Interazioni piante-insetti mediate da semiochimici

Numerosi parassitoidi localizzano i propri ospiti sfruttando le miscele di composti volatili rilasciate dalle piante infestate, che sono segnali più facilmente reperibili nell’ambiente rispetto agli odori emessi dai soli fitofagi. Anche Diglyphus isaea (Walker), un ectoparassitoide paleartico impiegato nella lotta biologica contro vari fillominatori, localizza l’ospite Liriomyza trifolii (Burgess) (Diptera Agromyzidae) sfruttando gli odori emessi dal complesso pianta (Phaseolus vulgaris L.) – minatore (L. trifolii). L’obbiettivo di questa ricerca è stato di mettere a punto una procedura che consentisse di estrarre in vivo, da piante di fagiolo infestate da larve di L. trifolii, i composti volatili responsabili dell’attrazione del parassitoide D. isaea e permettesse di individuare i composti biologicamente attivi presenti nella miscela. A tal fine sono state messe a confronto due metodologie, ovvero la tecnica statica dell’SPME e quella dinamica dell’Air Entrainment, impiegate in ecologia chimica per identificare e quantificare i composti organici volatili da numerose matrici biologiche. Le miscele estratte dai campioni sono state sia analizzate al gascromatografo/spettrometro di massa, che saggiate all’olfattometro a Y. Alla luce dei risultati ottenuti, si può affermare che la tecnica dell’Air Entrainment si è rivelata più adatta al raggiungimento degli obbiettivi di questo studio. Grazie a questa metodologia infatti è stato possibile verificare l’attività biologica delle miscele estratte nei confronti di D. isaea e identificare i composti volatili imputabili, con buona probabilità, unicamente all’attività trofica del fillominatore. Si tratta principalmente di terpenoidi volatili, sostanze spesso indicate come importanti segnali utilizzati da predatori e parassitoidi per localizzare le proprie prede o i propri ospiti. Questi composti sono stati diluiti in etere e saggiati a tre diverse concentrazioni (1 ng; 10 ng; 100 ng) contro l’etere (controllo). L’analisi statistica delle differenze registrate nelle scelte definitive compiute da D. isaea, nel corso delle prove condotte con i composti puri (indolo; α-copaene; β-cariofillene; α-cariofillene; α-farnesene), ha messo in luce come questo parassitoide risulti attratto solo dall’α-cariofillene, mentre l’α-farnesene sembra avere nei confronti dell’eulofide un effetto repellente.

Fruit ripening/scald relationship in apple

The ripening stage of apple fruits at harvest is the main factor influencing fruit quality during the cold storage period that lasts several months and give rise to physiological disorders in fruits of susceptible cultivars. In particular, superficial scald is connected to α-farnesene oxidation, leading to fruit browning. Therefore, the assessment of the optimal ripening stage at harvest is considered to be crucial to control the overall quality, the length of storage life and the scald incidence. However, the maturity indexes traditionally used in the horticultural practice do not strictly correlate with fruit maturity, and do not account for the variability occurring in the field. Hence, the present work focused on the determination of apple fruit ripening with the use of an innovative, non-destructive device, the DA-meter. The study was conducted on ‘Granny Smith’ and ‘Pink Lady’ cultivars, which differ in scald susceptibility. Pre- and post- harvest ripening behavior of the fruits was studied, and the influence of ripening stage and treatments with 1-MCP were evaluated in relation to scald development and related metabolites. IAD was shown to be a reliable indicator of apple ripening, allowing cultivar-specific predictions of the optimal harvest time in different growing seasons. IAD may also be employed to segregate apple fruits in maturity classes, requiring different storage conditions to control flesh firmness reduction and scald incidence. Moreover, 1-MCP application is extremely effective in reducing superficial scald, and its effect is influenced by fruit ripening stage reached at harvest. However, the relation between ethylene and α-farnesene was not entirely elucidated. Thus, ethylene can be involved in other oxidative processes associated with scald besides α-farnesene regulation.

Less is More: Treatment with BTH and Laminarin Reduces Herbivore-Induced Volatile Emissions in Maize but Increases Parasitoid Attraction

Chemical plant strengtheners find increasing use in agriculture to enhance resistance against pathogens. In an earlier study, it was found that treatment with one such resistance elicitor, BTH (benzo-(1, 2, 3)-thiadiazole-7-carbothioic acid S-methyl ester), increases the attractiveness of maize plants to a parasitic wasp. This surprising additional benefit of treating plants with BTH prompted us to conduct a series of olfactometer tests to find out if BTH and another commercially available plant strengthener, Laminarin, increase the attractiveness of maize to three important parasitic wasps, Cotesia marginventris, Campoletis sonorensis, and Microplitis rufiventris. In each case, plants that were sprayed with the plant strengtheners and subsequently induced to release volatiles by real or mimicked attack by Spodoptera littoralis caterpillars became more attractive to the parasitoids than water treated plants. The elicitors alone or in combination with plants that were not induced by herbivory were not attractive to the wasps. Interestingly, plants treated with the plant strengtheners did not show any consistent increase in volatile emissions. On the contrary, treated plants released less herbivore-induced volatiles, most notably indole, which has been reported to interfere with parasitoid attraction. The emission of the sesquiterpenes (E)-β-caryophyllene, β-bergamotene, and (E)-β-farnesene was similarly reduced by the treatment. Expression profiles of marker genes showed that BTH and Laminarin induced several pathogenesis related (PR) genes. The results support the notion that, as yet undetectable and unidentified compounds, are of major importance for parasitoid attraction, and that these attractants may be masked by some of the major compounds in the volatile blends. This study confirms that elicitors of pathogen resistance are compatible with the biological control of insect pests and may even help to improve it.

