Indice
Il mais: una coltura fondamentale minacciata dalle micotossine
Il mais (Zea mays L.) è una pianta erbacea della famiglia delle Poaceae ed è una delle colture più ampiamente coltivate nel mondo. La produzione globale annua supera le 1.137 tonnellate, e la sua richiesta di mercato è in costante aumento, con una crescita della coltivazione che si è più che raddoppiata negli ultimi 25 anni [1]. Questo ha posizionato il mais al vertice tra i cereali in termini di volume di produzione.
Il mais svolge un ruolo fondamentale in molteplici applicazioni industriali, non solo nel settore alimentare ma anche in ambiti come la produzione di carta, tessuti e biocarburanti [2]. La sua filiera è estesa e complessa, e nel corso degli ultimi decenni, questa complessità ha contribuito a un significativo aumento del prezzo del mais, da 127 dollari a 167 dollari per tonnellata nel 2020. Ciò ha avuto un ruolo cruciale nella sostenibilità e nella redditività di numerosi modelli di business [3].
Le minacce delle micotossine al mais
Dato il ruolo centrale di questa coltura, è di vitale importanza proteggere il mais dalle principali minacce che lo affliggono. Tra queste, le micotossine rappresentano una sfida significativa per la sicurezza alimentare e la salute pubblica. Le micotossine sono una classe di sostanze chimiche prodotte come metaboliti secondari da funghi patogeni, che possono contaminare il mais in tutte le fasi della sua produzione e lavorazione, dalla semina al trasporto. Gli effetti delle micotossine sulla salute umana includono disturbi acuti come il vomito, gravi danni epatici, neurotossicità e, in casi estremi, addirittura l’aflatoxicosi letale [4].
A livello europeo, sono state promulgate regolamentazioni per stabilire i limiti massimi di micotossine tollerati nei cereali e nei loro derivati al fine di ridurre il rischio. Tuttavia, la definizione precisa di tali valori per il commercio delle sementi rimane una delle sfide principali del settore, principalmente a causa della mancanza di conoscenza esaustiva sulle micotossine presenti in natura. Su circa 500 composti naturali conosciuti, solo un centinaio sono stati identificati fino ad oggi, tra cui le pericolose aflatossine, fumonisine, ocratossina e deossinivalenol [5] (Fig. 1).
Le principali malattie del mais
Le aflatossine, in particolare l’aflatossina B1 (AFB1), sono tra le micotossine più pericolose per la salute umana poiché causano gravi danni al fegato e per l’economia con una perdita annuale di produzione globale di mais stimata in 16 milioni di tonnellate [6].
Le fumonisine, prodotte principalmente da specie di Fusarium, possono causare malformazioni congenite e disturbi del sistema nervoso e sono molto comuni e diffuse.
L’ocratossina A, prodotta da specie di Penicillium e Aspergillus, può persistere nella lavorazione e nella conservazione degli alimenti e causare danni renali, tossicità epatica e altri problemi di salute.
Anche lo zearalenone, prodotto da specie di Fusarium, suscita preoccupazioni, sebbene i suoi effetti sulla salute umana non siano ancora del tutto noti.
Necessità di misure di mitigazione
Queste micotossine sono importanti non solo nel mais destinato alla nutrizione umana ma anche per quella animale dato che possono causare danni alla salute degli animali e accumularsi in prodotti di origine animale che vengono poi utilizzati per la nutrizione umana.
Per mitigare la presenza di malattie del mais, sono necessarie misure di contenimento durante tutte le fasi della catena di produzione, compresa l’adozione di pratiche agronomiche avanzate, una gestione adeguata dello stoccaggio e l’uso di tecniche di analisi per monitorare la presenza di micotossine. Le Buone Pratiche Agricole (BPA) mirano a migliorare le condizioni generali di crescita delle piante, riducendo il loro stress ambientale e rendendole meno vulnerabili agli attacchi dei patogeni.
Tuttavia, l’efficacia delle BPA può variare a seconda delle condizioni climatiche e delle fluttuazioni annuali del clima, è pertanto necessario integrarle con le Buone Pratiche di Fabbricazione (BPF). Queste ultime spesso ricorrono a metodi chimici come l’ammoniaca o l’idrossido di ammonio e presentano quindi limitazioni legate a costi, rischio ambientale e resistenza dei patogeni ai trattamenti [7].
Il potenziale del microbioma nel controllo delle micotossine
Le tecniche di gestione più utilizzate per affrontare il problema delle micotossine si basano sulla prevenzione delle infezioni fungine attraverso pratiche agronomiche e soluzioni di conservazione. Tuttavia, nonostante la loro efficacia, queste misure non possono da sole garantire la sicurezza alimentare, specialmente considerando le sfide legate ai cambiamenti climatici. Pertanto, uno dei temi più avanzati e promettenti nella ricerca agricola e alimentare riguarda l’analisi e l’utilizzo del microbioma.
