BIOLOGIA APPLICATA E BIOTECNOLOGIE AGRARIE

3 La malattia e i danni

Come per l’uomo e gli animali, anche per le piante la malattia è una modificazione della struttura e delle funzioni dell’organismo che procura loro un danno.

Le condizioni necessarie

L’interazione tra patogeno e pianta evolve a malattia in determinate condizioni ambientali e attraverso fasi successive. È necessario infatti che coesistano tre condizioni che, geometricamente, possono essere raffigurate con un triangolo equilatero detto triangolo della malattia.
1. presenza di una pianta ospite o parte di essa suscettibile all’attacco del patogeno (O);
2. presenza di condizioni pedoclimatiche favorevoli all’attacco del patogeno (A);
3. presenza di un patogeno virulento (P).
Se a queste tre condizioni viene aggiunto il fattore tempo (T) si parla di piramide della malattia, in quanto l’entità del danno è correlata alla lunghezza del tempo (altezza della piramide) in cui le altre tre hanno la possibilità di interagire contemporaneamente.




Il triangolo della malattia è utile per visualizzare i rapporti fra i tre principali fattori che interagiscono nel processo patologico: ponendo ciascuno di essi su un lato, che ne diviene la misura in percentuale, al 100% contestuale di ognuno si avrà il massimo di malattia: (a = l’intera area del triangolo); al diminuire di uno o dell’altro dei diversi fattori (b = la suscettibilità dell’ospite); (c = l’ambiente favorevole allo sviluppo della malattia); (d = la virulenza del patogeno); gli esiti della fitopatia saranno proporzionalmente meno gravi

La suscettibilità dell’ospite al patogeno è la disponibilità della pianta sia alla infezione che alla diffusione del patogeno. Essa è il contrario della resistenza.
La virulenza del patogeno dipende sia da fattori indotti dalla pratica della monocoltura, che ne favorisce moltiplicazione, conservazione e adattamento sia, soprattutto, da fattori intrinseci quali:
- l’efficienza e la rapidità di riproduzione/diffusione durante il periodo di maggior vegetazione della pianta ospite;
- il ciclo biologico molto raffinato, comprendente modalità di riproduzione che mettano a capo elementi di diffusione dotati di elevata capacità di sopravvivenza nell’ambiente;


(a) Nella ruggine della rosa (Phragmidium subcorticium) si formano organi riproduttivi di due tipi, erompenti dalla pagina inferiore della foglia: quelli di colore aranciato sono gli uredosori, che producono le uredospore destinate a diffondere la malattia, mentre quelli bruni sono i teleutosori, che producono spore (teleutospore) resistenti, in grado di superare l’inverno. (b) Uredospore color aranciato e teleutospore di colore scuro. (c) Le prime rappresentazioni dei micromiceti, rese possibili dall’invenzione del microscopio, erano già sufficientemente precise, così come testimonia questa illustrazione (relativa per l’appunto alle teleutospore su rosa), apparsa nella Micrografia di Hook del 1667.

- l'alternanza di fase aploide/diploide con aumento dell’incidenza di mutazioni nella fase di aploidia, il che significa capacità di generare diversità genetica e ulteriore adattamento 0 superamento di pressioni selettive (es. resistenza agli agrofarmaci).
Perché si sviluppi una malattia, in primo luogo deve stabilirsi un contatto fìsico.
Sappiamo che la pianta è immobile e, se si eccettuano i parassiti animali mobili, gli organismi patogeni di natura vegetale non sono ovviamente in grado di raggiungere autonomamente l’ospite; i mezzi più usuali sono il vento e gli schizzi di pioggia, ma anche gli insetti vettori, gli animali o addirittura l’uomo durante le sue pratiche agronomiche.
Una volta che il patogeno ha raggiunto la superfìcie della pianta, può iniziare la colonizzazione, durante la quale si assiste a un intenso interscambio.
Se le condizioni sono favorevoli, i patogeni esplicano un’interferenza dannosa sulle principali funzioni della pianta: si ha allora la malattia accompagnata dalla manifestazione dei relativi sintomi.


Rappresentazione schematica delle interferenze sulle principali funzioni della pianta, provocate dai tipi più comuni di malattie. In rosso l’azione o l’effetto dei patogeni; sullo sfondo blu le principali attività funzionali della pianta. Così una malattia che colpisce e lede le radici comprometterà l’assorbimento e le attività metaboliche che si realizzano nella rizosfera; un tumore al colletto ostacolerà il flusso di linfa, soluti ed elaborati tra parte epigea ed ipogea della pianta; un cancro distruggerà i tessuti conduttori nelle zone in cui si è insediato e aprirà lesioni; nella fillosfera si possono avere danni a carico delle foglie con conseguente compromissione della fotosintesi clorofilliana e di altre importanti attività funzionali, disseccamenti di germogli e rametti con mancata crescita, danni su fiori e frutti.

