Strategie di biocontrollo di Erwinia amylovora

E. amylovora is a phytopathogenic bacterium responsible for the disease known as "fire blight" which affects plants belonging to the rosaceae family. The bacterium causes damages to flowers, shoots and fruits and causes huge economic losses. The thesis is a review of the scientific literature aimed at identifying the biological strategies tested to counter the development of the pathogen and / or to contain the disease. Various types of tests were carried out for the biological control of E. amylovora: some only in vitro, others in ex-vivo and finally some experiments were carried out in the field. In vitro various natural phenolic antimicrobial compounds have been incorporated into films consisting of the corn protein zein. The films demonstrate a moderate pathogen control effect, stand out above all for their versatility of application and are potentially applicable in the orchard. Withania somnifera fruit extracts offer excellent pathogen control by providing a 90 mm diameter zone of inhibition. The resinous exudate of Adesmia boronioides whose control activity can be defined as good for a MIC below 100 μg/ml, due to the presence of secondary metabolites in the exudate. The Crithmum maritimum L. extract provided good control results thanks to the formation of complexes with chitosan oligomers that weaken the cell wall of the bacterium and hinder the entry of nutrients into the bacterial cell. Among the antimicrobial peptides, CA-M, provides good control of the pathogen even at low concentrations, and BP100 combined with lysozyme provides discrete control of the bacterium and also possesses a preventive action. In vitro supernatants of bacteria such as Bacillus velezensis FL50S and Pseudomonas poae have been tested which provide good pathogen control even at high dilutions. In addition, several strains of Paenibacillus polymixa and the NRRL B-41091 and NRRL B-41092 Bacillus nakamurai strains were tested, which provide a good control of the disease thanks to a new peptide not yet characterized. Among the strategies tested on plant organs detached from the plant (ex vivo), it’s noted the efficacy of numerous strains of Bacillus amyloliquefaciens and in particular of the MB40 strain thanks to the production of 2,3-butenadione, and the N179 strain of Paenibacillus polymixa which reduces the severity of the disease by 2.5 times and circumscribes the symptoms of the disease around the inoculation zone of the pathogen. The strategies tested in the field are based on the use of: Bacillus amyloliquefaciens SP18 which provides disease control thanks to the production of siderophores, of Pantoea agglomerans NY60 which produces a powerful antibiotic that acts only against bacterial species closely related to its ecological niche and reduces by 70% the disease severity. Finally, a field-tested biocontrol strategy stands out from the others by the application of P. fluorescens A506 and P. vagans C9-1 strains within apple blossoms with the aim of modifying the microbiome. This application determines effective disease control and provides intermediate results compared to the application of the individual strains.

Erwinia amylovora è un batterio fitopatogeno responsabile della malattia nota come “colpo di fuoco batterico” che colpisce specie appartenenti alla famiglia delle rosacee. IL batterio causa gravi danni su fiori, germogli e frutti e provoca ingenti perdite economiche. La tesi è una rassegna della letteratura scientifica rivolta ad individuare le strategie biologiche sperimentate per contrastare lo sviluppo del patogeno e/o per contenere la malattia. Per il controllo biologico di E. amylovora sono stati effettuati vari tipi di test: alcuni solo in vitro, altri in ex-vivo e infine alcune sperimentazioni sono state eseguite in campo. In vitro vari composti antimicrobici fenolici naturali sono stati inglobati in film costituiti da zeina di mais. I film dimostrano un discreto effetto di controllo del patogeno, si distinguono soprattutto per la loro versatilità di applicazione e sono potenzialmente applicabili anche nel frutteto. Gli estratti della frutta di Withania somnifera offrono un ottimo controllo del patogeno fornendo un alone di inibizione di 90 mm di diametro. L’essudato resinoso di Adesmia boronioides la cui attività di controllo si può definire buona per la MIC inferiore a 100 μg/ml, dovuta a metaboliti secondari presenti in modeste quantità all’interno dell’essudato. L’ estratto di Crithmum maritimum L. ha fornito buoni risultati di controllo grazie alla formazione di complessi con oligomeri del chitosano che indeboliscono la parete cellulare del batterio e ostacolano l’entrata di sostanze nutritive all’interno della cellula batterica. Tra i peptidi antimicrobici, CA-M, fornisce un buon controllo del patogeno anche a basse concentrazioni, e BP100 combinato con lisozima fornisce un discreto controllo del batterio e fornisce anche un’azione preventiva. In vitro sono stati sperimentati i surnatanti di batteri come Bacillus velezensis FL50S e di Pseudomonas poae che forniscono un buon controllo del patogeno anche a diluizioni elevate. Inoltre sono stati saggiati numerosi ceppi di Paenibacillus polymixa e i ceppi NRRL B-41091 e NRRL B-41092 di Bacillus nakamurai che forniscono un discreto controllo della malattia grazie ad un nuovo peptide non ancora caratterizzato. Tra le strategie testate su organi vegetali staccati dalla pianta (ex vivo) è segnalata l’efficacia di numerosi ceppi di Bacillus amyloliquefaciens e in particolare del ceppo MB40 grazie alla produzione di 2,3-butenadione, e il ceppo N179 di Paenibacillus polymixa che riduce la gravità della malattia di 2.5 volte e circoscrive i sintomi di malattia attorno alla zona d’inoculo del patogeno. Le strategie testate in campo si basano sull’uso di: Bacillus amyloliquefaciens SP18 che fornisce controllo della malattia grazie alla produzione di siderofori, di Pantoea agglomerans NY60 che produce un potente antibiotico che agisce solo contro specie batteriche strettamente correlate alla sua nicchia ecologica e riduce la gravità della malattia del 70%. Infine una strategia di biocontrollo testata in campo si distingue dalle altre per l’applicazione dei ceppi Pseudomonas fluorescens A506 e Pantoea vagans C9-1 all’interno dei fiori di melo con lo scopo di modificare il microbioma. Questa applicazione determina un controllo efficace della malattia e fornisce risultati intermedi rispetto all’applicazione dei singoli ceppi.