Μεταβολίτες μυκήτων με ζιζανιοκτόνο δράση
Authors: Καστανιάς Μιχαήλ 
Published: August 2021

Ανάμεσα στα περίπου 300.000 είδη των ανώτερων φυτών το 10% είναι ζιζάνια. Από αυτά περίπου διακόσια είδη είναι υπεύθυνα για το 95% των προβλημάτων που προκαλούνται στις καλλιέργειες. Η αποτελεσματική αντιμετώπιση των ζιζανίων αποτελεί σημαντικό παράγοντα επιτυχίας μίας καλλιέργειας και βασίζεται σχεδόν αποκλειστικά στη χρήση χημικών ουσιών (ζιζανιοκτόνων). Έτσι η ανάπτυξη νέων ζιζανιοκτόνων είναι σημαντική για τη φυτοπροστασία και όσους ασχολούνται με διάφορους τομείς στο πεδίο αυτό. Η ανακάλυψη νέων χημικών μορίων με φυτοτοξική δράση γίνεται κυρίως μέσω χημικής σύνθεσης που βασίζεται σε χημικά πρότυπα. Η προέλευση αυτών των προτύπων είναι, κατά κύριο λόγο, η σύνθεση στο εργαστήριο, αλλά τα τελευταία χρόνια ως χημικά πρότυπα για την ανάπτυξη νέων φυτοπροστατευτικών προϊόντων χρησιμοποιούνται ενώσεις που είναι βιοδραστικοί μεταβολίτες οργανισμών, όπως για παράδειγμα μυκήτων. Κατά κανόνα, οι μεταβολίτες που παρουσιάζουν βιοδραστικότητα είναι προϊόντα του δευτερογενούς μεταβολισμού. Επειδή οι μύκητες παράγουν δευτερογενείς μεταβολίτες όχι μόνο σε φυσικές συνθήκες αλλά και σε καλλιέργεια σε θρεπτικό υλικό, τελευταία αποτελούν αξιόλογο αντικείμενο έρευνας για την απομόνωση ενώσεων με ενδιαφέρουσα βιοδραστικότητα. Στην παρούσα μελέτη, από προσβεβλημένα ζιζάνια απομονώθηκαν, σε θρεπτικό υλικό, οι μύκητες που ήταν υπεύθυνοι για τις προσβολές. Συνολικά απομονώθηκαν έξι μύκητες, δύο από το Sonchus oleraceus (S1 και S2), δύο από το Piptatherum miliaceum (Ο1 και Ο2) και δύο από το Avena sterilis (L1 και L2). Αφού εντοπίστηκαν τα κατάλληλα θρεπτικά υλικά για την in vitro καλλιέργεια του καθενός, ελέγχθηκε η παραγωγή φυτοτοξικών στους ξενιστές τους μεταβολιτών. Από τον προκαταρκτικό έλεγχος διαπιστώθηκε η παραγωγή φυτοτοξινών σε καλλιέργεια από τους S1, L1 και L2. Εκτιμώντας ότι η αγριοβρώμη δημιουργεί σοβαρότερα προβλήματα στις διάφορες καλλιέργειες και είναι πιο δυσεξόντωτο ζιζάνιο από το ζοχό, εστιάσαμε την έρευνά μας στην απομόνωση και ταυτοποίηση φυτοτοξικών μεταβολιτών από το μύκητα L1 που ήταν παθογόνος του A. sterilis. Αφού εντοπίστηκε η πιθανή παραγωγή φυτοτοξινών από τον L1, ο μύκητας ταυτοποιήθηκε και διαπιστώθηκε ότι πρόκειται για στέλεχος του μύκητα Drechslern avenae. Από τις δοκιμές παθογένεσης που έγιναν διαπιστώσαμε ότι το στέλεχος αυτό ήταν εξειδικευμένο παθογόνο για το Α. sterilis, ενώ δεν ήταν παθογόνο σε κανένα από τα υπόλοιπα αγρωστώδη και πλατύφυλλα είδη στα οποία δοκιμάστηκε, ούτε καν στα Avena fatua και Avena sativa. Για