Identification of the spread of geminiviruses in the Mediterranean area through seed transmission

Project leaders

Giuseppe Parrella, Eui-joon Kil

Agreement

COREA DEL SUD - NRF - National Research Foundation of Korea

Call

CNR/NRF biennio 2018-2019 2018-2019

Department

Biology, agriculture and food sciences

Thematic area

Biology, agriculture and food sciences

Status of the project

New

Research proposal

Stato dell'arte
Per lungo tempo si è ritenuto che i geminivirus non fossero trasmissibili per seme e che la loro diffusione potesse avvenire in natura esclusivamente mediante l'attività trofica del proprio specifico insetto vettore, la Bemisia tabaci. A smentire questa diffusa convinzione di molti esperti fitovirologi, due recenti articoli scientifici hanno dimostrato che due specie diverse di geminivirus possono essere trasmesse attraverso seme infetto alla generazione successiva (Kil et al., 2016; Kim et al., 2015). Nel Bacino Mediterraneo sono presenti già da tempo alcuni geminivirus (e.g. TYLCV e TYLCSV) e recentemente un'altra temibile specie, il Tomato leaf curl New Delhi virus (ToLCNDV), si è diffusa in paesi come Spagna e Italia, causando serie epifizie specie in coltivazioni di zucchino. ToLCNDV è un geminivirus il cui genoma è composto da due molecole distinte di DNA, denominate DNA-A e DNA-B, trasmesso con modalità persistente-circolativa da Bemisia tabaci e capace di infettare numerose specie delle famiglie Solanaceae e Cucurbitaceae, tra cui, pomodoro, patata, peperone, melanzana, zucchino, cetriolo, zucca, melone ed anguria. I sintomi indotti sono accartocciamenti fogliari, forti increspature, ingiallimenti consistenti e mosaici evidenti. ToLCNDV è originario dell'India settentrionale ed è presente anche in altri paesi asiatici dove spesso è responsabile di ingenti danni alle produzioni di pomodoro in campo dal 1995, anno della prima segnalazione e descrizione su tale coltura (Fortes et al, 2016;. Zaidi et al, 2016). Nel 2012 però ToLCNDV è stato segnalato per la prima volta nel Bacino Mediterraneo, in particolare in Spagna su zucchino (Juárez et al., 2014). In seguito, il virus è stato segnalato in Italia, Tunisia e riconfermato in Spagna (Mnari-Hattab et al, 2015; Panno et al, 2016). Ad oggi non è chiaro come il ToLCNDV possa essere giunto nel bacino del Mediterraneo dal continente asiatico e gli studi sulla trasmissibilità del virus tramite seme potrebbero fornire le risposte all'introduzione e successiva diffusione del virus in areali diversi da quelli originari. Il gruppo di ricercatori coreani con i quali si intende realizzare il presente progetto di ricerca, ha dimostrato per la prima volta la trasmissione attraverso seme infetto in due specie distinte di geminivirus, il TYLCV e il SPLCV, rispettivamente in pomodoro e patata dolce (Kim et al., 2015; Kil et al., 2016). Recentemente, anche per un'altra specie di geminivirus, il MYMV, è stata dimostrata la trasmissibilità per seme nel fagiolo indiano nero (Kothandaraman et al., 2016). Analisi preliminari da noi condotte hanno identificato ToLCNDV nei semi di zucchino, e nei rispettivi semenzali, ottenuti da piante infette, rinvenute in campo durante le epifizie registrate nel 2016 in Campania. E' emersa quindi la necessità di approfondire gli studi sulla trasmissibilità di ToLCNDV per seme, la cui conferma potrebbe spiegare l'introduzione e la successiva diffusione del virus nei paesi del Mediterraneo, oltre che fornire un'importante conoscenza per lo sviluppo di una efficace strategia di contenimento della malattia.