L’osservazione dei sintomi, però, non è che il primo passo per l’individuazione della malattia.
I compiti del fìtopatologo pertanto sono:
-  analizzare tutti quei segnali elementari di malattia che possano condurre all’identificazione e descrizione della stessa, ovvero collegare il quadro morboso osservato a uno noto in precedenza: sintomatologia e diagnosi;
-  determinare la causa o l’agente responsabile dell’instaurarsi della malattia: eziologia;
-  studiare gli eventi del processo morboso provocato dall’agente eziologico (o agente causale): patogenesi;
-  stabilire la distribuzione sul territorio, l’andamento stagionale, l’incidenza dei fattori che influenzano lo sviluppo della malattia arrivando così a conoscere il ciclo biologico e le modalità di trasmissione e diffusione delle popolazioni del patogeno: epidemiologia.

Sintomatologia

A differenza della patologia umana e veterinaria in cui l’interesse è incentrato sul singolo individuo, la patologia vegetale si basa su una pluralità di soggetti rappresentati da una coltura. Pertanto l’osservazione non deve essere diretta unicamente su un singolo campione, ma va estesa all’intera coltivazione effettuando un sopralluogo in campo e procedendo secondo i seguenti criteri:
-  rilevamento dei sintomi sulla pianta/campione;
-  distribuzione dei sintomi sulla pianta;
-  localizzazione/diffusione della sintomatologia nell’area coltivata;
-  indagine tesa a ricostruire, nel tempo e nello spazio, l’evoluzione dei sintomi, dove possibile.
Il rilevamento in campagna avviene sia attraverso l’osservazione diretta, a occhio nudo e con lente, sia grazie all’esame macroscopico di sezioni o scalfitture eseguite con coltello. Se capita di individuare più sintomi distinti, per cui si è incerti se attribuirli a diversi agenti eziologici oppure a differenti espressioni di una stessa malattia (associazione di sintomi), conviene di primo acchito assumere a guida i sintomi più ricorrenti e rilevanti.


(a) Nell’escoriosi deha vite sono rilevàbili, quàli sintomi secondari, necrosi allungate su piccioli, nervature e peduncoli di giovani foglie e grappoli, ma il sintomo principale e più grave è rappresentato dalle lesioni corticali alla base dei rami. Il quadro sintomatologico del mal secco degli agrumi può variare anche molto o risultare alquanto generico; (b) tuttavia, esaminando una sezione di ramo disseccato o scorticandolo, si osserverà la tipica alterazione di colore brunoaranciato (c) dei vasi legnosi.

L’analisi della distribuzione dei sintomi sulla pianta è facilitata dal fatto che radice, fusto e foglie sono architettonicamente organizzati secondo condizioni di simmetria (assi, piani, poli). In caso di distribuzione simmetrica, si parla di distribuzione generalizzata: se poi interessa l’intera pianta, allora siamo in presenza di una distribuzione totale, mentre se è limitata ad una parte di essa, la distribuzione si dice parziale. Nel caso invece di distribuzione asimmetrica, si ha una distribuzione settoriale.


Foglia di palma con disseccamento asimmetrico (a) (onesidewilt) da Fusarium oxysporum f. sp. canariensis. (b) Fasi iniziali del disseccamento.



L’esame topografico del luogo consente di farci un’idea dei rapporti intercorrenti tra distribuzione delle piante ammalate e fattori microclimatici, giacitura del terreno, ecc., e di discriminare abbastanza agevolmente le sofferenze dovute a cause abiotiche da quelle causate dagli attacchi parassitari.


Diabrotica virgifera virgifera è un parassita di recente introduzione che danneggia l’apparato radicale del mais provocando allettamenti facilmente visibili in pieno campo (cortesia SFR Piemonte).

L’esame dell’intera coltura serve a fissare l’aspetto tipico delle piante neH’ambiente in cui crescono, rendendo possibile un confronto tra piante sane e ammalate.
Le informazioni sull’evoluzione della malattia sono utili e talvolta decisive. Nel caso in cui due agenti causali differenti, e con diverso esordio di attacco alla coltura, producano un analogo sintomo finale (convergenza sintomatica), solo disponendo dei dati anamnestici (praticamente di tutte le informazioni possibili, passate e recenti, inerenti il manifestarsi e lo sviluppo della malattia) derivati dalla raccolta dei dati, si potrà pervenire alla diagnosi differenziale.


Evoluzione di due sintomi iniziali diversi nelle foglie di barbabietola (in alto carenza di potassio, in basso carenza di zinco): portano entrambi a un identico sintomo finale, che consiste nel disseccamento internervale.

Il fenomeno della convergenza sintomatica è spiegato fondamentalmente dalla relativa semplicità morfofunzionale delle piante e dal carattere di sequenza a cascata che presentano molti sistemi biologici attivati dall’azione del patogeno. Ad esempio, una qualsivoglia causa che provochi alterazioni patologiche alla fotosintesi determina generalmente il sintomo di clorosi (ingiallimento fogliare). Per fare un altro esempio basti pensare al caso del rossore fogliare della vite: l’arrossamento ha come causa prossima la formazione di antociani, innescata dall’accumulo di zuccheri, quindi un qualsiasi agente eziologico che induca un aumento degli zuccheri, oppure ne impediscalo smaltimento o ne ostacoli la conversione in amido, porterà a quell’alterazione cromatica (in effetti il sintomo di rossore può essere dovuto a cause genetiche, a una intensa illuminazione, a una infezione virale, a carenze di potassio, a patogeni fungini o a punture di parassiti.


