Questa tesi ha contribuito alla comprensione del possibile contributo delle popolazioni evolutive all’aumento della resistenza delle colture all’accumulo di micotossine nell’attuale scenario di cambiamento climatico.

Fatma Celik, Tesi di Laurea Magistrale in Food Safety and Food Risk Management (Luglio 2024) Università degli Studi di Parma – docenti relatori Gianni Galaverna (fatma.celik@studenti.unipr.it; gianni.galaverna@unipr.it); Marco Gozzi (marco.gozzi@unipr.it)

Il presente lavoro di tesi è stato svolto nell’ambito del progetto di ricerca “Change-Up – Innovative agro-ecological APProaches to achieving resilience to climate CHANGE in Mediterranean countries” (finanziato nell’ambito di PRIMA, Partnership for Research and Innovation in the Mediteranean Area, dal MUR, PRIMA20_00168, Delibera N.0016787 del 19/11/2021), il cui obiettivo è valutare la suscettibilità/resistenza di colture di popolazioni evolutive di frumento rispetto a colture monovarietali.

Pertanto, l’obiettivo di questa tesi è stato quello di valutare la contaminazione da micotossine in popolazioni evolutive coltivate in diverse aree del Mediterraneo come approccio basato sull’agro-biodiversità per affrontare gli effetti dei cambiamenti climatici sulle colture. L’analisi delle micotossine è stata eseguita mediante cromatografia liquida accoppiata a spettrometria di massa per valutare la presenza di più micotossine in diverse popolazioni evolutive di frumento rispetto a colture monovarietali (utilizzate come controlli), in Marocco, Tunisia e Italia, al fine di indagare possibili differenze nella suscettibilità/resistenza all’accumulo di micotossine.

Il grano è una coltura autoimpollinante appartenente al genere Triticum, che comprende diverse specie come il monococco (Triticum monococcum), il farro dicocco (Triticum turgidum subs. dicoccum) e il grano rosso (Triticum aestivum subs. spelta), prodotti in Sudafrica e nella Turchia orientale. Il grano è ampiamente utilizzato in vari prodotti alimentari come pasta, pane, pizza e snack nei pasti quotidiani e, come alimento base, è stato il terzo prodotto più prodotto a livello globale nel 2022, secondo la FAO, con l’Europa terzo produttore mondiale. Sebbene siano stati sviluppati sistemi agricoli per la coltivazione di vari prodotti e varietà al fine di trovare soluzioni a condizioni meteorologiche estreme e alla variabilità climatica, si è osservato che la produzione di grano nell’area mediterranea può subire gravi perdite a causa di stress biotici e abiotici.

Le popolazioni evolutive (EP) (Ceccarelli & Grando, 2025), ovvero popolazioni geneticamente eterogenee di una singola specie evolute in un dato contesto ambientale, sono state considerate una possibile soluzione per l’adattamento delle colture alla gestione di questi stress. Le popolazioni evolutive subiscono adattamenti fenotipici e fenologici in ragione del luogo in cui sono coltivate adattandosi a differenti condizioni ambientali. Tali adattamenti, favoriti dall’ampia variabilità genotipica, consentono una progressiva ottimizzazione della performance agronomica in ambienti specifici, contribuendo alla mitigazione degli impatti negativi derivanti da fattori ambientali avversi quali parassiti, erbe infestanti e stress climatici. Pertanto, le EP diventano sempre più efficienti e si adattano gradualmente sia ai fattori biotici che abiotici durante i cambiamenti climatici.

Scopo della tesi

Nell’attuale scenario di cambiamento climatico, fattori quali temperature alterate e disponibilità idrica, eventi meteorologici estremi e cambiamenti nella composizione dell’atmosfera influenzano la produttività delle colture, nonché la qualità e la sicurezza dei prodotti derivati. Il cambiamento climatico può modificare la distribuzione dei fitopatogeni e influenzare le interazioni fra fitopatogeni e piante, rendendo queste ultime più suscettibili, consentendo loro di diffondersi in nuove regioni.