Verso un luppolo italiano: analisi metabolomica e caratterizzazione fitochimica di ecotipi di Humulus lupulus L. del Nord Italia

La presente tesi di dottorato ha riguardato l'indagine fitochimica della biodiversità spontanea di Humulus lupulus L. in Emilia Romagna e la valutazione degli effetti del clima dell'Italia settentrionale sul metabolismo secondario di cultivar di luppolo. In particolare, lo studio ha previsto l'individuazione di ecotipi di luppolo provenienti da zone planiziali e collinari di'Emilia Romagna e Lombardia, la loro messa a dimora in un campo collezione appositamente allestito, e il monitoraggio della resa di campo e della produzione di metaboliti secondari di natura polare (acilfluoroglucinoli, flavonidi isoprenilati) e apolare (terpeni e sequiterpeni). Gli obiettivi primari sono stati la valutazione di entità da portare direttamente in coltivazione o da introdurre in percorsi di breeding del luppolo in Italia, oltre all'ottimizzazione di metodi innovativi per lo screening dell'intero germoplasma italiano. Per definire le caratteristiche fitochimiche dei coni di luppolo sono stati messi a punto metodi cromatografici HPLC-UV, HPLC-MS/MS e GC-MS e metodi spettroscopici 1H-NMR. Nel corso del triennio i metodi sono stati applicati a 10 cultivar e oltre 30 ecotipi , alcuni dei quali hanno fornito dati anche a conclusione dell'intero periodo di acclimatazione. Per tutti si è anche verificata la resilienza alle diverse condizioni climatiche incontrate Le analisi chimiche hanno permesso di individuare una sostanziale differenza tra gli ecotipi e le cultivar, con i primi che si caratterizzano per una produzione modesta di α-acidi e β-acidi e un profilo aromatico ricco di isomeri del selinene. Questo risultato può essere interessante per l’industria della birra nazionale e in particolare per il settore dei microbirrifici artigianali, in quanto i luppoli più pregiati sono proprio quelli con un basso contenuto di acidi amari e ricchi di oli essenziali che possano impartire alle birre prodotte note aromatiche particolari e legate al territorio. L’indagine agronomica monitorata su tre anni di produzione ha anche fatto emergere la resistenza degli ecotipi italiani al clima caldo e siccitoso e ha evidenziato invece come le cultivar estere abbiano limiti fisiologici a queste condizioni. Confrontando il profilo fitochimico delle cultivar coltivate in Italia con i prodotti acquistati nei paesi d’origine è emerso che il metabolismo secondario per alcune cultivar è particolarmente differente, come nel caso della cultivar Marynka, che rispetto agli standard commerciali ha prodotto in Italia coni ricchi di oli essenziali con alte quantità di trans-β-farnesene, cambiandone le caratteristiche da varietà amaricante ad aromatica. I risultati ottenuti dimostrano la fattibilità della coltivazione di Humulus lupulus L. sul territorio nazionale con ottime prospettive di produttività per gli ecotipi italiani. Inoltre da questi primi risultati è ora possibile intraprendere un programma di breeding per la creazione di nuove varietà, più resistenti al caldo e con le caratteristiche desiderate in base all’utilizzo del prodotto, sia per quanto riguarda l’industria della birra, sia la cosmetico-farmaceutica per la produzione di estratti.

GC-MS Analysis, Antimicrobial and Antioxidant Activities of Extracts of the Aerial Parts of Conyza sumatrensis

Phytochemical analyses as well as antimicrobial and antioxidant activities of the extracts of C. sumatrensis aerial parts were investigated in this study. METHODS: The aerial parts of C. sumatrensis were air dried, weighed and exhaustively extracted with hexane, ethyl acetate and methanol successively. The crude extracts were screened for metabolites. These extracts of the plant were evaluated for antimicrobial and antioxidant activities using agar diffusion and DPPH method respectively. The extracts were also analysed using Gas chromatography – Mass spectrometry, and the chromatogram coupled with mass spectra of the compounds were matched with a standard library. RESULTS: Preliminary phytochemical investigation of crude n-hexane, ethyl acetate and methanol extracts of the aerial parts of Conyza sumatrensis revealed the presence of anthraquinones, flavonoids, terpenoids, phenolics, tannin, glycosides and carbohydrate. All the crude extracts gave a clear zone of inhibition against the growth of the test bacteria ( Staphylococcus aureus , Escherichia coli , Bacillus subtilis , Pseudomona aeruginosa, Salmonella typhi , Klebsiellae pneumonae ) at moderate to high concentrations, as well as test fungi ( Candida albicans , Aspergillus niger , penicillium notatum and Rhizopus stolonifer ) at high concentration. Methanolic extract exhibited significant radical scavenging property with IC50 of 17.08 μg/mL while n-hexane and ethyl acetate extracts showed no significant antioxidant activity. GC-MS of N-hexane extract showed a total number of eleven chemical constituents with α-Farnesene and spathulenol being the most abundance compounds constituting 20.27 and 22.28% of the extract respectively. Ethyl acetate extract revealed thirteen compounds with two most abundant compounds, cis-β-farnesene (16.64 %) and cis-pinane (21.09 %). While methanolic extract affords seventeen compounds with Ephytol being the most abundant compound (19.36 %).