Gibberella zeae (també conegut amb el nom del seu anamorf, Fusarium graminearum), és una espècie de fong ascomicot de l'ordre dels hipocreals (Hypocreales).Hyde, K.D. 2024. The 2024 Outline of Fungi and fungus-like taxa. Mycosphere, 15(1): 5146-6239, Doi 10.5943/mycosphere/15/1/25, ISSN 2077 7019. Versió web. És un fong patogen de les plantes (o fitopatogen) que causa la fusariosi (o Fusarium Head Blight) en conreus de blat, sègol i ordi. És el responsable de diverses problemàtiques en el sector agrícola i de la salut humana, ja que provoca pèrdues econòmiques de milers de milions d'euros a escala mundial. A més, produeix toxines perjudicials per als animals que consumeixen aquest cereal.De Wolf ED, Madden LV, Lipps PE (2003): Risk assessment models for wheat Fusarium head blight epidemics based on within-season weather data. Phytopathology 93: 428-435.
Habita principalment en ambients humits i és menys present en aquells territoris on l'ambient és sec, és a dir, on l'aigua és un factor limitant. Es tracta d'un fong amb un gran impacte sobretot a Amèrica del Nord, Europa central, Canadà i Xina.
Cicle biològic miniatura|324x324px|Cicle asexual i sexual de Fusarium graminearum. miniatura|Fusariosi en blat causada per G. zeae (inoculació artificial)|211x211pxF. graminearum és un fong homotàl·lic i té un cicle vital haploide. Els inòculs primaris normalment procedeixen dels rebuts de plantes infectades al sòl, on el fong hiberna com a clamidòspora. Les condiciones temperades i humides de la primavera afavoreixen la germinació d'aquestes i el posterior desenvolupament i maduració dels peritecis que formaran els ascs que donaran lloc a les ascòspores (forma sexual Gibberella zeae). Aquesta germinació es dona de forma simultània a la floració dels cultius de cereals.Beyer M, Verreet J-A (2005): Germination of Gibberella zeae ascospores as affected by age of spores after discharge and environmental factors. European Journal of Plant Pathology 111: 381-389.
Les ascòspores madures són alliberades quan les estructures de reproducció del fong s'hidraten i aquestes es dispersen pel vent, la pluja o els insectes fins a les plantes hoste. El fong no penetra directament a l'epidermis, sinó que les hifes creixen cap als estomes i altres parts de les inflorescències de la planta.
Les ascòspores germinen a temperatures entre 4 i 35 °C, amb un òptim de 25 a 28 °C. La germinació només té lloc a una humitat relativa superior al 80%. En ambients càlids i humits la probabilitat d'infecció és molt alta. Normalment, ocorre en períodes de pluja, durant la floració. Algunes arriben les anteres del blat i d'altres, si l'ambient és favorable, germinen i penetren a la flor. Durant la floració les anteres estan més exposades i la temperatura i la humitat relativa són altes.
Les espores poden germinar en 6 hores sobre la superfície de la planta. Després de la infecció amb ascòspores, el fong produeix macroconidis per la reproducció asexual, micòspores que no estan protegides per cap esporangi.Beyer M, Röding S, Ludewig A, Verreet J-A (2004): Germination and survival of Fusarium graminearum macroconidia as affected by environmental factors. Journal of Phytopathology 152: 92-97. Aquestes estructures passen l'hivern en el sòl o en residus de les plantes i donen lloc al miceli en l'estació següent. Els macroconidis són els responsables de la propagació de la malaltia i aquests es produeixen al peu de la planta.
Aquest fong hiverna com a clamidòspores en els residus del cultiu. La infecció primària és procedent d'aquest inòcul, les llavors infectades no germinen correctament i les plàntules no sobreviuen, disminuint la densitat del cultiu notablement. F. graminearum infecta les espigues del blat des de l'antesi fins a l'estadi de gra tou de la llavor.
