Εφαρμογή μεταβολομικής in vitro και in planta με σκοπό τη βελτιστοποίηση μέτρων φυτοπροστασίας έναντι του γλοιοσπορίου της ελιάς (Colletotrichum acutatum s.s.)

Abstract

Η ελιά (Olea europaea L.) αποτελεί ένα από τα σημαντικότερα καλλιεργούμενα είδη στην Ελλάδα, παράγοντας υψηλής ποιότητας προϊόντα. Ωστόσο, οι έντονες προσβολές ελαιοποιήσιμων και επιτραπέζιων ποικιλιών που έχουν σημειωθεί κατά τα τελευταία χρόνια λόγω της εμφάνισης του γλοιοσπορίου (Colletotrichum spp.) σε βασικές ελαιοπαραγωγικές περιοχές της χώρας μας, έχουν οδηγήσει σε σοβαρές απώλειες παραγωγής. Ερευνητικά δεδομένα της ομάδας μας (Pesticide Metabolomics Group, Γ.Π.Α.) έχουν αποδείξει ότι στις Π.Ε. Λακωνίας και Μεσσηνίας, από τις οποίες πραγματοποιήθηκαν δειγματοληψίες προσβεβλημένων ελαιοκάρπων, κυριαρχεί το σύμπλοκο είδος Colletotrichum acutatum, ενώ διαφορετικοί μορφότυποι του μύκητα έχουν απομονωθεί. Επιπρόσθετα, τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι μορφότυποι αυτού παρουσίασαν διαφορετική μολυσματική ικανότητα και επίπεδα ευαισθησίας σε επιλεγμένες δραστικές ουσίες μυκητοκτόνων. Στην παρούσα μελέτη, εφαρμόστηκε GC/EI/MS μεταβολομική ανάλυση με σκοπό την ανάλυση του μεταβολικού προφίλ των παραπάνω μορφοτύπων. Επιπρόσθετα, εφαρμόστηκαν in planta και αξιολογήθηκαν με την ίδια μέθοδο σύγχρονα φυτοπροστατευτικά προϊόντα (Φ.Π.) ως βιοδιεγέρτες σε δενδρύλλια ελιάς. Οι περαιτέρω αναλύσεις βιοπληροφορικής έδειξαν διαφορές μεταξύ των μεταβολωμάτων των μορφοτύπων του Colletotrichum acutatum species complex, στις οποίες μπορούν να αποδοθούν οι διαφορές του στην παθογένεια και την ευαισθησία στα εφαρμοζόμενα μυκητοκτόνα, ενώ ανακαλύφθηκαν μεταβολίτες-βιοσημαντές (π.χ. το phenylacetic acid). Ομοίως, καταγράφηκαν διαφορές στα μεταβολικά προφίλ μεταξύ των διαφορετικών επεμβάσεων με βιοδιεγέρτες στα δενδρύλλια ελιάς, και ανακαλύφθηκαν μεταβολίτες-βιοσημαντές της αντίδρασης του φυτού στους εφαρμοζόμενους βιοδιεγέρτες, (π.χ. οι α,α-trehalose και myo-inositol), οι οποίοι παίζουν σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό των φυτών, όπως στις αντιδράσεις σε καταπονήσεις. Τα αποτελέσματα επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα των πρωτοκόλλων που εφαρμόστηκαν κατά τις αναλύσεις, δίνοντας μια αξιοσημείωτη προοπτική στην παρακολούθηση της ασθένειας και στην περαιτέρω αξιολόγηση και μελέτη της δράσης νέων βιοδραστικών πηγών με σκοπό την χρήση τους επικουρικά με ήδη εγκεκριμένα Φ.Π. Κρίνεται αναγκαία, επομένως, η διεξαγωγή πειραμάτων μεγαλύτερης κλίμακας και η αξιοποίηση της μεταβολομικής ανάλυσης, ενώ τα αποτελέσματα αυτά θα πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά το σχεδιασμό των προγραμμάτων φυτοπροστασίας.

Olive tree (Olea europaea L.) represents one of the most important cultivated plant species in Greece, producing high quality products. However, heavy infections that have been recorded in recent years by olive anthracnose (Colletotrichum spp.) in the main olive-growing areas of the country, cause significant yield losses. Research data of our team (Pesticide Metabolomics Group, AUA) confirmed that the main cause of the infections in the prefectures of Laconia and Messinia, from which samples of infected olive fruits were taken, was the fungus Colletotrichum acutatum species complex, with various of its morphotypes being isolated. Moreover, the results revealed that these morphotypes exhibit variable pathogenicity and sensitivity to the fungicides. In the present study, GC/EI/MS metabolomics analysis was employed for the dissection of the isolated morphotypes’ metabolism. Additionally, new plant protection products (PPPs) were evaluated in planta as biostimulants in young olive tress (Olea europaea L.) by GC/EI/MS metabolomics. Metabolomics/bioinformatics analyses revealed differences between the metabolomes of the isolated morphotypes of C. acutatum species complex. The observed differences in their pathogenicity and resistance to fungicides could be attributed, at least partly, to the fluctuations in their metabolomes (e.g. phenylacetic acid). Similarly, differences in the metabolic profiles of olive trees were observed following treatments with the different biostimulants. Metabolites-biomarkers of the plant's response to the applied plant protection products were detected (e.g.α,α-trehalose and myo-inositol), which play an important role in plant metabolism, as in plant responses to stresses. Results confirmed the effectiveness of the developed bioanalytical protocols, giving a remarkable perspective on the monitoring of the disease and the further evaluation and study of the action of new bioactive sources and their potential implementation in plant protection. Nonetheless, it is necessary to conduct further larger-scale experiments combined with metabolomics analysis in order to draw solid conclusions. Results of such studies should be taken into consideration during the design of plant protection programs.