(a) Arrossamenti su foglie di vite causati dal fitoplasma della flavescenza dorata e (b) arrossamenti su foglie di fucsia, associati ad un attacco di ragnetto rosso

Al contrario, vi sono patogeni che in un primo momento provocano quadri sintomatologici simili e poi nel corso dell’evoluzione della malattia si differenziano: ad esempio, il giallume virotico del pesco inizialmente non differisce da ingiallimenti imputabili a cause varie (in particolari nutrizionali), ma nel tempo si manifesta con allungamento generale anomalo verso l’alto, germogli deboli, gemme terminali che tendono a perdere la dormienza producendo brindilli che conferiscono al ramo l’aspetto dello scopazzo. In questo caso si possono incontrare situazioni di divergenza sintomatica che si verificano quando il sintomo non rappresenta l’effetto diretto dell’agente di malattia sull’ospite, ma è piuttosto l’espressione dell’interazione tra agente, tipo di ospite e ambiente.
Ecco perché uno stesso patogeno può indurre in ospiti diversi sintomi differenti: ad esempio, l’agente della malattia di Pierce provoca sulla vite un mosaico fogliare con accorciamento degli internodi, mentre sull’erba medica si manifesta con nanismo.
Un ultimo cenno va fatto in merito alle variazioni sintomatiche. Può accadere che uno stesso agente eziologico induca sintomi diversi in ragione della fase di sviluppo della pianta; ad esempio, la peronospora della vite si manifesta in primavera con le tipiche macchie tondeggianti sulle foglie, mentre l’infezione autunnale si rende evidente con piccole alterazioni spigolose che conferiscono alla foglia un aspetto a mosaico: la ragione della differenza dell’esito sintomatico è data dalla diversa struttura anatomica della foglia, che in primavera ha nervature sottili facilmente superabili dalle ife del patogeno, mentre in autunno presenta nervature irrobustite dalla lignina che costituiscono una vera e propria barriera insuperabile per il fungo.
Approfondimenti
Termini ricorrenti in sintomatologia fitopatologica
Fillosfera (foglie, gemme, fiori). Le foglie sono usualmente l’organo di maggior interesse diagnostico. Esse possono essere alterate sia nel colore sia nella forma sia nella dimensione. La perdita del colore verde viene chiamata clorosi, gli arrossamenti rossore; se invece il colore tende decisamente verso il giallo, si parla di giallume. Se la decolorazione è alternata ad aree verdi, si ha il mosaico perché la distribuzione ricorda appunto quella dei mosaici, mentre si impiegano i termini striatura e variegatura per indicare, rispettivamente, decolorazioni a strisce longitudinali e parallele alle nervature e chiazze schiarite a distribuzione irregolare.

Nella clorosi (qui su limone) tipicamente la lamina impallidisce, mentre le nervature rimangono verdi.



Mosaico su smirnio o falso sedano (Smyrnium olusatrum) da CMV (Cucumber mosaic virus).

Necrosi è il termine che indica la morte delle cellule, il cui sintomo è un imbrunimento o un seccume: in rapporto alla dimensione e alla forma della necrosi, si possono avere necrosi puntiformi, picchiettature, macchie necrotiche, ticchiolature ecc., mentre quando alla necrosi di forma tondeggiante segue il distacco e la perdita del tessuto, si usa parlare di impallinatura. Il ripiegamento verso il basso è indicato come epinastia; si possono avere anche accartocciamento e arrotolamento dei margini fogliari, laciniatura, che consiste in una accentuazione dei lobi e dei seni, bollosità, enazioni (dette anche omeoplasie crestiformi), ossia proliferazioni tissutali a forma di creste (per omeoplasia si intende una iperplasia, cioè crescita abnorme di cellule identiche a quelle del tessuto di origine). Le proliferazioni a sviluppo e forma definiti sono chiamate galle o cecidi, mentre se hanno crescita e forma indefinite sono dette tumori (le galle si possono avere anche sulle radici, i tumori possono comparire su tutti gli organi della pianta).

Ticchiolatura della rosa (Dyplocarpon rosae).


Impallinatura da corineo (Coryneum beijerinckii) su ciliegio.


Epinastia di natura virale su pianta di senape.


Arrotolamenti del lembo, o anche dell’intera foglia, sono spesso prodotti da insetti (nell’immagine quello della psilla dell’alloro, Lauritrioza alacris).


Galle piriformi indotte dall’azione delle larve del dittero cecidomide (Mikiola fagi, Cecidomia del faggio). La larva alloggia all’interno della galla.


I caratteristici sintomi: bollosità e colorazione della bolla del pesco: (a) su frutticini di pesco, (b) su foglie apicali di mandorlo (Taphrina deformans).


