ETD

• biocontrol
• biocontrollo
• effetto fungistatico
• fungistatic effect
• induction of resistance
• induzione di resistenza
• Vitis vinifera

Traditionally, plant disease management strategies have relied heavily on chemical treatments, particularly synthetic fungicides, to control pathogen outbreaks and maintain crop productivity. However, the extensive and prolonged use of these chemicals has raised serious concerns due to their detrimental effects on the environment, the emergence of resistant pathogen strains, and potential risks to human and animal health. In response to increasing regulatory restrictions and growing consumer demand for sustainable and environmentally friendly agricultural practices, research efforts have progressively shifted toward the development of alternative plant protection strategies. Within this framework, both public and private research institutions have focused on the discovery and characterization of eco-friendly bioactive compounds capable of enhancing plant defense mechanisms, by offering a promising approach to reducing the reliance on conventional chemical fungicides. The objective of this research was to investigate the mode of action of newly identified bioactive compounds for potential use in grapevine defense. By elucidating their direct and/or indirect effects, this work aims to provide innovative and sustainable tools to protect grapevines against major fungal pathogens while minimizing environmental impact. Chapter 2 presents a study designed to elucidate biochemical changes occurring in the bark and foliage of cypress clones inoculated with Seiridium cardinale. This work was essential for optimizing the methods used to determine phytohormones and signaling molecules, which were then applied in the following chapters. Chapters 3, 4 and 5 report the studies conducted to evaluate the mechanism of action of UPSIDE® (ABE-IT 56, S. cerevisiae strain DDSF623), a novel formulation developed by Kwizda Agro (Vienna, Austria; co-funder of the PhD grant). The work generally explored the investigation of resistance mechanisms activated by the treatment in grapevine leaves. Specifically, chapter 3 reports the results due to the application of UPSIDE® sprayed at full canopy on healthy potted grapevines (one week for three consecutive weeks, with leaf sampling performed every 24 hours after each treatment until the 5th day) kept under environmental controlled conditions. Samples were analysed for the major biochemical and molecular markers of induction of the signaling defense. In particular, phytohormones (i.e., Et, JA, SA and ABA) and oxidative stress markers (i.e., H2O2 and superoxide anion) were representative for the biochemical compounds, while for molecular analysis, genes encoding for the putative hypersensitive response marker hsr1, and for PR proteins, particularly pr1, pr2 or pr5, were considered. Other genes, such as pal1 or chi1b, encoding for phenylalanine-ammonia lyase and chitinase 1b, respectively, have been reported due to their early activation after biostimulant application. Chapter 4 investigates whether the application of UPSIDE® can induce biochemical changes in potted grapevines inoculated with Botrytis cinerea during early stages of infection (i.e., 1-, 3-, 24- and 48 hours post inoculation) and aims at evaluating also the potential antifungal activity by conducting in vitro test (i.e., inoculation of B. cinerea on growing substrates amended with UPSIDE®, at the concentration suggested by the company). In addition, microscopic pictures were taken, by staining in vivo samples with lactophenol cotton blue solution and observing them under optical microscope. Chapter 5 illustrates outcomes from an experimental trial aimed at elucidating the induction of plant defense responses in potted grapevines treated with UPSIDE® and then inoculated with Plasmopara viticola under environmental controlled conditions. Both biochemical and molecular analysis were carried out at early stages of infection (2-, 5-, 24- and 72 hours after inoculation) and, to evaluate the potential inhibitory effect of UPSIDE® on P. viticola disease severity, a leaf disc assay was also performed. Chapter 6 and 7 report the studies aimed at evaluating the effects of exposing sweet basil plants to monochromatic LED light supplementation (i.e., polychromatic, narrowband green, blue and red) or ozonated water (OW). Specifically, chapter 6 describes the characterization of chemical composition and yield of the essential oils extracted from plants subjected to these controlled stresses, as well as the results of in vitro tests assessing the potential antifungal activity of the oils against B. cinerea. Chapter 7 focuses on basil essential oil ability to inhibit the in planta development of the B. cinerea mycelium, while also examining the direct effects of the essential oil application on grape quality. Finally, chapter 8 reports a general conclusion and highlights the main results obtained overall the PhD work.

