I funghi La maggior parte delle 100.000 specie fungine note sono strettamente saprofitarie, cioe vivono su materiale organico morto che aiutano a decomporre Alcuni funghi sono invece conosciuti come parassiti obbligati e possono crescere e moltiplicarsi soltanto rimanendo per la loro intera vita in associazione con le loro piante ospite Ad esempio nei carboni e nelle carie gli effetti distruttivi si hanno solo dopo che il patogeno ha trascorso l’intero ciclo vitale a contatto con questo I parassiti non obbligati richiedono una pianta ospite per parte del loro ciclo vitale ma possono completarlo su materiale organico morto. Si distinguono in Saprofiti facoltativi: parassiti che siano in grado di svolgere come saprofiti almeno una parte del loro ciclo vitale Parassiti facoltativi: funghi viventi normalmente allo stato di saprofiti e capaci in determinate circostanze di divenire patogeni

Caratteristiche dei funghi patogeni Morfologia La maggior parte dei funghi ha un corpo vegetativo filamentoso chiamato micelio. I rami individuali del micelio sono chiamate ife e sono generalmente uniformi in spessore da 2 a 10 mm La lunghezza del micelio puo essere di pochi mm in alcuni funghi ma raggiungere metri di lunghezza in altri In alcuni funghi il micelio consiste di molte cellule che contengono uno o due nuclei per cellula, in altri il micelio contiene molti nuclei che possono o meno essere divisi da setti ifali La crescita del micelio avviene all’apice dell’ifa Alcuni microrganismi (mixomiceti, plasmodioforomiceti) considerati erano considerati funghi primitivi ma adesso sono stati inseriti appartenenti al regno dei protozoi, infatti anziche produrre micelio, appaiono sotto forma di un plasmodio ameboide e multinucleato

Caratteristiche dei funghi patogeni Riproduzione I funghi si riproducono principalmente attraverso le spore che consistono di una o poche cellule, che possono essere prodotte asessualmente o come risultato della riproduzione sessuale Riproduzione asessuale In alcuni funghi le spore asessuali sono prodotte all’interno di un sacco chiamato sporangio. Alcune di queste possono nuotare attraverso dei flagelli e sono chiamate zoospore Altri funghi producono delle spore asessuali chiamte conidi, prodotti in ife particolari chiamate conidiofori. In alcuni funghi I conidiofori producono delle piccole ife, chiamate fialidi, che producono e portano I conidi In molti funghi, comunque, I conidi sono prodotti sulla punta del conidioforo sia direttamente sul micelio o all’interno di strutture chiamate conidiomati.Una forma distintiva di conidiomata e’ il picnidio In alcuni funghi le cellule terminali dell’ifa o quelle intermedie si possono allargare, arrontondare e formare una spessa parete formando una clamidospora

Caratteristiche dei funghi patogeni Riproduzione sessuale La riproduzione sessuale avviene nella maggior parte dei gruppi fungini Negli zigomiceti, 2 cellule (gameti) di taglia e forma simile si uniscono e producono uno zigote chiamato zigospora Nei chitidriomiceti dei gameti mobili di taglia uguale o ineguale si fondono a formare il meiosporangio Negli ascomiceti le spore sessuali, usualmente 8 in numero, sono prodotte all’interno di una cellula zigote a forma di sacco chiamato asco, e quindi le spore prendono il nome di ascospore Nei basidiomiceti le spore sessuali sono prodotte al di fuori di una cellula zigotica a forma di clava chiamato basidio e quindi le spore prendono il nome di basidiospore Nei cromisti, oomiceti, dei gametangi di taglia ineguale si fondono a formare lo zigote che prende il nome di oospora Un grande gruppo di funghi detti mitosporici non ha (o non e’ stata ancora trovata) la riproduzione sessuale.

