A molecular approach to biological control of mycotoxigenic fungi

Food safety has become a worldwide priority in public health. Among the most important food threats, mycotoxin contamination in agricultural products represents a past, daily and incoming problem to solve. Mycotoxins are chemical compounds produced by a large variety of Fungi with very different hosts and climatic needs. In European countries, climatic conditions lead to the development of different mycotoxigenic fungi. Climate conditions of Mediterranean basin promote the development, among all, of Fusarium verticillioides in maize and Aspergillus carbonarius in grape, responsible for the production of fumonisins and ochratoxins respectively. Treatments with many synthetic chemical compounds have been proved to reduce the contamination levels but economical, ecological and nutritional aspects in public opinion, lead to attempt new strategies, as biological control. The state of art for mycotoxins production and regulation is very diversified according to the importance of economical threat, so while fumonisins are well studied, the knowledge on ochratoxins presents many gaps. In the present work, molecular approaches as enzymatic activity, Real-Time PCR and cDNA-AFLP have been used to provide useful knowledge and strategies to biological control of mycotoxigenic fungi. First, the ability of Trichoderma harzianum T22 to induce resistance in maize against Fusarium verticillioides was evaluated, pointing out the decrease of fumonisin accumulation in field trials. The second section improved the importance of reactive oxygen species for initiation and modulation of fumonisin biosynthesis in F. verticillioides supporting the hypothesis that plant stresses promote fumonisins accumulation in kernels. Finally, in the latter part, 119 differentially expressed sequences by Aspergillus carbonarius gave an important contribution to the understanding of OTA biosynthesis suggesting, according to the up- and down-regulation patterns, a possible model for OTA biosynthesis and regulation.

La sicurezza alimentare è oggigiorno considerata una priorità a livello mondiale. Tra le principali minacce legate al settore alimentare, le micotossine rappresentano una problematica da contenere e risolvere. Le micotossine sono sostanze chimiche prodotte dal metabolismo secondario di alcuni funghi con ospiti e necessità climatiche molto diversi tra loro. Diverse condizioni climatiche portano alla sviluppo di funghi capaci di produrre diverse micotossine e per i paesi affacciati sul bacino mediterraneo, due tra i funghi micotossigeni più presenti risultano essere Fusarium verticillioides in mais e Aspergillus carbonarius sull’uva, responsabili dell’accumulo rispettivamente di fumonisine e ocratossina A. I trattamenti effettuati con composti chimici hanno dato prova di essere parzialmente efficaci nel ridurre i livelli di contaminazione, ciononostante i vari aspetti economici, ecologici e di salubrità dovrebbero condurre allo sviluppo di nuove strategie a basso impatto come il controllo biologico. Le conoscenze finora ottenute sulla produzione e la regolazione delle micotossine sono molto diversificate in base all’importanza economica che queste rivestono, mentre le fumonisine sono ben studiate, le informazioni riguardanti le ocratossine sono ancora lacunose. Nel presente lavoro diversi approcci molecolari quali studi di attività enzimatica, Real-Time PCR e cDNA-AFLP sono stati utilizzati per fornire elementi e strategie utili al controllo biologico dei funghi micotossigeni. Nella prima parte del presente lavoro è stata valutata la capacità di Trichoderma harzianum T22 di indurre resistenza in mais nei confronti di F. verticillioides evidenziando in particolar modo l’abbattimento del contenuto di fumonisine nella granella raccolta. La seconda parte è focalizzata sui cambiamenti indotti dalle specie reattive dell’ossigeno su F. verticillioides, confermando anche per questo fungo l’importanza dei ROS nell’attivazione e la modulazione della biosintesi delle fumonisine. Tali risultati supportano l’ipotesi che l’accumulo di fumonisine sia fortemente influenzato dalle situazioni di stress percepite dalla pianta. Infine, lo studio svolto sulle sequenze differentemente espresse di A. carbonarius rappresenta un importante contributo alla comprensione della pathway biosintetica suggerendo, in accordo con i diversi pattern di espressione, un possibile modello di regolazione e biosintesi dell’ocratossina A.