(a) Pseudomonas savastanoi è un batterio che provoca caratteristiche escrescenze tumorali, tipicamente su olivo e oleacee (come l’oleandro in foto); la malattia è conosciuta con il nome di “rogna dell’olivo”. (b) Ustilago maidis, agente del carbone del mais (malattia attualmente sporadica), produce vistose formazioni tumorali all’interno delle quali si formano ammassi di speciali spore molto resistenti, chiamate clamidospore.
Per quanto riguarda le alterazioni a carico delle gemme, se si manifestano come eccessiva produzione delle gemme stesse si parla di blastomania; se la produzione eccessiva è accompagnata dal raccorciamento degli internodi si hanno i caratteristici scopazzi, mentre se tale fenomeno di accorciamento interessa le foglie si ha la rosetta. Sul fiore si possono osservare rotture di colore, dette screziature, e viraggio verso il verde dei petali, detto virescenza; infine, con il termine fillomania si intende la trasformazione di parti fiorali in formazioni fogliari. Su fiori e frutti si possono poi avere marciumi.


Scopazzi dovuti a fitoplasmosi su melo: (a) fase vegetativa primaverile-estiva; (b) tipico aspetto nei mesi invernali.

Sfera delle strutture del legno (tronco e rami). Nel legno si possono avere cancri e carie; mentre con il nome di fasciazione si intende un appiattimento di un ramo che ricorda due rami legati assieme da una fasciatura.


I funghi agenti di carie del legno producono tipiche fruttificazioni a mensola sul tronco degli alberi


Nei cancri (in questo caso sviluppatisi su taglio da potatura), la pianta reagisce normalmente producendo tessuto cicatriziale, in quantità anche abnorme, nel tentativo di richiudere la lesione alimentata dall’espansione del patogeno.

Rizosfera (radici). Sintomi frequenti sulle radici sono marciumi e tumori; l’emissione abnorme di radici viene chiamata rizomania.
La pianta nel suo complesso. Vi sono infine quadri sintomatologici che interessano l’intera pianta. La perdita di turgore è detta appassimento se reversibile, altrimenti avvizzimento; quando la crescita della pianta (o anche di suoi organi) è anomala per difetto o per eccesso, si parla, rispettivamente, di nanismo (o anche di rachitismo) e di gigantismo.

Metodica diagnostica

Lo scopo generale della diagnosi è quello di arrivare a una descrizione quanto più precisa e completa della malattia; essa perciò si fonda sull’analisi di tutti quegli elementi che caratterizzano lo stato di malattia, i più accessibili dei quali sono rappresentati dai sintomi. La metodica diagnostica prevede pertanto una serie di indagini che completano la discussione sui sintomi o diagnosi sintomatica.
Preliminarmente occorre valutare se i segni osservati siano effettivamente espressione di uno stato patologico. Una colorazione o una modificazione della forma che sono manifestazioni di malattia in una specie botanica possono non esserlo in altre; viceversa, alterazioni lievi o iniziali possono passare inosservate. In generale è sempre preferibile confrontare la pianta sotto giudizio con esemplari sani che si trovino nella stessa fase fenologica e nelle stesse condizioni di coltivazione. Il confronto implica tendenzialmente il sopralluogo in campo alla ricerca di altri indizi o conferme. La diagnosi si propone in ogni caso di giungere all’accertamento del/ degli agente/i eziologico/i attraverso opportune indagini, generalmente eseguite sui tessuti della pianta, che prendono il nome di diagnosi biologica.
La ricerca e l’identificazione di parassiti responsabili di malattie si avvalgono di tecniche di laboratorio e prove sperimentali. Poiché la maggior parte dei parassiti (di natura vegetale) è scarsamente o per nulla visibile ad occhio nudo, lo strumento base di diagnosi è il microscopio. L’esame non di rado può essere condotto a fresco, semplicemente preparando un vetrino e prelevando materiale dalle zone infette: si potranno così osservare, ad esempio, ife e spore (queste ultime di particolare valore diagnostico) e, in sezioni tissutali, altri tipi ancora di formazioni. Se si tratta di micopatia, ma in assenza di fruttificazioni del patogeno, queste possono essere indotte mediante la semplice tecnica della camera umida oppure isolando e coltivando il fungo su idoneo substrato artificiale.


Da un frammento di tessuto infetto (al centro), prelevato con opportune tecniche e trasferito su terreno di coltura, si è sviluppato il fungo patogeno la cui identificazione è poi effettuata al microscopio (a volte la forma e il colore del micelio in piastra sono già sufficientemente orientativi).

