ETD

• additive effect
• biocontrol
• Clonostachys
• co-inoculation
• Fusarium head blight
• mycotoxins
• Trichoderma

Biological control is a sustainable strategy for crop protection which reduces chemical input. Biological control thus addresses the challenges of global population growth, climate change, and food security. The modern framework of bioprotection encompasses biological control agents (BCAs) which are living organisms and viruses that actively target pathogens. Effective biocontrol requires three essential components: the pest, the BCA(s), and the plant host.
Plant pathogens account for up to 40% of pre- and post-harvest losses, including yield reduction and mycotoxin contamination. Fusarium head blight (FHB) in wheat is caused primarily by Fusarium graminearum (Fg). This disease has increased in Europe over the past 30 years. Conventional fungicides provide limited protection and raise concerns about sustainability and food safety. Biological Control Agents (BCAs) offer eco-friendly alternatives by suppressing pathogens, enhancing crop resilience, and contribute to meeting the UN Sustainable Development Goals and the European Grenn Deal initiatives that promote integrated pest management (IPM).
BCA efficacy under field conditions is influenced by plant genotype, environmental stresses, and production or formulation limitations. Multi-strain or combined BCA approaches have emerged as promising solutions. Co-inoculation or sequential application of compatible BCAs can exploit functional complementarity, enhance stress tolerance, colonization of rhizosphere and phyllosphere, and stabilize disease suppression. Combined application may also integrate chemical, physical, or elicitor-based treatments. Fungal BCAs, particularly Trichoderma and Clonostachys species, are versatile and environmentally adaptable, capable of endophytic colonization, inducing systemic resistance, and directly antagonizing pathogens.
T. gamsii T6085(Tg) and C. rosea IK726 (Cr) are model isolates for FHB management. T6085 significantly reduced the disease severity by 57% when applied to wheat spikes at anthesis, without major impact on the wheat microbiome. IK726 was effective as seed coating or foliar spray, reducing FHB severity by up to 50% and lowering DON levels by 30%. Both isolates demonstrated, when used alone, broad activity across cereals.
FHB complexity, due to pathogen diversity, narrow host susceptibility, and environmental variability, necessitates integrated approaches. Combining Tg and Cr was hypothesized to improve disease control, stabilize performance, and exploit complementary mechanisms. In vitro and in planta assays showed minimal antagonism between isolates, while both differentially modulated defence-related genes in the host depending on tissue and timing. Application of Tg + Cr differently upregulated Lox1 and PGIP2, on healthy and infected spikes, respectively. These mechanisms were observed already at 72 hpi with the BCAs alone and at 24 hpi in presence of the pathogen. At growth chamber scale the co-inoculation reduced FHB symptoms by 93% and perithecia development by 96%.
Greenhouse trials confirmed improved performance given by the co-inoculation, assessing a reduction in disease incidence and severity of about 45%. Disease progression was slowed down only by the combined inoculation, and it also stabilized variability among replicates, suggesting a more consistent performance. Fg DNA abundance was reduced by 94% and the co-inoculation boosted Cr biomass production. DON level was reduced by 59% as well as the damaged kernels and finally the 1000-kernel weight was increased by 28% by Tg + Cr. Additive effects were confirmed via Bliss Independence model.
In conclusion, co-application of Tg and Cr represents a robust and sustainable FHB management strategy. By leveraging additive effects, complementary modes of action, and modulation of host defence response, this approach consistently enhances disease suppression, improves grain quality, and reduces mycotoxin accumulation. Integration to IPM programmes should reduce chemical input, enhance crop resilience, and contribute to sustainable cereal production. Future work should focus on early-stage mechanistic interactions, optimized inoculation protocols, and large-scale field evaluation to further integrate these BCAs into advanced sustainable management strategies.