La crescente variabilità climatica aumenta il rischio di accumulo di micotossine nei campi e nelle fasi post-raccolta, comprese le strutture di stoccaggio commerciali e convenzionali. La contaminazione da micotossine ha gravi impatti economici sulle catene del valore alimentare e si prevede che tali impatti peggioreranno con il cambiamento climatico, ampliando anche le disuguaglianze nella sicurezza alimentare e nell’accesso al cibo, ponendo ulteriori oneri sulle comunità particolarmente vulnerabili alla sicurezza alimentare.

Le popolazioni evolutive di cereali possono adattarsi a diversi scenari climatici purché presentino un’ampia diversità genetica. Pertanto, le EP possono rappresentare una preziosa fonte per ottenere colture più resilienti al clima. Le EP, con la loro capacità di evolversi nel corso degli anni in risposta sia a fitopatogeni, che a stress abiotici come il clima e i metalli pesanti, rappresentano probabilmente la soluzione più rapida ed economica a un problema complesso e in continua evoluzione come il cambiamento climatico, con l’ulteriore potenziale vantaggio di stabilizzare le rese produttive.

Materiali e metodi

Questo studio ha indagato la presenza di molteplici micotossine in campioni di grano – popolazioni evolutive, varietà locali, varietà moderne e farro monococco – raccolti in Marocco, Tunisia e Italia (Roma e Parma). In Marocco, i campioni provenienti da Jahjouka, Boujdiane e Khmis Sahel includevano EP (Triticum turgidum subsp. durum), varietà locali (Zraai, Swini, Hmimer) e la varietà moderna Karim, coltivate in condizioni di basso apporto in campi agricoli con diverse la struttura del suolo e climi. In Tunisia, le EP e le varietà Karim e Maali sono state coltivate a Beja in condizioni semi-aride e a basso apporto.

In Italia, i campioni precedentemente analizzati provenienti da Roma e Parma includevano EP (Furat Floriddia, Li Rosi, BIO2), grano moderno (Monnalisa) e monococco (Norberto), coltivati in regime biologico o convenzionale con diverse precessioni colturali (frumento o legumi). In questo studio sono stati analizzati solo campioni provenienti da Marocco e Tunisia per la quantificazione delle micotossine e confrontati con i campioni raccolti nei campi sperimentali collocati in Italia. Dopo la macinazione dei campioni di grano, 2 g di campione sono stati estratti con 8 mL di miscela di acetonitrile/acqua/acido acetico (79:20:1, v/v/v) e sono stati omogeneizzati per 40-50 secondi in vortex. Gli estratti sono stati agitati per 90 minuti utilizzando un agitatore orizzontale; quindi, sono stati omogeneizzati per 1 minuto con vortex.

Successivamente, gli estratti sono stati centrifugati per 5 minuti a 4000 rpm e 1 mL del surnatante è stato trasferito in fiale prima dell’analisi LC-MS per determinare la presenza di Deossinivalenolo (DON), Deossinivalenolo-3-glucoside (DON3Glc), Nivalenolo (NIV), tossina T-2, tossina HT-2, Fumonisine (FB1, FB2, FB3), Zearalenone (ZEN), Enniatine (ENN A, ENN A1, ENN B, ENN B1) e Beauvericina (BEA). Per l’analisi si è utilizzato lo strumento UHPLC Dionex Ultimate 3000 accoppiato a uno spettrometro di massa a triplo quadrupolo TSQ Vantage (Thermo Fishcer Scientific, Waltham, USA) con colonna C18 (X-Select HSS T3 2,5 µm, 2,1×500 mm) e condizioni operative a 40°C, iniezione di 2 µL di campione, flusso di 0,3 ml/min.