Caratteristiche dei funghi patogeni Ecologia Alcuni funghi sono strettamente biotrofici cioe’ passano tutta la loro vita su di un ospite e soltanto le spore possono trovarsi nel terreno dove possono morire o ritrovare un altro ospite su cui germinare e moltiplicarsi Altri, come l’agente della scabbia del melo, sono emibiotrofi, e cioe’ devono passare parte della loro esistenza come parassiti sui loro ospiti e un’altra parte sui tessuti morti dell’ospite stesso nel terreno come saprofiti allo scopo di poter completare il loro ciclo di infezione I saprofiti facoltativi crescono parassitariamente nell’ospite ma possono continuare a vivere e moltiplicarsi nei tessuti morti dell’ospite dopo la sua morte e muoversi poi nel suolo dove crescono saprofiticamente su altro materiale organico morto. Questi funghi sono di solito patogeni terricoli che possono trascorrere gran parte della loro esistenza in assenza del loro ospite ma ne hanno comunque bisogno per moltiplicarsi cospicuamente I parassiti facoltativi vivono perfettamente come saprofiti ma se entrano in contatto con un ospite nelle giuste condizioni possono provocare malattia

Caratteristiche dei funghi patogeni Disseminazione Le zoospore sono le uniche strutture fungine capaci di qualche movimento (seppur minimo), ma soltanto I mixomiceti, oomiceti e chitidriomiceti le producono La grande maggioranza dei funghi patogeni dipende per quanto riguarda la propria diffusione da pianta a pianta sulla crescita ifale o sulla capacita’ di essere dispersi da vento, ucceli, insetti animali e uomini I funghi sono disseminati principalmente sotto forma di spore. Anche frammenti ifali e masse miceliari compatte note come sclerozi possono essere disseminati La disseminazione delle spore in quasi tutti i funghi e’ passiva.

Classificazione Funghi Chitidriomiceti Zigomiceti Ascomiceti Hanno zoospore con un singolo flagello posteriore, un micelio arrotondato o allungato (Olpidium, patogeno delle brassicaceae) Zigomiceti Producono spore asessuali non mobili all’interno di sporangi. Le spore di resistenza sono le zigospore (Rhizopus, marciume molle dei prodotti orticoli) Ascomiceti Producono spore sessuali, le ascospore, in aschi e spore asessuali non mobili, conidi (Taphrina, Blumeria, Claviceps, Giberella, Fusarium, Ceratocystis…) Basidiomiceti Producono spore sessuali, le basidiospore, esternamente ad un basidio (Puccinia, Ustilago, Armillaria….)

Identificazione Le caratteristiche piu’ significative per l’identificazione dei funghi sono le spore e le strutture che le portano (sporofori) e per certi versi anche le caratteristiche miceliari La forma, la taglia il colore e la sistemazione delle spore sullo sporoforo o all’interno del corpo fruttifero cosi come la forma ed il colore sia dello sporoforo che del carpoforo possono essere identificativi della specie fungina In molti funghi le ife in una colonia o in colonie adiacenti si fondono (anastomosi ifale). Se le ife che si fondono hanno nuclei diversi geneticamente la colonia che si produce e’ un eterokaryon. Molti funghi hanno dei sistemi che prevengono la fusione tra cellule geneticamente identiche, in questo caso si ha una incompatibilita’ vegetativa. Questo metodo e’ usato per identificare I vari ceppi all’interno di una stessa specie (appartenenza a gruppi di incompatibilita’) L’avvento della biologia molecolare, cioe’ della PCR e del sequenziamento genico a basso costo, l’accumulo di database di sequenze ribosomali relativamente grandi hanno rivoluzionato le capacita’ di identificazione dei diversi funghi

Sintomi necrotici I funghi causano sintomi locali o generali sui loro ospiti e tali sintomi possono evidenziarsi separatamente o insieme o possono essere in successione In generale I funghi causano necrosi localizzati o generalizzate di tessuti vegetali, possono ridurre la crescita (stunting) dell’intera pianta o di parti di essa Pochi funghi possono causare un’eccesiva crescita I sintomi necrotici piu’ comuni sono Leaf spots: lesioni localizzate sulle foglie che consistono di cellule morte Blight: estremamente rapido e generalizzato imbrunimento e morte delle foglie, rami e rogani fiorali Canker: lesioni necrotiche sul fusto e su organi carnosi Dieback: necrosi estensiva di un ramoscello Root rot: disintegrazione o decadimento di parte o tutta la radice Damping-off: rapida morte e collasso dei germinelli Basal stem rot: disintegrazione della parte basale dello stelo Soft rots: macerazione dei frutti, radici, bulbi.. Anthracnose: lesioni necrotiche e secche sulo stelo, foglie, frutti Scab: lesione localizzate che si rompono dando un’apparenza scabbiosa Decline: progressiva perdita di vigore