Il controllo biologico è una strategia sostenibile per la protezione delle colture che riduce l’uso di prodotti chimici. Il controllo biologico affronta così le sfide legate alla crescita della popolazione globale, ai cambiamenti climatici e alla sicurezza alimentare. Il quadro moderno della bioprotezione comprende gli agenti di controllo biologico (BCAs, Biological Control Agents), che sono organismi viventi e virus che agiscono direttamente contro i patogeni. Un controllo biologico efficace richiede tre componenti essenziali: il parassita, il/i BCA e la pianta ospite.
I patogeni delle piante sono responsabili fino al 40% delle perdite pre- e post-raccolta, inclusi riduzione della resa e contaminazione da micotossine. La Fusarium head blight (FHB) nel grano è causata principalmente da Fusarium graminearum (Fg). Questa malattia è aumentata in Europa negli ultimi 30 anni. I fungicidi convenzionali offrono protezione limitata e sollevano preoccupazioni in termini di sostenibilità e sicurezza alimentare. Gli agenti di controllo biologico (BCAs) offrono alternative ecocompatibili sopprimendo i patogeni, migliorando la resilienza delle colture e contribuendo al raggiungimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite e delle iniziative del Green Deal europeo che promuovono la gestione integrata dei parassiti (IPM, Integrated Pest Management).
L’efficacia dei BCA in condizioni di campo è influenzata dal genotipo della pianta, dagli stress ambientali e dai limiti di produzione o formulazione. Approcci multi-ceppo o combinati di BCA sono emersi come soluzioni promettenti. La co-inoculazione o l’applicazione sequenziale di BCA compatibili può sfruttare la complementarità funzionale, migliorare la tolleranza allo stress, la colonizzazione di rizosfera e fillosfera e stabilizzare la soppressione della malattia. L’applicazione combinata può anche integrare trattamenti chimici, fisici o basati su elicitori. I BCA fungini, in particolare le specie di Trichoderma e Clonostachys, sono versatili e adattabili all’ambiente, capaci di colonizzazione endofitica, induzione di resistenze sistemiche e antagonismo diretto verso i patogeni.
T. gamsii T6085 (Tg) e C. rosea IK726 (Cr) sono isolati modello per la gestione della FHB. Tg T6085 ha ridotto significativamente la gravità della malattia del 57% quando applicato alle spighe di grano durante l’antesi, senza impatti significativi sul microbioma del grano. IK726 si è dimostrato efficace come trattamento dei semi o come spray fogliare, riducendo la gravità della FHB fino al 50% e abbassando i livelli di deossinivalenolo (DON) del 30%. Entrambi gli isolati hanno mostrato, quando utilizzati singolarmente, una attività ampia su cereali e altre colture.
La complessità della FHB, dovuta alla diversità dei patogeni, alla limitata suscettibilità degli ospiti e alla variabilità ambientale, richiede approcci integrati. Si è ipotizzato che la combinazione di Tg e Cr potesse migliorare il controllo della malattia, stabilizzare le prestazioni e sfruttare meccanismi complementari. Saggi in vitro e in planta hanno mostrato un antagonismo minimo tra gli isolati, mentre entrambi modulavano differenzialmente i geni correlati alla difesa nell’ospite a seconda del tessuto e del timing. L’applicazione di Tg + Cr ha regolato in modo differente i geni Lox1 e Pgip2 su spighe sane e infette, rispettivamente. Questi meccanismi sono stati osservati già a 72 hpi con i BCA singolarmente e a 24 hpi in presenza

del patogeno. In camera di crescita, la co-inoculazione ha ridotto i sintomi della FHB del 93% e lo sviluppo dei periteci del 96%.
I test in serra hanno confermato le migliori prestazioni ottenute dalla co-inoculazione, valutando una riduzione dell’incidenza e della gravità della malattia di circa il 45%. La progressione della malattia è stata rallentata solo dall’inoculazione combinata, che ha anche stabilizzato la variabilità tra le repliche, suggerendo prestazioni più consistenti. L’abbondanza di DNA di Fg è stata ridotta del 94% e la co-inoculazione ha incrementato la produzione di biomassa di Cr. I livelli di DON sono stati ridotti del 59%, così come i semi danneggiati, e infine il peso di 1000 semi è aumentato del 28% con Tg + Cr. Gli effetti additivi sono stati confermati tramite il modello Bliss Independence.
In conclusione, la co-applicazione di Tg e Cr rappresenta una strategia robusta e sostenibile per la gestione della FHB. Sfruttando effetti additivi, modalità d’azione complementari e modulazione della risposta difensiva dell’ospite, questo approccio aumenta in modo consistente la soppressione della malattia, migliora la qualità del grano e riduce l’accumulo di micotossine. L’integrazione nei programmi IPM dovrebbe ridurre l’uso di prodotti chimici, migliorare la resilienza delle colture e contribuire a una produzione cerealicola sostenibile. Studi futuri dovrebbero concentrarsi sulle meccaniche precoci di interazioni, sull’ottimizzazione dei protocolli di inoculazione e sulla valutazione su larga scala in campo per integrare ulteriormente questi BCA nelle strategie di gestione sostenibile avanzate.