La fusariosi El fong F. graminearum és l'agent causant de la fusariosi en hostes com el blat i l'ordi, dos cereals amb gran rellevància econòmica.Bai G, Shaner G (2004):Management and resistance in wheat and barley to Fusarium head blight. Annual Review of Phytopathology 42: 135-161 La malaltia afecta les espigues del cereal durant l'època de floració en condicions d'alta humitat i temperatura. La planta és més susceptible a patir la malaltia quan es troba en ambients amb una humitat relativa major al 90% i temperatures compreses entre els 25-28 °C. Aquestes condicions solen reunir-se en períodes de pluja.
L'inici de la infecció de l'hoste es produeix per diferents factors de virulència, principalment micotoxines i enzims degradadors de la paret cel·lular, debilitant les cèl·lules de l'hoste. Un cop el fong penetra, mitjançant apressoris, en el teixit de la planta hoste, pot absorbir els seus nutrients, i a mesura que creix el fong avança cap a teixits més interns causant dany progressiu fins a la necrosi de la planta.
Un cop produïda la infecció, la composició química i les propietats físiques dels grans del blat es modifiquen. A més, es poden complicar els símptomes si el fong produeix micotoxines, contaminant les llavors, ja que són perjudicials tant per a la salut humana com animal. Alguns dels símptomes són: pèrdua del rendiment del gra, pèrdua de la qualitat del cereal, canvis en la composició dels aminoàcids del blat, llavors migrades.Beyer M, Aumann J (2008): Effects of Fusarium infection on the amino acid composition of winter wheat grain. Food Chemistry 111: 750-754.
Zearalenona i desoxinivalenol: micotoxines de Fusarium graminearum D'entre les micotoxines produïdes per F. graminearum, les més rellevants són la zearalenona i el desoxinivalenol. miniatura|Estructura molecular del desoxinivalenol miniatura|Estructura molecular de la zearlenona El desoxinivalenol, més conegut com a vomitoxina, és un compost capaç de perjudicar els animals que consumeixen aliments basats en blat. Els causa efectes com vòmits, pèrdua de pes, alteració del sistema immune, inhibició de la biosíntesi de les proteïnes i defectes en la reproducció. La presència del desoxinivalenol és la que fa sospitar que la planta pateix la malaltia, és considerada una toxina indicadora d'infecció. En els humans resulta una micotoxina perillosa a causa de la ingestió d'aliments contaminats amb aquesta. Diversos estudis amb porcs, ratolins i remugants destaquen la capacitat del desoxinivalenol per provocar no només efectes tòxics aguts, sinó també efectes crònics.
La zearalenona és una de les micotoxines contaminants més comunes en grans com el blat de moro, el blat, l'ordi, l'arròs i la melca, de forma que pot contaminar productes derivats com el pa, galetes o els cereals d'esmorzar. La seva estructura molecular, similar a estrògens com l'estriol, l'estrona o l'estradiol, suposa de gran rellevància gràcies a la seva capacitat d'interferència amb els nivells d'estrògens al bestiar i aviram alimentats amb aquest tipus de grans, produint diversos trastorns reproductius en aquests animals com ara esterilitat. La zearalenona i els seus metabòlits derivats són ingerits (sigui bé per productes vegetals o animals) i és absorbida per l'organisme, generant diferents efectes immunotòxics i hepatotòxics en humans. També pot tenir efectes negatius sobre la coagulació de la sang i altres dels seus paràmetres.
Degut a la importància que suposa la presència d'aquestes micotoxines en els aliments, hi ha una sèrie de límits microbiològics que determinen quina és la quantitat màxima que hi pot haver d'aquestes als aliments: +Límits microbiològics establerts pel desoxinivalenolAgènciaEspecificacionsLímit (ppm)FDAGrans i derivats de grans destinats al consum per remugants i bestiar boví majors de 4 mesos i pollastres.10Grans i derivats de grans destinats al consum per porcs i altres animals.5En productes derivats del blat que podrien ser consumits potencialment per humans.1 +Límits microbiològics establerts per la zearalenonaAgènciaEspecificacionsLímit (ppm)FDABlat de moro i productes derivats, arròs i productes derivats, soja i productes derivats, alimentació per cavalls i conills, alimentació per gossos, gats, ramat i aviram.No establert No obstant l'absència de criteris microbiològics establerts per la FDA respecte a la zearalenona, aquesta sí que està regulada en altres països com Àustria, Hongria, Romania, Rússia i Uruguai.