Altri Sintomi Clubroot: radici allargate che assumono la forma di clave Galls: porzioni allargate di organi vegetali Warts: protuberanze pustoliformi sui tuberi e sullo stelo Witches-broom: profusa ramificazione dei ramoscelli Leaf curls: distorsione, ispessimento e incurvamento delle foglie Wilt: generalizzata perdita di turgidita’ di foglie e gemme Rust: molte piccole lesioni sulle foglie e sullo stelo di un color ruggine Smut: semi o galle riempiti di un micelio o di spore nere da parte dei “carboni” Mildew: aree sulle foglie, steli, bocciuoli e frutti coperti di un micelio biancastro e di fruttificazioni del fungo

Ciclo vitale Benche’ il ciclo vitale dei funghi e degli oomiceti dei diversi gruppi sia molto diverso, la maggior parte di questi passano attraverso fasi molto simili Quasi tutti i funghi hanno uno stadio sporale con un nucleo aploide semplice (1N). Le spore germinano e producono un ifa che contiene nuclei aploidi L’ifa puo’ ancora produrre spore aploidi o puo’ fondersi con un altra ifa e produrre un ifa fertilizzata in cui I nuclei si uniscono per fromare un nucleo diploide chiamato zigote (2N) Negli oomiceti lo zigote si divide per produrre un micelio diploide e zoospore. Il micelio produce I gametangi in cui avviene la meiosi, poi l’accoppiamento e la produzione dello zigote In una breve fase del ciclo di molti ascomiceti e di qualche basidiomicete I due nuclei dell’ifa fertile non si uniscono ma rimnagono separati all’interno della cellula (micelio dicariotico N+N) Negli ascomiceti, le ife dicariotiche si trovano solo all’interno del carpoforo, all’interno del quale diventano ife ascogene. In queste i due nuclei si fondono (cariogamia) per formare uno zigote che si divide per meiosi e produce ascospore aploidi (8) Nei basidiomiceti le spore aploidi producono ife aploidi. In fase di fecondazione viene prodotto un micelio dicarionte. Queste ife dicaronti possono produrre asessualmente, spore dicarionti, da cui si originera’ nuovamente micelio N+N. Alla fine I due nuclei si fondono e formano un nucleo diploide, che si puo’ replicare mitoticamente o meioticamente. In questo caso produce delle basidiospore apolidi.

Struttura e ultrastruttura L’ifa essenzialmente e’ un tubo dotato di parete rigida contenente una massa di protoplasma in movimento Le ife crescono unicamente all’apice, nella cosidetta zona di estensione Posteriormente all’apice l’ifa invecchia progressivamente e nelle regioni adulte puo’ disintegrarsi per autolisi. Con l’allungamento dell’apice, il protoplasma si muove continuamente dalle porzioni piu’ vecchie delle if per apportare verso l’apice stesso materiale necessario per la crescita Le ife degli ascomiceti, funghi mitosporici e basidiomicei presentano dei setti trasversali a intervalli regolari, mentre tali setti sono solitamente asenti nelle ife della maggior parte degli zigomiceti I setti presentano pori attraverso I quali possono migrare, verso l’apice ifale in crescita il citoplasma e I nuclei. Si parla quindi piu’ che di cellule di compartimenti interconnessi I funghi sono organizzati in generale come gli eucarioti, in particolare I mitocondri sono piu’ simili a quelli animali presentando delle creste alemellare anziche tubolari come quelle dei vegetali. Mentre l’apparato del golgi non ha la classica struttura a cisterne membranose ma piuttosto appare come un anello di cisterne arrotondate

Struttura e ultrastruttura I funghi asettati presentano molti nuclei in un citoplasma comune e quindi questi funghi sono detti cenocitici I funghi settati mostrano di solito diversi nuclei nel compartimento apicale, ma solo uno o due in ciascuno degli altri Alcuni funghi settati presentano regolarmente un singolo nucleo in ciascun compartimento Anche in molti basidiomiceti c’e una disposizione regolare di un solo nucleo per compartimento nel’omocarion e di due nel dicarion Questa condizione e’ assicurata da una particolare tipo di setto detto doliporo che presenta dei pori troppo stretti per permettere il passaggio dei nuclei ed inoltre da una modalita’ particolare di ramificazione, che porta alla formazione delle connessioni a fibbia Queste connessioni caratterizzano I basidiomiceti, possono quindi essere utilizzate come elemento distintivo quando si osserva la microscopio un micelio ignoto