Il ruolo del microbioma nell’agricoltura
Il microbioma rappresenta un ecosistema complesso e dinamico di microorganismi presenti in qualunque ambiente, come ad esempio le diverse parti delle piante, il suolo, l’acqua o il tratto gastrointestinale degli animali. Questi microorganismi comprendono batteri, virus, funghi e altri organismi microscopici che contribuiscono al corretto funzionamento e al benessere dell’ospite [8].
Interazioni del microbioma con il mais e il controllo delle micotossine
Nel caso del mais, i microorganismi interagiscono con la pianta in molteplici modi, facilitando la sua crescita e la sua resistenza alle malattie. Questi microrganismi competono direttamente con i patogeni fungini per risorse e habitat, producono inibitori allelochimici, migliorano la disponibilità di nutrienti e producono sostanze in grado di ostacolare la crescita dei patogeni.
Ricerche recenti hanno rivelato l’importante ruolo del microbioma del mais nel controllo delle micotossine, grazie alla capacità di alcuni microrganismi di competere con i funghi produttori di micotossine, limitare la loro proliferazione o addirittura degradare queste tossine direttamente. Sfruttando il potenziale del microbioma, gli scienziati stanno cercando di identificare e selezionare specifici ceppi microbici in grado di sopprimere l’attività dei funghi produttori di micotossine. Questo obiettivo può essere raggiunto attraverso l’impiego di biopesticidi a base di microrganismi benefici o tramite il miglioramento genetico del mais per promuovere l’interazione con questi microrganismi utili [9].
La ricerca sul microbioma del mais è ancora in corso e presenta diverse sfide, tra cui la comprensione delle complesse interazioni tra la pianta e i vari microrganismi, nonché l’individuazione dei microrganismi più efficaci nel controllo delle micotossine. Tuttavia, gli studi finora condotti suggeriscono che l’utilizzo di microrganismi benefici per limitare la crescita dei funghi patogeni e la produzione di micotossine potrebbe aprire nuove prospettive per garantire la sicurezza alimentare e ridurre la dipendenza da prodotti chimici sintetici. Un impegno continuo nella ricerca e nello sviluppo di strategie basate sul microbioma potrebbe aprire nuove opportunità per una produzione di mais più sicura, sostenibile ed efficiente [8] (Fig. 2).
Agenti di Controllo Biologico (BCA) nel microbioma del mais
All’interno del microbioma del mais, si trovano numerosi ceppi di batteri e funghi che possono essere utilizzati come Agenti di Controllo Biologico (Biological Control Agents – BCA) per contrastare le malattie e le infezioni fungine. Il concetto di BCA si basa sull’utilizzo di organismi vivi o dei loro prodotti metabolici per ridurre l’incidenza o la gravità delle malattie nelle colture [10].
Tra i BCA più comunemente impiegati per combattere i patogeni del mais figurano:
Trichoderma spp., microrganismo benefico utilizzato contro Fusarium spp. e Rhizoctonia spp. grazie alla produzione di sostanze antimicrobiche e enzimi che degradano le pareti cellulari dei patogeni;
Bacillus spp. e Pseudomonas spp., batteri benefici che proteggono il mais da Fusarium spp. e Pythium spp. (il primo) e contro la maculatura batterica (il secondo) producendo antibiotici naturali e riducendo le risorse a disposizione dei patogeni per ridurre la loro capacità di infettare le piante;
- Beauveria bassiana, fungo entomopatogeno utilizzato per controllare gli insetti che possono trasmettere malattie al mais;
virus antagonisti ipovirulenti che si moltiplicano all’interno delle piante e inducono una risposta di difesa per le piante dalla replicazione e dalla diffusione dei virus ipervirulenti [4].
Benefici dell’utilizzo di Agenti di Controllo Biologico (BCA)
L’uso di BCA offre numerosi vantaggi rispetto ai metodi convenzionali di controllo delle malattie:
controllo patogeni attraverso predazione, parassitismo o produzione di sostanze antimicrobiche;
riduzione degli agrofarmaci sintetici con conseguenti benefici per la salute umana e la riduzione dell’inquinamento ambientale;
sostenibilità agricola: I BCA, essendo organismi naturali, contribuiscono a mantenere l’equilibrio negli ecosistemi agricoli e preservare la biodiversità, promuovendo la sostenibilità a lungo termine;
miglioramento qualità delle colture: La riduzione delle malattie influenza positivamente la resa e l’aspetto estetico [11];
nel caso specifico dei funghi tossinogeni del mais, gli effetti dei fungicidi sono spesso inaffidabili, essendo il loro utilizzo spesso associato ad una grande produzione di micotossine.
Microbioma del mais e BCA: verso una coltura più sicura
La ricerca attuale mostra promettenti sviluppi nell’uso del microbioma del mais e dei Biological Control Agents (BCA) per una produzione di mais più sicura e sostenibile, riducendo la dipendenza dai pesticidi chimici.