Hostes F. graminearum principalment causa fusariosis en blat (gènere Triticum), ordi (gènere Hordeum), arròs (gènere Oryza), civada (gènere Avena) i podridura de tiges del blat de moro (gènere Zea). També pot infectar a altres plantes sense causar símptomes. S'ha trobat com a hoste dAgropyrom, Agrostis, Bromus, Calamagrostis, Censhrus, Cortaderia, Cucumis, Exhinochlea, Glycine, Hierochloe, Lolium, Lycopersicon, Medicago, Phleum, Poa, Schizachyrium, Secale, Setaria, Sorghum iTrifolium. Factors de virulència Els fitopatògens han desenvolupat diverses estratègies per a poder penetrar en la planta, infectar-la i colonitzar els seus teixits. Aquestes estratègies es basen en l'evasió del sistema de defensa de la planta. Per conèixer com aquests patògens desenvolupen els mecanismes es fan estudis moleculars com la seqüenciació de nova generació (NGS) i la proteòmica.F. graminearum és un fong necròtrof, produeix enzims de degradació de la paret cel·lular i toxines. El teixit vegetal exposat a aquests compostos perd fermesa. A mesura que el contingut cel·lular proporciona aliment al fong, creix i avança cap als teixits interns. La malaltia s'estén i finalment, depenent d'altres factors, la part afectada pateix necrosi.
En les plantes, l'àcid siàlic té un paper important en la regulació de les respostes de defensa contra els patògens. S'ha vist que F. graminearum té un enzim anomenat salicilat hidroxilasa que és capaç de degradar l'àcid siàlic, inhibint així la senyalització de defensa mediada per l'àcid siàlic en les plantes.
Diferències entre soques En investigacions s'ha fet proves amb 8 soques diferents de F. graminearum per tal de conèixer millor el fong i així poder desenvolupar millors tractaments contra les infeccions que causa. Les soques MDC_Fg1, MDC_Fg5, MDC_Fg8, MDC_Fg13, MDC_Fg202, MDC_Fg851, MDC_Fg593, MDC_FgU1 presenten una mida del genoma i mida de la regió codificant, similar, entre 36 Mb i 37 Mb, i entre 50% i 52%, respectivament. Per altra banda, tenen diferències significatives en el nombre d'exons i introns, diferències d'aproximadament 2.000 unitats.
Mitjançant experiments d'infecció amb les diferents soques i observant els símtomes, se sap que les soques MDC_Fg1 i MDC_Fg593 són molt més agressives que les altres i no tenen relació proporcional amb el nombre d'exons o introns del genoma. Se sap que les soques més virulentes codifiquen proteïnes que altres no codifiquen o tenen la proteïna mutada. També passa que les menys agressives han perdut gens codificants de proteïnes que actuen com a factor de virulència com passa amb la soca MDC_FgU1, que és la menys virulenta.
Interacció amb altres microorganismes Les interaccions amb altres organismes, com ara sinergismes, poden influir en gran manera en l'eficàcia de la infecció i en les probabilitats que aquesta es dugui a terme.
Sinergisme amb Sitobion avenae miniatura|170x170px|Exemplar de S. avenae Un cas interessant és l'augment de la patogenicitat i la capacitat infectiva de F. graminearum durant la seva interacció amb Sitobion avenae, el pulgó dels cereals. Aquesta interacció és beneficiosa pel fong, ja que S. avenae allibera nutrients i aquests són aprofitats pel fong, accelerant el creixement i la producció de micotoxines. A més, el fong és capaç de destruir molècules produïdes pel sistema de defensa de la planta, com l'àcid siàlic. Aquest compost és produït per la planta. En quan l'herbívor l'ha infectat. Com F. graminearum pot metabolitzar aquest compost, redueix la resposta dependent d'àcid siàlic i això pot millorar l'aptitud de S. avenae quan coexisteixen a les mateixes plantes de blat. miniatura|170x170px|Microscopia òptica, de S. maltophilia