Nell’evento patologico vi sono aspetti biologici e fisiologici da considerare: ad esempio nell’addolcimento dei tuberi di patata, che si verifica quando la temperatura rimane per lunghi periodi compresa tra 0° e 5 °C, lo stimolo biologico è dato dal freddo che ostacola i processi respiratori delle cellule, mentre quello fisiologico consiste nella diminuita utilizzazione dei carboidrati in quanto a quelle temperature l'amido viene trasformato in zuccheri semplici più rapidamente di quanto questo venga metabolizzato nei processi ossidativi della respirazione cellulare. L’analisi delle alterazioni funzionali costituisce la diagnosi funzionale.
Nei fìtopatogeni, che comprendono tipi a patogeneticità diversa per cause genetiche, si può ricorrere a prove di infezione sperimentale.
L’impiego di piante indicatrici ha rappresentato una metodica diagnostica molto importante nel recente passato: essa sfruttava l’attitudine di determinate piante a rispondere con sintomi ben caratterizzati a infezioni di definiti microrganismi, e indubbiamente presentava il vantaggio di essere economica e semplice. Attualmente trova ancora un certo impiego nella diagnostica dei virus e si presta inoltre al rilevamento di inquinamenti atmosferici.
I principi fin qui descritti si riferiscono alla diagnostica tradizionale. Attualmente l’introduzione e il perfezionamento delle nuove tecniche di diagnosi su base sierologica e molecolare hanno consentito di andare oltre al collegamento tra causa ed effetto per arrivare al rilevamento e identificazione (detection) di ceppi o varianti dell’agente di malattia.
La diagnosi sierologica sfrutta invece la capacità di certe macromolecole, presenti sui patogeni, di indurre la formazione negli organismi degli animali di contromolecole specifiche, cioè gli anticorpi, che hanno la caratteristica di legarsi e bloccare le prime. Tale reazione può avvenire anche in vitro. Poiché le piante non hanno un sistema immunitario e dunque non sono in grado di produrre anticorpi, l’antisiero è ricavato da cavie di laboratorio previamente inoculate con il patogeno. L’importanza della diagnosi sierologia risiede perciò nel suo alto grado di specificità.
Una tecnica sierologica molto diffusa è il metodo ELISA, di cui si parlerà nel capitolo 6, dedicato ai virus. Parallelamente, grazie all’analisi genomica (DNA) sui patogeni, si è sviluppata una nuova disciplina, l' epidemiologia molecolare, che ne studia l’evoluzione sotto il profilo genetico in rapporto all’ospite, all’ambiente e, nel caso di un virus, anche all’eventuale vettore.

Patogenesi

Nel decorso delle malattie sostenute da patogeni si possono distinguere momenti successivi. In una prima fase la malattia si sviluppa in modo asintomatico; tuttavia è proprio durante questo periodo che si realizzano il contatto e l’interazione tra il patogeno e l’ospite, e si determina il risultato dell’infezione. Quando questa si realizza, segue il periodo sintomatico con la comparsa dei segni esterni visibili.
È possibile suddividere il processo patogenetico nelle seguenti 5 fasi:
1.  contatto e colonizzazione;
2.  penetrazione del patogeno;
3.  incubazione;
4.  insorgenza dei sintomi;
5.  riproduzione ed evasione del patogeno.
Lo studio delle modalità di sopravvivenza, perpetuazione e diffusione del patogeno fa parte dell’epidemiologia.

Le regole di Koch
Il reperimento di microrganismi non prova di per sé stesso la relazione tra malattia e microrganismo trovato: per correlare i due dati valgono sempre le regole di Koch (ovviamente i dettami teorici non hanno ragione di essere applicati quando il quadro patologico indagato sia ben noto in letteratura).
Le 5 regole sequenziali sono le seguenti:
1. costante associazione tra data malattia e dato microrganismo;
2. isolamento dello stesso microrganismo in tutti quei soggetti che presentano gli stessi sintomi di malattia;
3. riproduzione degli stessi sintomi inoculando artificialmente in soggetti sani il microrganismo moltiplicato in coltura pura;
4. reperimento e reisolamento del microrganismo in questione sui soggetti inoculati e risultanti ammalati;
5. identità accertata tra microrganismi provenienti dai soggetti inoculati e quelli isolati su soggetti iniziali.

Contatto e colonizzazione
La presenza di organismi patogeni sulla pianta non porta necessariamente a malattia: perché questa si sviluppi occorre in generale la presenza di un certo numero di elementi riproduttivi del patogeno che costituiscono la dose di inoculo, definita come quantità critica in grado di superare le difese della pianta. Bisogna inoltre considerare che le diverse specie di microrganismi presenti sulla superfìcie della pianta entrano tra di loro in rapporti ed equilibri complessi, risentendo dei fattori ambientali e dei parametri fisicochimici che spesso hanno un ruolo decisivo, per cui l’evento infezione è il risultato di una equazione a più variabili.
Avvenuto il contatto, la tappa successiva consiste nella colonizzazione del patogeno. Se questo è un fungo, i suoi elementi infettivi di propagazione (spore, conidi) passano dapprima a vita attiva con la germinazione. Essa è condizionata da numerosi fattori che possono variare in relazione alle caratteristiche biologiche del patogeno, quali la temperatura, la disponibilità di acqua, l’intensità luminosa, il pH, la quantità di ossigeno e anidride carbonica.

Penetrazione
Le modalità di penetrazione differiscono sensibilmente in rapporto alle sfere della pianta.