Ringraziamenti
La ricerca si è svolta nell’ambito del Progetto GEMMA (GEnotipi di Mais lombardo e MicrobiomA: nuove prospettive per il controllo di funghi tossinogeni e l’adattamento ai cambiamenti climatici – 2020-2023 – Bando Ricerca Regione Lombardia.
—
Speriamo che tu abbia trovato la lettura di questo articolo sulle MICROBIOMA CONTRO LE MICOTOSSINE DEL MAIS interessante. Per altri contenuti simili, consulta la sezione Ricerca e Sviluppo del nostro sito web. E se vuoi restare sempre al passo con le ultime novità in fatto di Agrifood, iscriviti alla nostra Newsletter!
- Erenstein, O., Jaleta, M., Sonder, K., Mottaleb, K., & Prasanna, B. M. (2022). Global maize production, consumption and trade: trends and R&D implications.
- The uses of corn: Industries affected by high corn prices | World Economic Forum.
- Global Corn Based Ingredients Market – 2022-2029 – GII.
- Lyn, M. E., Abbas, H. K., Zablotowicz, R. M., & Johnson, B. J. (2009). Delivery systems for biological control agents to manage aflatoxin contamination of preharvest maize. Food Additives and Contaminants – Part A, 26(3), 381–387.
- Thakare, D., Zhang, J., Wing, R. A., Cotty, P. J., & Schmidt, M. A. Aflatoxin-free transgenic maize using host-induced gene silencing.
- Tanumihardjo, S. A., McCulley, L., Roh, R., Lopez-Ridaura, S., Palacios-Rojas, N., & Gunaratna, (2020). Maize agro-food systems to ensure food and nutrition security in reference to the Sustainable Development Goals. In Global Food Security (Vol. 25). Elsevier B.V.
- Nicolás Gálvez, R. R. C. B. Buone pratiche agricole e conservazione della biodiversità: nuove sfide per l’agricoltura da esportazione.
- Jat, S. L., Suby, S. B., Parihar, C. M., Gambhir, G., Kumar, N., & Rakshit, S. (2021). Microbiome for sustainable agriculture: a review with special reference to the corn production system. In Archives of Microbiology (Vol. 203, Numero 6, pagg. 2771–2793). Springer Science and Business Media Deutschland GmbH.
- Singh, R., & Goodwin, S. B. (2022). Exploring the Corn Microbiome: A Detailed Review on Current Knowledge, Techniques, and Future Directions. PhytoFrontiersTM, 2(3),158–175.
- Pereira, P., Nesci, A., Castillo, C., & Etcheverry, M. (2010). Impact of bacterial biological control agents on fumonisin B1 content and Fusarium verticillioides infection of field-grown maize. Biological Control, 53(3), 258–266.
- Velivelli, S. L. S., De Vos, P., Kromann, P., Declerck, S., & Prestwich, B. D. (2014). Biological control agents: From field to market, problems, and challenges. In Trends in Biotechnology (Vol. 32, Numero 10, pagg. 493–496). Elsevier Ltd.
Anna Barriviera
Laureata in Biotechnologies for the Bioeconomy a Milano, attualmente ricopre il ruolo di Project Manager presso il Consorzio Italbiotec dove gestisce progetti finanziati da Unione Europea, Ministero dello Sviluppo e Regione Lombardia nel settore dell’Agrofood.
Carlotta Balconi
Dirigente tecnologo al CREA di Bergamo, laureata in Scienze Biologiche all'Università di Milano. Ha esperienza negli USA presso la Montana State University come “visiting scientist” ed è “Genebank curator” della collezione di mais del Centro. È responsabile di progetti di ricerca su risorse genetiche di mais a livello nazionale e internazionale e guida il Maize Working Group italiano nell'ECPGR.
Alessandro Passera
Ricercatore a tempo determinato (Lettera B) – Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali. Ha anni di esperienza nello studio di microrganismi di biocontrollo e di patogeni fungini del mais, in particolare Fusarium verticillioides, come attestator dalle numerose pubblicazioni scientifiche su queste tematiche.
Consorzio Italbiotec
Consorzio pubblicato-privato leader in Italia nel settore delle biotecnologie industriali, che da oltre vent’anni promuove lo sviluppo scientifico e il trasferimento tecnologico attraverso la collaborazione tra start-up biotecnologiche, aziende, università e centri di ricerca nelle Scienze della Vita, Agroalimentare e Bioeconomia con lo scopo di supportare la crescita e l’innovazione sostenibile
CREA
Il CREA, Centro di Ricerca Cerealicoltura e Colture Industriali di Bergamo, provvede alla conservazione, utilizzazione e valorizzazione delle risorse genetiche maidicole locali e delle accessioni di interesse europeo e mondiali (in particolare Bolivia, Messico) nell’ambito di progetti di ricerca nazionali ed internazionali. Il centro è situato in un terreno di 25 ettari (Azienda Salvagna) per prove agronomiche e possiede una vasta Banca del Germoplasma con oltre 5700 accessioni, tra cui linee inbred, varietà locali e estere.
