Descrizione della commessa "Tecnologie ecosostenibili per la protezione delle piante (AG.P04.041)"

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  • Descrizione della commessa "Tecnologie ecosostenibili per la protezione delle piante (AG.P04.041)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Virus, batteri, funghi, nematodi ed insetti decurtano annualmente la produzione agricola di oltre il 30% richiedendo costanti e costosi interventi con sostanze di sintesi. Queste sostanze sono causa di inquinamento ambientale e risultano particolarmente dannose nei confronti di altri organismi viventi. La messa a punto di tecniche di controllo ecocompatibili degli agenti di danno, in linea con le esigenze di una moderna agricoltura che mira al rispetto dell'ambiente e all'ottenimento di prodotti salutari, risulta parte imprescindibile nei programmi di difesa delle piante. Alcuni agenti di danno sono strettamente correlati tra loro come ad esempio insetti fitomizi (afidi, aleirodidi) e virus e pertanto un approccio olistico che tenga conto delle complesse interazioni esistenti è sicuramente quello che permette migliori risultati. Nondimeno, le produzioni biologiche nelle quali il controllo degli agenti dannosi è realizzato solo ricorrendo alle resistenze ed antagonismo, stanno conquistando fette di mercato sempre più ampie. Tutto ciò vale ancor di più per quelle produzioni di nicchia (DOP) verso le quali sembra essere indirizzata la produzione agricola dei prossimi anni. (literal)
Strumentazione
  • Le apparecchiature possono essere raggruppate in: - strumentazione per biologica molecolare e analisi biochimica (PCR, Real Time PCR, Licor, spettrofotometri, analizzatori di gel, apparecchiature per elettroforesi, cappa a flusso laminare verticale per PCR, cappa a flusso laminare orizzontale, concentratore per acidi nucleici, apparato per DGGE, AFLP e sequenziamenti, HPLC spettrofotometro, spettrometro di massa, gas cromatografo, fluorimetro, software per analisi sequenze); - strumentazione per analisi in microscopia ottica (Microscopio ottico a contrasto di fase e a fluorescenza, microscopio confocale, isolatori, binoculari); - apparecchiature per analisi di superfici (AFM/STM); - strumentazione di supporto alle predette attività (centrifughe, camere elettroforetiche, alimentatori ,concentratore per acidi nucleici, serre, serra biosicura, celle climatiche, camere di crescita, celle termostatate, camere climatiche o di crescita, congelatori -20 e -80, liofilizzatori). Gli impianti includono una serra di ca 100 mq., infrastrutture per il lavaggio e trattamento del terreno per l'estrazione di nematodi e una camera fredda per lo stoccaggio di campioni ed altro materiale vegetale. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Controllo sostenibile di fitofagi e di specie di nuova introduzione. Individuazione e importazione di parassitoidi esotici. Biologia di antagonisti per il controllo biologico. Messa a punto di processi produttivi/allevamenti per antagonisti impiegati in lotta biologica. Individuazione, isolamento e caratterizzazione di molecole bioattive per il controllo di fitofagi. Biodiversità di fitofagi e antagonisti. Biosistematica applicata alle relazioni trofiche tra fitofagi/patogeni-pianta-antagonisti. Studio dei meccanismi di resistenza, difesa e adattamento delle piante a livello morfo-funzionale, biochimico, cellulare e genetico, in risposta a stress biotici o abiotici. Interazioni pianta-virus-vettore: determinanti virali dei sintomi, relazioni genetiche e diagnosi molecolare. Impatto di fitovirus sulla salute umana. Individuazione dei meccanismi biochimici e molecolari nell'induzione della resistenza localizzata e sistemica a fitofagi. Miglioramento delle proprietà nutraceutiche e della sicurezza degli alimenti. Nematodi entomopatogeni: caratterizzazione e utilizzo nelle strategie di controllo. Metagenomica della nematofauna come bioindicatore dello stato di salute del suolo. (literal)
Competenze
  • La fattibilità della proposta è garantita dalle competenze dei ricercatori con esperienze pluriennali in entomologia, botanica, patologia vegetale, genetica vegetale, chimica ecologica, biologia molecolare, virologia e nematologia, con stretta interazione ed integrazione fra ricercatori altamente specializzati. Accanto a tecniche tradizionali, la commessa applica le più moderne tecniche di indagine (molecolare, proteomica, metabolomica e genomica, trasformazione genetica, microscopia a fluorescenza, FISH, DGGE) per caratterizzare sia le interazioni nelle zone epigea ed ipogea, che quelle multitrofiche che spaziano tra livelli trofici di zone differenti (per es. le interazioni micorrize-pianta-afidi-parassitoidi di afidi), sia le diverse popolazioni/specie degli organismi studiati. Altre competenze sono: tassonomia, biochimica, microscopia e bioinformatica, microbiologia del terreno e della rizosfera; lotta biologica e a basso impatto ambientale contro nematodi o altri agenti di danno e relativa modellistica; biologia molecolare di nematodi o microrganismi antagonisti e analisi delle relazioni ospite-parassita; metagenomica e trascrittomica di microrganismi e nematofauna del terreno (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • L'attività della commessa mira all'individuazione dei fattori e dei meccanismi che regolano i fenomeni di resistenza verso i principali agenti di danno in agricoltura, le simbiosi tra funghi benefici e piante, l'ecologia, lo sviluppo e la riproduzione degli entomoparassitoidi, elaborando prodotti e/o processi per il controllo biologico dei nematodi. I risultati delle diverse attività di ricerca potranno consentire lo sviluppo di nuove strategie di lotta ecocompatibili ai parassiti delle colture agrarie, forestali e del verde urbano e/o il potenziamento di quelle esistenti mediante il miglioramento dell'efficienza del controllo biologico naturale e/o di quello ottenuto con la distribuzione di agenti di biocontrollo nelle colture. Si prevede la possibilità di brevettare i processi produttivi per l'ottenimento di prodotti (bioformulati) a base di microrganismi benefici. Combinando elevati livelli di resistenza con un elevato livello di antagonismo naturale, si mira ad ottenere produzioni a basso impatto ambientale e ad elevato valore commerciale, riducendo contestualmente l'impiego di fitofarmaci spesso associato ad effetti indesiderati per l'ambiente e per la salute dell'uomo. (literal)