(a) Modalità di penetrazione di un fungo del gen. Venturia: la spora germina emettendo il tubetto germinativo cui segue la formazione dell’appressorio e infi ne una apposita ifa in grado di perforare e penetrare all’interno dell’epidermide. (b) Schematizzazione dell’avvio dell’infezione da parte di un fungo oomicete del gen. Plasmopara: dalla zoospora incistata si diparte un’ifa che entra attraverso le rime stomatiche e si sviluppa nel tessuto spugnoso all’interno della foglia per poi prendere intimo contatto con le a b cellule vive dell’ospite

La fìllosfera presenta superfìci con soluzioni di continuità date da aperture anatomiche naturali come stomi, lenticelle, idatodi, peli o tricomi su foglie e fusti; stigma e nettarli sul fiore e da altre provocate da traumi.


Nello schema sono sintetizzate le vie di penetrazione dei patogeni: (a) tramite lesioni della superficie protettiva delle piante (virus, batteri, funghi); (b) attraverso le aperture naturali (funghi come ruggini, batteri); (c) per mezzo di un’azione diretta e attiva dell’agente infettivo (oidi, alcune peronospore, botrite).

I batteri non sono capaci di superare la barriera cunicolare: pertanto penetrano attraverso le aperture naturali oppure attraverso eventuali lesioni e ferite e, successivamente, iniziano a stabilizzarsi e a moltiplicarsi negli spazi intercellulari dando in tal modo avvio all’infezione. Diverse specie di funghi fìtopatogeni hanno enzimi oppure sviluppano strutture idonee a penetrare attivamente la cuticola.


Germinazione della spora fungina e successiva penetrazione dello strato cuticolare e della parete dell’ospite, sf: spora fungina; c: cuticola; pc: parete cellulare; ap: appressorio fungino; nf: nucleo del fungo; no: nucleo della cellula; sp: stiletto di penetrazione; v: vacuolo cellulare; cc: collare di callosio; pfr: setto perforato; me: matrice extrasensoriale del fungo; ma: parete e membrana; mpo: membrana piasmatica cellula ospite.
Le fasi 1, 2, 3, rappresentano la germinazione della spora fungina che tramite un tubetto germinativo forma un appressorio e inizia a sviluppare uno stiletto (ifa speciale di penetrazione) che, grazie ad una forte pressione interna perfora la cuticola e la parete cellulare della pianta ospite. Nelle fasi 4 e 5, lo stiletto prende intimo contatto con la cellula ospite. Nella fase 6 prende forma l’austorio che è l’organo adatto a sottrarre sostanze nutritive alla cellula parassitizzate.
Il collo dell’austorio presenta un setto perforato mentre nel punto di penetrazione il fungo deposita un collare di callosio (sostanza adesivante e impermeabilizzante). Esternamente aU’austorio si sviluppa una matrice extrasensoriale, una zona amorfa ricca di sostanze nutritive che confina con la membrana piasmatica della cellula ospite.

La penetrazione stomatica dei funghi avviene tramite un’ifa che si allunga verso la camera ipostomatica sottostante, talvolta forzando le rime stomatiche. Molto più rara è la penetrazione di questi patogeni attraverso gli idatodi (o stomi acquiferi), organi posti ai margini o all’apice delle foglie e comunicanti con le nervature, capaci di riversare direttamente acqua in forma liquida all’esterno. Gli idatodi, grazie alle loro piccole dimensioni, costituiscono una via più usuale di penetrazione da parte dei batteri fìtopatogeni.


Idatode in sezione trasversale. I batteri, presenti inizialmente sulle goccioline d’acqua all’esterno dell’idatode, vengono risucchiati aH’interno con quest’acqua quando la pianta riprende a traspirare; dopo aver invaso la camera ipostomatica, essi si diffondono negli spazi intercellulari fino a raggiungere le tracheidi.

Attraverso le lenticelle presenti sulla superfìcie dei frutti, possono penetrare funghi agenti di marciumi mentre i peli ghiandolari possono essere via di accesso a certi batteri poiché la secrezione avviene previa rottura del rivestimento cutinico mettendo in comunicazione diretta gli spazi intercellulari con l’ambiente esterno.
Il flore è un organo complesso che possiede i nettarii e lo stilo con lo stigma, comunicanti con l’esterno. L’alto tenore zuccherino dei nettarii rappresenta un ambiente sfavorevole allo sviluppo di batteri; tuttavia, in occasione di piogge, la concentrazione può diminuire al punto di offrire una via di ingresso a tali microrganismi (es. Erwinia amylovora, agente del cosiddetto colpo di fuoco batterico).
Attraverso lo stilo possono penetrare sia batteri sia funghi, questi ultimi rappresentati, ad esempio, da agenti di carboni volanti (nei cereali) o da agenti di marciumi del genere Monilia (nelle piante da frutto).


Disegno schematico di un flore ermafrodita e sue parti. Il gineceo, che è la parte femminile del flore, è composto dall’ovario in cui sono contenuti gli ovuli: esso comunica con l’esterno per mezzo di un prolungamento, chiamato stilo, sulla cui sommità è presente lo stigma, dove si deposita il polline per la fecondazione. L’insieme di ovario, stilo e stigma costituisce il pistillo. I nettarii sono organelli ghiandolari, disposti tipicamente attorno al gineceo, che secernono sostanze zuccherine attrattive per gli insetti impollinatori.