Importanza della proposta
I virus che infettano le piante, a differenza di altri patogeni (funghi e batteri) causano malattie non in grado di essere controllate con prodotti chimici applicati alle piante. Per questo motivo è fondamentale usare misure preventive per la diffusione delle malattie virali. Si prevede che l'incidenza delle malattie virali ed i conseguenti danni arrecati alle colture, siano destinati ad aumentare nel futuro a causa della loro sempre più ampia e capillare diffusione a livello mondiale, in considerazione dei cambiamenti climatici e della globalizzazione dei mercati. Sebbene l'adozione di misure di quarantena possono risultare efficaci per scongiurare l'ingresso dei virus in determinate aree geografiche, ogni anno sono segnalati nuovi casi di introduzione accidentale in determinati territori proprio per la mancata adozione di misure di quarantena, ciò per mancanza di investimenti finanziari "ad hoc", di personale tecnico specializzato e di strumenti diagnostici rapidi e specifici per determinati virus. Nel caso dei geminivirus è stata recentemente dimostrata la trasmissibilità per seme almeno per tre differenti interazioni geminivirus-pianta. Per questo motivo, al fine di ridurre al minimo il rischio di introduzione e di diffusione di nuovi geminivirus in areali diversi da quelli di origine e considerando il grande impatto economico che essi possono avere sulle produzioni, è indispensabile verificare la trasmissibilità per seme di tali virus allo scopo di sviluppare protocolli diagnostici specifici per la identificazione dei virus nei semi ed impiegarli adeguatamente nei programmi di quarantena.

Gruppi di ricerca coinvolti nel progetto
Il presente progetto di ricerca verrà svolto congiuntamente tra un team coreano della Sungkyunkan University (SU) ed un team italiano del CNR, Istituto per la Protezione Sostenibile delle Piante (IPSP). Il gruppo di ricerca della SU ha dimostrato per la prima volta la trasmissione per seme nei geminivirus. Il gruppo di ricerca dell'IPSP, da tempo lavora sulla caratterizzazione dei geminivirus e dei vettori associati presenti in Italia e nei paesi del bacino mediterraneo. Facendo confluire nel progetto le specifiche competenze, perfettamente complementari, dei due gruppi di ricerca, sarà possibile condurre in maniera efficiente la ricerca proposta, volta a determinare il ruolo della trasmissione per seme nella diffusione dei geminivirus nell'area Mediterranea.

Attività prevista:
La ricerca proposta si compone di quattro attività principali, perfettamente condivise dalle due istituzioni coinvolte, che verranno realizzate nel corso dei due anni di progetto, in modo da essere organicamente collegate e dipendenti l'una all'altra (vedasi piano di lavoro).

Research goals

L'obiettivo principale della presente ricerca è la verifica della trasmissibilità per seme di ToLCNDV sia in specie coltivate (zucchino, zucca e pomodoro) sia in specie spontanee infestanti (Datura stramonium, Solanum nigrum, ecc.). In via preliminare, e per confermare che i contenuti della presente proposta fossero scientificamente appropriati, abbiamo condotto uno studio sui semi di zucchino estratti da frutti di piante trovate infette in campo in Italia nel 2016. Tali studi preliminari confermerebbero l'infezione da ToLCNDV a livello embrionale nei semi, essendo stato individuato il DNA A nelle plantule di zucchino a pochi giorni dalla germinazione. Questo rappresenterebbe la prima evidenza biologica della trasmissibilità per seme di un geminivirus nell'area Mediterranea e confermerebbe la valenza scientifica della presente proposta progettuale. Risulta necessario dunque approfondire con esperimenti più complessi e rigorosi (e.g. esperimenti di genomica inversa) quanto messo in evidenza in via preliminare, per dimostrare in maniera definitiva la capacità di diffusione del ToLCNDV attraverso il seme. L'importanza del risultato è assai intuitiva sia dal punto di vista tecnico-pratico che economico, per la necessità di sviluppare: metodi di diagnosi e misure di quarantena appropriate, allo scopo di ridurre i rischi legati all'ingresso di materiale infetto in nuovi areali; varietà resistenti/tolleranti a ToLCNDV; efficaci strategie di contenimento in campo della malattia.

Last update: 15/07/2025