanismi alla base della regolazione del FUM cluster, nonostante tale argomento sia divenuto centrale per numerosi gruppi di ricerca a livello Internazionale. Le condizioni di stress per lo sviluppo fungino (acidità del terreno, carenza di azoto, stress idrico ed ossidativo, bassa aw) possono attivare la produzione di FBs. L'importanza della produzione di FBs nell'incrementare l'aggressività dei ceppi verso la pianta e/o di competere con altri microrganismi per la colonizzazione dell'ambiente possono essere ragioni per un incremento della produzione di FBs da parte delle specie produttrici, che si traduce in un aumentato accumulo di FBs nelle cariossidi di frumento e mais e rischi maggiori per i consumatori. Il presente progetto, prenderà in considerazione le filiere del frumento e del mais, in quanto sono i prodotti di interesse agro-alimentare maggiormente contaminati da FBs. Frumento duro e mais sono entrambi raccolti di estrema importanza per il consumo umano sia a livello mondiale, sia in Italia e Argentina. Recentemente, il frumento duro è stata segnalato per la contaminazione di FBs in numerose aree del pianeta incluse diversi Paesi del Mediterraneo e l'Argentina, identificando in F. proliferatum, e, in misura minore, F. verticillioides e F. temperatum, i principali agenti responsabili di tali contaminazioni. Pertanto, studiare l'ecofisiologia delle tre specie su menzionate per poter elucidare come i fattori abiotici, quali aw e temperatura, possano influenzare sia l'espressione dei geni chiave per la sintesi delle FBs, sia la stessa produzione di FBs è estremamente importante. D'altro canto, il mais è endemicamente contaminato da FBs in tutte le aree in cui viene coltivato, incluse Italia e Argentina, ma in questo caso, la specie predominante è F. verticillioides e, in minore misura, F. proliferatum e, ancor meno, F. temperatum. E' importante, pertanto, paragonare popolazioni delle tre specie fungine citate, provenienti da ospiti diversi, frumento e mais, e da aree geografiche diverse, Italia ed Argentina, per le loro caratteristiche ecofisiologiche e genetiche, al fine di comprendere se tali differenze possano riflettere un adattamento peculiare di F. proliferatum, F. verticillioides e F. temperatum ad una determinata pianta ospite e/o ad un ambiente geografico specifico. Pertanto, l'obiettivo finale di tale progetto sarà quello di valutare l'effetto esercitato da fattori abiotici quali aw e temperatura, sull'espressione dei geni che controllano la produzione di FBs confrontando ceppi delle tre specie principali, F. proliferatum, F. verticillioides e F. temperatum, isolati da piante ospiti diverse, frumento e mais, e da aree geografiche molto lontane, Italia ed Argentina.

Research goals

L'obiettivo principale del progetto è di ottenere informazioni su:
influenza dei principali fattori abiotici, attività della'acqua (aw) e temperatura, sulla velocità di accrescimento dei principali funghi fitopatogeni del genere Fusarium produttori di fumonisine su frumento e mais, sull'espressione dei geni chiave del cluster biosintetico delle fumonisine (FUM1 e FUM8) e sulla produzione di fumonisine in vitro;
comparazione dell'espressione dei geni chiave FUM1 e FUM8 in tre diverse specie produttrici, F. proliferatum, F. temperatum e F. verticillioides;
meccanismi regolatori l'espressione genica chiave del cluster biosinttico delle fumonisine;
sviluppo di modelli per la predizione dei livelli di contaminazione da fumonisine sia in campo sia in conservazione delle derrate alimentari, in uno scenario caratterizzato da cambi climatici (temperature e pioggie) sempre più intensi nelle aree di coltivazione di frumento e mais.

Last update: 09/06/2025