Tradizionalmente, le strategie di gestione delle malattie delle piante si sono basate in larga misura su trattamenti chimici, in particolare fungicidi di sintesi, per controllare gli agenti patogeni e mantenere la produttività delle colture. Tuttavia, l’uso estensivo e prolungato di queste sostanze ha sollevato serie preoccupazioni a causa dei loro effetti dannosi sull’ambiente, dell’emergere di ceppi patogeni resistenti e dei potenziali rischi per la salute umana e animale. In risposta alle crescenti restrizioni normative e alla crescente domanda dei consumatori di pratiche agricole sostenibili ed ecocompatibili, la ricerca si è progressivamente orientata verso lo sviluppo di strategie alternative di protezione delle piante. In questo contesto, istituzioni di ricerca pubbliche e private si sono concentrate sull’identificazione e la caratterizzazione di composti bioattivi eco-compatibili in grado di potenziare i meccanismi di difesa delle piante, offrendo un approccio promettente per ridurre la dipendenza dai fungicidi chimici convenzionali. L’obiettivo di questa ricerca è stato quello di indagare il meccanismo d’azione di nuovi composti bioattivi per un potenziale impiego nella difesa della vite. Attraverso l’elucidazione dei loro effetti diretti e/o indiretti, questo lavoro mira a fornire strumenti innovativi e sostenibili per proteggere la vite dai principali patogeni fungini, minimizzando al contempo l’impatto ambientale. Il Capitolo 2 presenta uno studio volto a chiarire i cambiamenti biochimici che si verificano nella corteccia e nel fogliame di cloni di cipresso inoculati con Seiridium cardinale. Questo lavoro è stato fondamentale per ottimizzare i metodi utilizzati per la determinazione dei fitormoni e delle molecole di segnalazione, successivamente applicati nei capitoli seguenti. I Capitoli 3, 4 e 5 riportano gli studi condotti per valutare il meccanismo d’azione di UPSIDE® (ABE-IT 56, S. cerevisiae ceppo DDSF623), una nuova formulazione sviluppata da Kwizda Agro (Vienna, Austria; co-finanziatore della borsa di dottorato). Il lavoro ha esplorato in generale i meccanismi di resistenza attivati dal trattamento nelle foglie di vite. In particolare, il Capitolo 3 riporta i risultati ottenuti a seguito dell’applicazione di UPSIDE® mediante irrorazione a piena chioma su viti sane in vaso (una volta a settimana per tre settimane consecutive, con campionamento fogliare effettuato ogni 24 ore dopo ciascun trattamento fino al quinto giorno) mantenute in condizioni ambientali controllate. I campioni sono stati analizzati per i principali marcatori biochimici e molecolari coinvolti nell’induzione di risposte di difesa. In particolare, tra i composti biochimici sono stati considerati i fitormoni (Et, JA, SA e ABA) e i marcatori di stress ossidativo (H₂O₂ e anione superossido), mentre per l’analisi molecolare sono stati presi in esame i geni codificanti per il marcatore della risposta ipersensibile hsr1 e per le proteine PR, in particolare pr1, pr2 e pr5. Altri geni, quali pal1 e chi1b, codificanti rispettivamente per la fenilalanina ammonio-liasi e la chitinasi 1b, sono stati considerati per la loro attivazione precoce in seguito all’applicazione del biostimolante. Il Capitolo 4 indaga se l’applicazione di UPSIDE® sia in grado di indurre cambiamenti biochimici in viti in vaso inoculate con Botrytis cinerea nelle fasi iniziali dell’infezione (1, 3, 24 e 48 ore post-inoculazione) e valuta inoltre la potenziale attività antifungina mediante test in vitro (inoculazione di B. cinerea su substrati di crescita addizionati con UPSIDE®, alla concentrazione suggerita dall’azienda). Inoltre, sono state acquisite immagini microscopiche colorando campioni in vivo con soluzione di lattofenolo blu cotone e osservandoli al microscopio ottico. Il Capitolo 5 illustra i risultati di una prova sperimentale volta a chiarire l’induzione delle risposte di difesa in viti in vaso trattate con UPSIDE® e successivamente inoculate con Plasmopara viticola in condizioni ambientali controllate. Sono state effettuate analisi biochimiche e molecolari nelle prime fasi dell’infezione (2, 5, 24 e 72 ore dopo l’inoculazione) e, per valutare il potenziale effetto inibitorio di UPSIDE® sulla severità della malattia causata da P. viticola, è stato eseguito anche un saggio su dischi fogliari. I Capitoli 6 e 7 riportano gli studi volti a valutare gli effetti dell’esposizione di piante di basilico a integrazione luminosa LED monocromatica (policromatica, banda stretta verde, blu e rossa) o ad acqua ozonizzata (OW). In particolare, il Capitolo 6 descrive la caratterizzazione della composizione chimica e della resa degli oli essenziali estratti da piante sottoposte a questi stress controllati, nonché i risultati dei test in vitro per valutare la potenziale attività antifungina degli oli contro B. cinerea. Il Capitolo 7 si concentra sulla capacità dell’olio essenziale di basilico di inibire lo sviluppo in planta del micelio di B. cinerea, esaminando al contempo gli effetti diretti dell’applicazione dell’olio essenziale sulla qualità dell’uva. Infine, il Capitolo 8 riporta le conclusioni generali e mette in evidenza i principali risultati ottenuti nel complesso del lavoro di dottorato.