Tecnologie
  • Modellistica, con applicazione di modelli descrittivi per identificare i principali meccanismi di regolazione naturale da parte di microrganismi del terreno nei confronti di nematodi fitoparassiti: modelli epidemiologici, simulazioni di sistemi complessi, analisi delle serie temporali. Sviluppo di algoritmi genetici per l'ottimizzazione dei modelli; trascrittomica e metagenomica; diagnostica molecolare dei microrganismi e antagonisiti da modellizzare. Questi strumenti sono applicati allo studio in campo o in serra delle interazioni fra il microrganismi utili (Pochonia, Pasteuria) e fitoparassiti (nematodi galligeni o cisticoli, funghi del terreno) in diverse condizioni colturali. Modelli non lineari basati su parametri biologici con vari livelli di complessità saranno applicati all'uso di formulati contenenti propaguli del fungo e/o endospore di batteri antagonisti, in differenti combinazioni delle densità dell'ospite. Sonde molecolari specifiche saranno sviluppate per fornire dati sulla densità dei microrganismi associati a nematodi o funghi e/o misurarne i livelli di prevalenza in campo o dell'espressione genica. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo generale è di contribuire al raggiungimento di produzioni agricole di qualità a basso impatto ambientale, ottenute esaltando i fenomeni della resistenza del vegetale e dell'antagonismo naturale. Obiettivi specifici sono l'identificazione di: nuove fonti di resistenza a virus e nematodi; proteine differenziali espresse in piante colonizzate da Trichoderma; marcatori molecolari discriminanti specie criptiche di Encarsia associate a T. vaporariorum; aplotipi di fitofagi con una valutazione filogeografica e l'eventuale associazione di varianti a particolari contesti ecologici (piante ospiti, parassitoidi, virosi trasmesse, resistenza ad insetticidi) e la caratterizzazione: del complesso di parassitoidi indigeni adattati a specie invasive di nuova introduzione; dei batteri simbionti e del ruolo da essi esercitato su ecologia e riproduzione degli insetti ospiti e sull'efficienza del controllo biologico operato da imenotteri parassitoidi, dei meccanismi di difesa delle piante contro insetti dannosi. Inoltre si mira a mettere a punto protocolli di produzione di bioformulati da utilizzare per il controllo biologico delle malattie che possano avere uno sviluppo industriale. (literal)
Stato dell'arte
  • La protezione sostenibile delle piante si basa su conoscenze biologiche, ambientali e tecniche. Nel campo delle complesse interazioni tra piante e organismi che le circondano sono stati compiuti notevoli progressi, grazie a nuove tecniche d'indagine. Moderne tecniche di fluorescenza consentono di evidenziare le fasi di sviluppo degli entomoparassitoidi endofagi e delle cellule coinvolte nella risposta a patogeni, nonché di valutare il ruolo di endosimbionti nella bio-ecologia di fitofagi ed entomofagi. L'analisi del DNA permette lo studio di processi fisiologici e molecolari in diverse interazioni simbiotiche e della biochimica di piante, fitofagi e antagonisti. L'analisi del metaboloma e trascrittoma di microorganismi, piante, fitofagi e parassitoidi permette l'identificazione di specifici geni e di diversi loro elicitori. Molto resta da studiare sulla resistenza dei vegetali ai principali agenti di danno, su nuove specie/antagonisti, principi attivi o sostanze naturali e sulle interazioni tra piante, fitomizi-virus-patogeni-fitofagi-parassitoidi, che implicano conoscenze sulla variabilità genetica in relazione a varianti biologiche, in nuove strategie di lotta ecocompatibili. (literal)
Tecniche di indagine
  • Tra le metodiche utilizzate ci sono: i biosaggi con galleria del vento e la raccolta di sostanze volatili con air-entrainment, eelettroforesi mono e bidimensionale di proteine, elettroforesi di RNA e DNA, analisi Southern e Northern, PCR e PCR quantitativa con sonde disegnate ad hoc, analisi di marcatori molecolari (COI, ITS, 28S), RFLP-PCR. Analisi filogenetiche, analisi biostatistiche parametriche e non parametriche, uso di modelli lineari generalizzati, DGGE, analisi multivariata. Biosaggi per l'individuazione di fonti di resistenza agli agenti di danno. Caratterizzazione dei geni di resistenza attraverso l'uso di piante geneticamente modificate, linee di introgressione, ecotipi locali, specie selvatiche. Indagini microscopiche (FISH) accompagnate da amplificazione e sequenziamento genico di batteri endosimbionti allos scopo di verificare gli effetti sulla riproduzione di imenotteri agenti di biocontrollo e su fitofagi. Diagnostica su vettori di virus e virus con sonde molecolari, PCR-RFLP della COI, trascrizione inversa, e applicazioni epidemiologiche. (literal)
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