Le ferite rappresentano una via di penetrazione di molti patogeni batterici e fungini; tra questi ultimi, alcuni sono specializzati nell’infettare le piante sfruttando tale modalità di penetrazione (patogeni da ferita), come Botrytis cinerea, o muffa grigia, agente di marciumi la cui aggressione sui grappoli d’uva è favorita dalle spaccature degli acini.
La penetrazione attraverso gli organi legnosi si verifica in presenza di ferite, tagli di potatura, oppure per azione di insetti o altri animali che provocano lesioni al periderma e scavano gallerie (ad esempio la grafìosi dell’olmo, che viene diffusa da insetti del gruppo degli scolitidi).
Le radici primarie delle piante non possiedono rivestimenti protettivi di cutina avendo il compito di assorbire acqua e sali disciolti: perciò le barriere istologiche sono posizionate più all’interno e sono assicurate da un anello di tessuto, l’endodermide, che separa il cilindro centrale dalla zona corticale.
Di conseguenza quest’ultima zona è colonizzabile con facilità da parte di organismi simbionti e parassiti di vario tipo.
Al contrario, le radici secondarie sono protette da uno strato suberoso; tuttavia, nei punti di inserzione delle radici primarie, si possono aprire varchi temporanei in cui si insediano i patogeni.
Le modalità di penetrazione attraverso le superfìci integre sono analoghe a quelle illustrate in precedenza: ad esempio, l’agente della carie del grano, Tilletia tritici, forma un’appendice che penetra per pressione meccanica nel coleoptile dei germinelli di frumento.
Infine, l’introduzione del patogeno all’interno della pianta può essere realizzata da vettori, sia incidentalmente, per trasporto passivo di propaguli o altro materiale infettante da una pianta ammalata a una sana, sia per trasmissione attiva tramite il prelievo dell’agente di malattia dalla pianta infetta e la successiva inoculazione in una sana (ad esempio molti virus e fìtoplasmi).

Incubazione, manifestazione dei sintomi, evasione del patogeno
L’incubazione è il periodo che si interpone tra la penetrazione del patogeno e la manifestazione della malattia; in questa fase esso si insedia stabilmente e si diffonde all’interno dell’ospite. La diffusione può essere attiva, nel qual caso la progressione è lenta (pochi millimetri al giorno), oppure passiva, quando il patogeno si trasferisce nelle diverse parti tramite, ad esempio, la corrente linfatica (e allora la diffusione si realizzerà velocemente). Se la diffusione del patogeno rimane circoscritta all’area iniziale di penetrazione, si parla di infezione localizzata, viceversa si ha infezione sistemica.
La durata dell’incubazione è influenzata da diversi fattori, i più importanti dei quali sono umidità e temperatura.
All’incubazione segue la fase sintomatica della malattia, frequentemente accompagnata, almeno nelle infezioni della fillosfera, dall’evasione del patogeno resa evidente da efflorescenze muffose (ad esempio peronospore).
L’evasione, nel caso dei funghi, è caratterizzata dalla formazione degli organi di riproduzione, quali pieni di, cleistoteci, apoteci; a malattia avanzata, nei funghi lignivori compaiono i carpofori.


In questo salice, ormai a fine esistenza e colonizzato da agenti di carie, sono molto evidenti i carpofori del patogeno, un fungo basidiomicete del genere Ganoderma

L’evasione rappresenta l’ultima fase del processo patogenetico propriamente detto e corrisponde alla necessità del patogeno di trasferirsi su altri ospiti mediante elementi di propagazione (es. spore) che si diffondono nell’ambiente esterno. In condizioni ambientali avverse, i patogeni sopravvivono grazie a speciali strutture di resistenza.

