USO RESPONSABILE DELLE RISORSE NATURALI PER UNA DIFESA SOSTENIBILE DELLE PIANTE. Francesco Pennacchio

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1 US RESPNSABILE DELLE RISRSE NATURALI PER UNA DIFESA SSTENIBILE DELLE PIANTE Francesco Pennacchio Università di Napoli Federico II Dipartimento di Agraria

2 Ricerca: conoscenza e innovazione

3 Piano Strategico per l Innovazione e la Ricerca in Agricoltura Individuazione di organismi utili (artropodi e nematodi, predatori ed entomopatogeni) efficaci contro le avversità delle piante ed individuazione dei meccanismi alla base della loro azione predatrice o parassitaria Individuazione di antagonisti naturali (microrganismi o altri) efficaci contro le avversità delle piante e studio dei meccanismi alla base della loro azione Studio di classi chimiche o principi attivi di base derivati dalla chimica di sintesi e/o da prodotti naturali, ma con profilo tossicologico ed ambientale di tutto rispetto, e loro dinamiche di degradazione e/o persistenza nelle diverse tipologie di coltivazione

4 Insetti Entomofagi e Controllo Biologico

5 I pionieri del controllo biologico e dell IPM Antonio Berlese Filippo Silvestri

6 IPM Piante Resistenti

7 Insetti e associazioni antagonistiche Plants Arthropods Bacteria Virus

8 INSETT-PIANTA

9 masticatori succhiatori

10 Difese dirette e indirette delle piante Complesse reti geniche modulano le risposte di difesa delle piante

11 Microrganismi benefici del suolo e insetti

12 Interazioni multitrofiche delle piante

13 richoderma e altri agenti di controllo biologico hanno molteplici effetti benefici sulle piante direct pathogen killing, ISR/SAR via «priming», growth promotion, increased resistance to abiotic stresses and seed germination, soil detoxification, etc. Tr Ctr Tr Ctr Tr Ctr

14 Le interazioni fra microrganismi benefici e piante possono modulare le interazioni multitrofiche insetto-pianta?

15 Trichoderma harzianum T22 nel pomodoro San Marzano migliora la difesa diretta (afidi, lepidotteri) ed indiretta (parassitoidi) Aphidius ervi < longevità < fertilità pianta più attrattiva Solanum lycopersicum San Marzano nano Macrosiphum euphorbiae Spodoptera littoralis sviluppo rallentato < consumo di cibo < impupamenti PGPF Trichoderma harzianum T22

16 La protezione dagli insetti dannosi dipende dall interazione tra specie/ecotipo vegetale e specie/ceppo di PGPF Aphidius ervi + parassitoide ** predatore Macrosiphum euphorbiae Macrolophus pygmaeus + + Solanum lycopersicum San Marzano nano Battaglia et al, MPMI Trichoderma longibrachiatum MK1 Battaglia et al, MPMI

17 CST Action FA1405 Using three-way interactions between plants, microbes and arthropods to enhance crop protection and production Brussels, March 10, 2015

18 General background Arthropod (insect) pests Microbial pathogens Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions & crop protection

19 General background: Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions Crop- Arthropod Crop- Microbe Crop- Arthropod- Microbe Arthro pod Bio control agent Arthro pod Crop Crop Crop Microbe Microbe Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions & crop protection

20 General background: Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions Bio control agent Arthro pod M Entomopathogen s Endosymbionts Predators Parasitoids Pollinators ther mutualists Herbivores Disease vectors Crop Microbe Endophytes PGPR/ PGPF Mycorrhizae Rhizobia Pathogens Microbes Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions & crop protection Arthropods

21 General background: Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions

22 verall objectives (MoU) 1. Coordinate/develop CAMo research to foster novel crop protection strategies 2. Stimulate research on CAMo interactions/ how to manipulate them 3. Build future base for CAMo R&D by involving ESR, academia-sme 4. Place Europe at forefront of CAMo interaction research and application Evaluate impact of CAMo interactions on crop resistance, yield, quality Assess mechanisms underlying CAMo interactions; technologies Stimulate utilization of CAMo knowledge in products, diagnostics, IPM Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions & crop protection

23 Crop-Arthropod-Microbe interactions: from molecules to modeling Università di Torino settembre 2015 Crop-Arthropod-Microbe (CAMo) interactions & crop protection

24 INSETT-ANTAGNISTA NATURALE

25 Fattori di virulenza e di regolazione dell ospite Immunosuppressione Immunosuppression

26 Polydnavirus Calyx Non calyx cells PDV replication in females PDV present as integrated provirus PDV present in parasitoid genome Bracovirus, e.g. TnBV Ichnovirus, e.g. CsIV Wasp cells Immunosuppression Developmental alterations Host death PDV essential for parasitoid survival in the host

27 Molecole bioattive estratte da Trichoderma che hanno effetti diretti e indiretti sui patogeni e la produttività delle piante H H R H Me 2R = -CH 2 CCH 3 Me N 1 3R = -CH 2 CHHCH 3 H 5 4R = -CHCHCH 3 Control + BAM R H 6 H H H H H 10 H H N CH 3 13 H H 3 C H 7R = H 8R = H H H 11 N S H H S CH 3 C 2 H CH 2 H H 3 C H H 3 C H 12 9 H H CN H CH 3 H H S CH 3 N S H H N H 16 H 17 Ac-Aib-Ala-Ala-Aib-Aib-Gln-Aib-Aib-Aib-Ser-Leu-Aib-Pro-Leu-Aib-Ile-Gln-Gln-Leuol 18 CAS Agar

28 Lotta biologica Uso di organismi viventi e di loro molecole e geni per la protezione delle piante

29 Lotta biologica Uso di organismi viventi e di loro molecole e geni per la protezione delle piante Bioinspired Control

30 weight (mg) Tossicità di TnBVank1 su larve di Heliothis virescens peso (mg) NN K1 K4 K35 Ritardo dello sviluppo Incremento della mortalità gg Di Lelio et al., PLoS ne Convegno "Piano di azione nazionale per l uso sostenibile dei prodotti fitosanitari: Di coordinamento, Lelio et al., PLoS ricerca ne. e innovazione" 2014

31 TnBVank1 Lume intestinale nutrienti Controllo Lume intestinale nutrienti haemochoel emocele emocele

32 RNAi e controllo degli insetti

33 Larva immunosoppressa controllo dsrna 102Sl dsrna GFP Hypersensitive to Bt action Tolerant to Bt action

34 Strategie di rilascio di macromolecole bioinsetticide Via paracellulare Via transcellulare MP Epitelio intesinale Matrice peritrofica (MP) Epitelio intestinale Emocele Enzimi digestivi

35 Valutazione del rischio Nazzi e Pennacchio, Trends Parasitol. 2014

36 Clothianidin e immunità delle api Di Prisco et al., PNAS 2013 Di Prisco et al., PNAS

37 Conclusioni Lo studio delle interazioni fra piante, agenti biotici di danno e loro simbionti consente di definire nuove tecnologie di difesa delle coltivazioni basate su meccanismi e molecole naturali ( bioinspired technologies ) Lo sviluppo di strategie di rilascio di molecole con attività biopesticida che possano garantire efficacia e sicurezza sono di importanza cruciale per l uso di prodotti di origine naturale Una valutazione molto attenta dei rischi associati all uso di nuovi strumenti e tecnologie per la difesa delle piante è indispensabile per promuovere un uso sostenibile della biodiversità molecolare offerta dagli agenti biotici di danno e dai loro simbionti

38 Ermenegildo Tremblay Grazie