Ultrastruttura dell’ifa L’apice e’ riempito da un gruppo di vescicole apicali (AVC) che giocano un ruolo importante nella crescita apicale Questa massa densa di vescicole prende il nome di spitzenkorper Le microvescicole porebbero rappresentare dei chitosomi – aggregati di chitna sintetasi In c) si nota un microtubulo in stretta associazione con un corpo multivescicolare Nelle regioni piu’ adulte puo’ essere presente anche un numero notevole di corpi lipidici, che rappresentano riserve energetiche In questi compartimenti sono presenti anche diverse inclusioni cristalline e in corrispondenza di ciascun setto strutture denominate corpi di woronin, che servono ad otturare I pori quando le ife vengono lesionate a seguito dell’invecchiamento dei compartimenti

Il micelio In quasi qualsiasi punto dell’ifa dietro l’apice si puo’ avere una ramificazione. Le ife divergono le une dalle altre conferendo ala colonia il tipico contorno circolare. Nelle parti piu’ vecchie della colonia, dove le sostanze nutritive dell’ambiente sono state esaurite, possono sorgere delle ramificazione di diametro inferiore, le quali anziche divergere tendono a svilupparsi le une verso le altre e fondersi (anastomosi ifale) La colonia risulta spesso colorata, oltre l’estremo margine che e’ ialino. Questo puo’ essere dovuto alla pigementazione dele ife stesse, ad esempio a seguito di deposito di melanina sulle pareti ifali

Parete fungina Phylum Componenti fibrillari Componenti matriciali La parete determina la forma dei funghi dato che la rimozione della parete, mediante trattamenti enzimatci comporta la formazione di protoplasti sferici La parete protegge I funghi dalla lisi osmotica, agisce come setaccio molecolare e nel caso in cui contenga pigmenti melaninici lo protegge dai raggi UV Puo’ presentare sit adatti per l’adesione di enzimi quali invertasi e b-glucosidasi necessarie per acquisire risorse nutritive dalle pareti degli ospiti vegetali La composizione della parete non e’ fissa. Al contrario cambia sostanzialmente nelle varie fasi del ciclo vitale. Ad esempio rispetto alle ife, I conidi posseggono maggiori concentrazioni di glucani e di melanina ma inferiori di chitina, chitosano e polimeri dell’ac, glucuronico Phylum Componenti fibrillari Componenti matriciali Oomiceti Cellulosa, b-1,3-glucani Glucano Chitidriomiceti Chitina, glucano Zigomiceti Chitina, chitosano Acido poliglucuronico, glucuromanno proteine Ascomiceti Chitina, b-1,3-glucani a-1,3-glucani, galattomannoproteine Basidiomiceti a-1,3-glucani, xilomannoproteine

Parete fungina Nelle regioni mature delle ife di Neurospora crassa (fungo modello) esistono 4 zone concentriche di parete che non sono distinti nettamente ma si fondono l’uno nell’altro La zona piu’ esterna e’ costituita da glucan amorfi con legami prevalentemente b-1,3 e ramificati b-1,6 Reticolo di glicoproteine immerso in una matrice proteica Strato piu’ o meno distinto di proteine Microfibrille di chitina (e chitosano) immerso in proteine Lo spessore totale puo’ raggiungere I 125 nm In aggiunta a questi componenti alcuni lieviti possono presentare una capsula di polisaccaridi distinta.

I setti I setti possono contribuire a rafforzare strutturalmente le ife, particolarmente in condizioni relativamente asciutte. Infatti I funghi settati sono di norma piu’ tolleranti allo stress idrico rispetto ai non settati Sono distinguibili diversi tipi di setti Ascomiceti e mitosporici presentano setti semplici con un grosso poro cenrale di 0.5-0.05 mm di diametro che permette il passaggio di diversi oragnelli tra cui I nuclei I basidiomiceti presentano un setto doliporo piu’ complesso, con un canale centrale angusto (100-150 nm) delimitato da due flange di materiale parietale amorfo (glucano). Su entrambi I lati del poro sono presenti strutture membranose dette parentosomi a loro volta forate, in modo da assicurare la continuita’ citoplasmatica ma anche di impedire il passaggio di organneli di dimensioni maggiori. Questo aiuta ad assicurare la distribuzione regolare dei nuclei nella fase dicarionte del micelio