Acqua (eluente A) e metanolo (eluente B) acidificando con CH₃COOH allo 0,2% v/v come eluizione a gradiente. Acetato di ammonio è stato aggiunto alla fase A alla concentrazione finale di 5 mM. La modalità di ionizzazione dello spettrometro di massa è stata impostata sia in positivo che in negativo. L’acquisizione dei dati è stata eseguita con il software Thermo Xcalibur 2.2 (Thermo Fisher Scientific, USA). La quantificazione delle micotossine è stata ottenuta mediante l’uso di standard commerciali impostando una curva di calibrazione a nove punti nel solvente (metanolo/acqua, 70:30 v/v).

Risultati

La presenza delle micotossine è risultata <LOQ o <LOD in tutti i campioni analizzati provenienti da Marocco e Tunisia in tutti i siti. Questo risultato è probabilmente dovuto all’andamento meteorologico che è stato sfavorevole all’infezione fungina. Per quanto riguarda i siti sperimentali italiani, i risultati sono stati analizzati per valutare possibili differenze statisticamente significative tra le colture testate. I valori medi (Tabella 1) presentano elevate deviazioni standard a causa della presenza di valori al di sotto dei limiti di quantificazione e di eterogeneità dei campioni.

Applicando comunque l’analisi statistica, sono state riscontrate differenze significative tra le popolazioni evolutive e le colture di controllo per quanto riguarda la presenza di micotossine. Infatti, analizzando i dati del campo sperimentale di Roma, è stata osservata una maggiore resistenza all’accumulo di DON ed ENN per EP Furat Floriddia (141±88 µg/kg) rispetto alla coltura di controllo Monnalisa (1297 ±600 µg/kg) in condizioni di precessione frumento.

Secondo l’ANOVA unidirezionale seguita dal test post-hoc T2 Tamhane (α= 0,05), le differenze significative riscontrate sono state tra Monnalisa (media: 1297±600 µg/kg) e Furat Floriddia (media: 141±88 µg/kg) dopo la precessione del grano (p: 0,010) e Monnalisa e Norberto (media: 42±38 µg/kg) dopo la precessione del grano (p: 0,023). Non vi è alcuna differenza significativa tra i campioni che seguono la precessione dei ceci per quanto riguarda il DON a Roma. (Tabella 1 e Figura 1). Tuttavia, non sono state riscontrate differenze significative per le altre condizioni testate nel sito sperimentale di Roma.

Per quanto riguarda l’azienda agricola Peri (Parma), secondo il test di Kruskal-Wallis, è stata riscontrata una differenza significativa tra BIO2 (522 ± 202 µg/kg) e Furat Li Rosi (86 ± 51 µg/kg) per la precessione con favino. Inoltre, non è stata riscontrata alcuna differenza significativa tra le colture testate nell’azienda agricola Stuard (Parma) e nell’azienda agricola Grossi (Parma). Secondo il test di correlazione di Spearman, è stata riscontrata una correlazione positiva significativa tra ENN B ed ENN B1 in Italia per tutte le varietà, in accordo con la letteratura attuale per il frumento. Tuttavia, questi risultati evidenziano anche l’esistenza di differenze rilevanti tra le popolazioni evolutive. Tale variabilità non è stata sorprendente date le differenze nella composizione della popolazione e negli ambienti in cui si sono evolute.

Tabella 1: Presenza di micotossine nei campioni di Roma, anno 2023. I dati sono espressi come media ± DS, le differenze significative tra le colture sono state indicate tramite lettere.

Conclusioni

Questa tesi ha contribuito alla comprensione del possibile contributo delle popolazioni evolutive all’aumento della resistenza delle colture all’accumulo di micotossine nell’attuale scenario di cambiamento climatico. È noto che le tendenze climatiche influenzano fortemente la presenza di micotossine nelle prove di campo aperto, così come molti altri fattori non considerati in questo lavoro: ciò non ha sempre reso possibile effettuare un confronto tra le colture testate nei diversi siti sperimentali. Infine, sono necessari ulteriori studi per comprendere meglio gli impatti a lungo termine, considerando diversi anni di raccolta e integrando più specie cerealicole e pratiche agronomiche per confermare questi risultati.