το στέλεχος αυτό μελετήθηκε η επίδραση της θερμοκρασίας στην ανάπτυξη και στην παραγωγή των καρποφοριών του. Από καλλιέργειες του μύκητα σε θρεπτικό υλικό απομονώθηκαν δύο φυτοτοξικοί μεταβολίτες και ταυτοποιήθηκαν με φασματοσκοπικές μεθόδους (NMR, GC-MS, FT-IR). Ανήκουν στα μακροδιολίδια και έχουν τα συμβατικά ονόματα (-)-pyrenophorol και (-)- pyrenophorin. Μελετήθηκε η παραγωγή των δευτερογενών αυτών μεταβολιτών από το μύκητα σε καλλιέργεια, σε σχέση με το χρόνο και τη θερμοκρασία επώασης. Η παραγωγή της pyrenophorol να φτάνει στο μέγιστο σημείο της τριανταπέντε με σαράντα ημέρες ενώ της pyrenophorin δέκα ημέρες από την έναρξη της επώασης του μύκητα σε στερεό θρεπτικό υλικό. Η παραγωγή και των δύο μεταβολιτών ευνοήθηκε σε θερμοκρασίες επώασης των καλλιεργειών από 15 ως 20°C. Κατόπιν μελετήθηκε η φυτοτοξικότητα των μεταβολιτών. Η pyrenophorol ήταν εκλεκτικά φυτοτοξική στα είδη της αγριοβρώμης A. sterilis και A. fatua, προκαλώντας συμπτώματα όπως νεκρώσεις φύλλων και στελεχών και σχηματισμό έντονα πράσινων νησίδων στα φύλλα (green islands). Συμπτώματα φυτοτοξικότητας προκάλεσε, επίσης, σε νεαρά σπορόφυτα Lycopersicon esculentum ενώ και στο Sorghum halepense δημιούργησε κόκκινο μεταχρωματισμό στα σημεία επαφής των ιστών με το μεταβολίτη. Η φυτοτοξικότητα της pyrenophorol περιορίστηκε στα υπέργεια τμήματα των φυτών, ενώ δεν είχε καμία επίδραση στη βλάστηση των σπόρων ή στην ανάπτυξη του ριζικού συστήματος. Σε κανένα άλλο από τα 34 αυτοφυή και καλλιεργούμενα φυτά στα οποία δοκιμάστηκε ο μεταβολίτης δεν προκάλεσε κάποιο σύμπτωμα φυτοτοξικότητας. Αν και τα μόρια των δύο μεταβολιτών παραλλάσσουν μόνο στους υποκαταστάτες στις θέσεις C-5 και C-13, η έκφραση της φυτοτοξικότητας της pyrenophorin διέφερε σημαντικά από αυτήν της pyrenophorol. Η pyrenophorin, εν αντιθέσει με την pyrenophorol, δεν έδειξε εκλεκτικότητα καθώς ήταν φυτοτοξική σε όλα τα φυτά, μονοκότυλα και δικότυλα, στα οποία δοκιμάστηκε. Ακόμη, είχε επίδραση και σε υπέργεια και σε υπόγεια μέρη των φυτών, καθώς επηρέασε τη βλαστικότητα των σπόρων, την ανάπτυξη του ριζικού συστήματος και προκάλεσε τη δημιουργία “green islands” στα φύλλα. Τα μακροδιολίδια (-)-pyrenophorol και (-)-pyrenophorin επειδή διαφέρουν χημικά από τα χρησιμοποιούμενα στην πράξη ζιζανιοκτόνα για την καταπολέμηση της αγριοβρώμης για τα οποία έχουν καταγραφεί περιπτώσεις ανθεκτικότητας και έχοντας αξιόλογη φυτοτοξική δράση στο A. sterilis κυρίως και στο A. fatua συγκεντρώνουν 8 ενδιαφέρουσες ιδιότητες για να αποτελέσουν πρότυπα για την ανάπτυξη νέων ζιζανιοκτόνων για την αντιμετώπιση της αγριοβρώμης.