Assemblaggio della parete Le vescicole presnti nello spitzenkorper si pensa che siano formate a partire dal Golgi nelle zone subapicali e che vengano trasportate verso l’apice dove si fondono con la membrana plasmatica dove cedono I contenuti necessari alla crescita parietale La chitina sintasi forma catene di chitna che vengono formate in situ. Questo enzima e’ presente in 2 forme Una forma inattiva (zimogeno) nei chitosomi e talora nelle membrane Una forma attiva strettamente associate alle membrane La forma inattiva del CHS viene attivata da una proteasi. Una volta attiva prende UDP-NAG dall’interno e inizia a sintetizzare catene di chitina verso l’esterno

Assemblaggio della parete Un secondo enzima importante coinvolto nella crescita della parete e’ la b-glucan sintasi Il substrato e’ rappresentato da UDP- glucosio L’enzima e’ composto da due subunita’ Il sito catalitico (FKS) che si trova sul lato esterno della membrana Il sito regolativo (RHO GTPase), una proteina che lega il GTP che a sua volta attiva la reazione enzimatica La FKS e’ presente in 2 isoforme la FKS1 e 2. La prima e’ attiva durante il normale metabolismo cellulare, la seconda sembra che venga regolata da una cascata fosforilativa che implica l’attivazione di un fattore di trascrizione legato allo stress (SKN7) Tra i principali polimeri parietali si instaurano vari tipi di legami incrociati, dopo l’inserimento degli stessi nella parete Chitina e glucani sono collegati da legami covalenti

Malattie provocate dagli Oomiceti Gli oomiceti fanno parte del regno Cromista, hanno un micelio che contiene cellulosa e glucani ma non hanno setti fuorche’ quelli che si generano quando si stacano le parti vechie dell’ifa dalla zona in crescita Producono oospore come spore di resistenza e zoospore come spore asessuali Agli oomiceti appartengono 2 ordini Saprolegniales Peronosporales Di quest’ultimo ordine fanno parte due generi che raggruppano diverse specie patogeno come Pythium Uno dei piu comuni e importanti agenti causali del seed rot, seedling damping-off e root rot di tutti I tipi di piante Phytophthora Una specie causa il late blight della patata, le altre root rot, fruit rot e blights di molte specie annuali e pluriennali Le malattie provocate dagli oomiceti sono di due tipi Malattie che interessano parti della pianta presenti nel suolo o a contatto con esso (radici, tuberi..) Malattie che riguardano soprattutto la parte epigea della pinata come foglie, fusti e frutti

Malattie da Botrytis Le malattie da questo fungo sono probabilmente le piu comuni e uniformemente distribuite di qualsiasi tipo di pianta Inizialmente appaiono come blights sui bocciuoli, marciumi sui frutti ma anche come appassimento dei germinelli In condizioni umide il fungo produce una evidente muffa grigia I sintomi in campo la necrosi dei bocciuoli precede il marciume dei frutti e del fusto Il fungo si stabilisce nei petali e quando invecchiano produce abbondante micelio Il micelio resce e invade le infiorescenze che diventano coperte da una muffa grigiastra. Da qui si diffonde attraverso il picciolo che marcisce

Il patogeno La malattia e’ provocata dal fungo ascomicete Botrytis cinerea Il patogeno produce un abbondante micelio grigio e dei conidiofori lunghi e ramificati che hanno delle cellule apicali tonde che portano dei conidi grigi e ovoidali I conidiofori e I gruppi di conidi assomigliano a grappoli d’uva

Ciclo della malattia Botrytis sverna in residui vegetali in decomposizione come sclerozi Il fungo non sembra infettare I semi ma puo diffondersi mediante semi contaminati con sclerozi Il fungo richiede basse T (18- 23C), alta umidita per crescere, sporulare e germinare Le spore che germinano penetrano attraverso le ferite e producono micelio suvecchi petali fiorlai, foglie morenti e cosi via Gli sclerozi germinano producendo una fitta trama miceliare che puo infettare direttamente l’ospite e in pochi casi invece producono apoteci e ascospore