Epidemiologia

L’epidemiologia è lo studio delle modalità e dei fattori che influiscono sulla diffusione e sulla trasmissione della malattia, oltre che sulla sopravvivenza, perpetuazione e moltiplicazione del patogeno.
Quando l’agente infettivo è presente in forma sporadica all’interno di una popolazione e non causa danni rilevanti, si dice che la malattia ha un andamento endemico e si parla di endemia, mentre se essa manifesta un carattere di affezione generalizzata, in una data area e per un dato periodo di tempo, tale da causare distruzione di massa fino a minacciare la sopravvivenza della popolazione colpita, si ha l’epidemia. Si parla di pandemia quando l’epidemia si verifica su scala continentale.
Nell’epidemia si osservano una fase ascendente, un’acme e una fase discendente, che possono essere rappresentate con una curva avente in ascissa il tempo e in ordinata il numero di individui colpiti: quando le fasi ascendente e discendente sono molto rapide, con acme alta, si dice che l’epidemia ha un andamento esplosivo, mentre quando le fasi di accesa e di discesa sono lente e l’acme è scarsamente pronunciata, o praticamente assente, si ha un andamento lento.
Le epidemie possono manifestarsi anche in forma monociclica e policiclica.
Nel primo caso si ha un unico ciclo infettivo nel corso della stagione. Gli agenti eziologici implicati appartengono generalmente alla categoria dei patogeni tellurici (presenti, cioè, nel terreno; es. i generi: Phythium, Phytophthora, Rhizoctonia, Fusarium, Verticillium, ecc.) oppure a quella dei patogeni agenti di carie e carboni (generi: Tilletia, Ustilago).
Nel secondo caso si ha il primo ciclo infettivo, detto infezione primaria, che prende avvio dagli organi svernanti del patogeno; successivamente, al termine del periodo di incubazione, il patogeno, sviluppatosi sulle piante colpite, produce organi di riproduzione agamica originando una fase di evasione con inizio di ulteriori cicli di infezione secondaria (sono patogeni policiclici funghi titpicamente agenti di malattie fogliari, come oidii, ruggini, peronospore e altri ancora appartenenti ai generi Aiternaria, Septoria, Ventilila, ecc.).
È opportuno considerare, tuttavia, che la modalità di infezione primaria non si verifica necessariamente una sola volta nell’arco della stagione, poiché gli elementi svernanti del patogeno possono germinare scalarmente e sostenere ulteriori episodi infettivi dove si riproducessero le condizioni ambientali adatte.
Negli ecosistemi naturali le malattie hanno generalmente un andamento endemico e raramente si osserva uno sviluppo epidemico, perché le continue interazioni che si stabiliscono tra le diverse specie portano a un equilibrio evolutivo.
Diversamente, negli ambienti modificati (come un agrosistema), esistono i presupposti per il realizzarsi dell’epidemia.
Infatti le condizioni per le quali da un focolaio iniziale possa scoppiare una epidemia sono:
-  presenza di piante con elevata suscettibilità al patogeno (cultivar scelte perché ottime sotto il profilo della resa possono rivelarsi scarsamente resistenti verso certe malattie);
-  addensamento della stessa specie e varietà di pianta (monocoltura);
-  presenza di ospiti secondari se il patogeno ha un ciclo eteroico obbligato come in certe ruggini;
-  elevata virulenza del patogeno;
-  condizioni ambientali favorevoli allo sviluppo del patogeno.
La virulenza del patogeno si esprime come:
- aggressività, quando il patogeno esce dai confini endemici e viene a contatto con ospiti suscettibili (sono storici i casi della peronospora e dell’oidio sulla vite europea); oppure quando l’ospite, spostato dall’ambiente originario per essere coltivato in altre aree, perde i caratteri iniziali di resistenza nel tempo e dunque, quando viene nuovamente a contatto col patogeno dei luoghi di origine, soccombe rapidamente (caso storico della peronospora della patata, sempre in Europa);
- potere di moltiplicazione, dipendente da fertilità e frequenza di generazioni del patogeno, oltre che dalla sua carica di inoculo;
- capacità di diffusione, dipendente dalle caratteristiche morfologiche degli elementi infettanti e dal tipo di veicolamento (propaguli leggeri e facilmente trasportati dal vento e schizzi di pioggia conferiscono al patogeno elevata potenzialità di diffusione), ma anche da una germinabilità e da un potere infettante che si conservino sufficientemente a lungo.
Un altro aspetto importante da considerare è la conservazione del materiale di inoculo, anche perché nella generalità dei casi la perpetuazione di una malattia infettiva non è affidata a un ininterrotto ciclo di patogenecità, ossia un continuo passaggio del patogeno da individui infetti a individui sani, in quanto il patogeno deve affrontare periodi di sospensione della sua attività per mancanza dell’ospite in vegetazione o per avverse condizioni ambientali.
Nel caso di molte virosi, agenti infettivi che hanno scarsa o nulla capacità di sopravvivenza al di fuori dell’ospite (o del vettore), una delle principali sorgenti di inoculo è rappresentata da un ospite tollerante, cioè che funga da portatore sano. Per molte crittogame la sorgente di inoculo è fornita da parti morte dell’ospite infettato, rimaste in sito o staccatesi (foglie, frutti); altri patogeni si conservano su sostanza organica (anche derivata dalla pianta ospite) e nel terreno.
Il materiale di inoculo può essere diffuso con modalità diretta o indiretta. Nel primo caso la trasmissione avviene tipicamente per seme, ossia da pianta madre infetta alla sua progenie, oppure più in generale con il materiale di propagazione (tuberi, talee, marze, ecc.); nel secondo caso il trasporto dei propaguli è veicolato da vari mezzi, quali il vento (es. oidii, ruggini), l’acqua in forma di schizzi di pioggia (es. peronospora della vite, cercosporiosi della bietola), il liquido circolante nel terreno (patogeni tellurici, come Fusarium sp.), i vettori animali (insetti innanzitutto, ma anche uccelli e altri animali).
La trasmissione operata dall’uomo con gli attrezzi di lavoro, le operazioni colturali e i commerci viene detta antropocoria.

BIOLOGIA APPLICATA E BIOTECNOLOGIE AGRARIE
BIOLOGIA APPLICATA E BIOTECNOLOGIE AGRARIE
GENETICA, TRASFORMAZIONI, AGROAMBIENTE