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Projetos de prevenção de pragas

O projeto europeu BeXyl avança no desenvolvimento de métodos de deteção precoce da bactéria Xylella fastidiosa nas oliveiras

Miguel Román Écija, Valle Egea Cobrero, Fernando Madrid Roldán, José L. Trapero Casas, Guillermo León Ropero, Fátima Zohra Benhalima, Juan C. Rivas Romero, Concepción Olivares García, Pablo J. Zarco Tejada, Alberto Hornero, José A. Jiménez Berni, Juan A. Navas Cortés, Blanca B. Landa30/12/2024
O projeto europeu BeXyl, uma iniciativa que está a desenvolver estratégias de deteção precoce da Xylella fastidiosa para combater o seu impacto económico e ambiental na cultura da oliveira.
Oliveiras afetadas pela Xylella fastidiosa em Puglia, Itália

Oliveiras afetadas pela Xylella fastidiosa em Puglia, Itália

O projeto BeXyl, uma iniciativa financiada com 6,7 milhões de euros pela Agência Executiva de Investigação da União Europeia, envolve 31 instituições de 14 países. O objetivo final do projeto é monitorizar a evolução da bactéria Xylella fastidiosa no campo. Este agente patogénico é a principal ameaça emergente para a agricultura na União Europeia e na bacia do Mediterrâneo. Durante quatro anos, os membros desta equipa internacional procurarão prevenir e atenuar os danos económicos, sociais e ambientais causados por esta bactéria fitopatogénica e ajudar os setores agrícola, florestal e dos viveiros a manterem-se produtivos e sustentáveis a longo prazo.

Uma das culturas mais ameaçadas por esta bactéria é o olival, uma cultura de enorme importância económica, social e ambiental para Espanha. O Instituto de Agricultura Sustentável está a levar a cabo várias iniciativas para desenvolver estratégias de deteção precoce da Xylella fastidiosa para combater o seu impacto económico e ambiental na cultura da oliveira.

A bactéria Xylella fastidiosa é transmitida por insetos vetores e obstrui os vasos que transportam a seiva das árvores, provocando sintomas que correspondem a falta de água, falta de nutrientes, morte de ramos e até da árvore inteira. “Esta bactéria é a maior ameaça emergente para a agricultura dos países da União Europeia e da bacia mediterrânica. Tem um enorme potencial patogénico, uma vez que infecta e causa doenças graves em diferentes culturas agrícolas de grande importância económica, como a oliveira, a videira e a amendoeira, além de afetar diferentes espécies silvestres e florestais”, diz Landa.

Um dos principais objetivos do projeto é caraterizar a patogenicidade e a capacidade de infeção de diferentes estirpes de X. fastidiosa das subespécies pauca e multiplex isoladas de oliveiras em Espanha, e comparar a sua virulência com a da estirpe presente em Itália, que está a causar grande devastação nas oliveiras. Isto permitir-nos-ia determinar com maior exatidão quais as zonas onde a X. fastidiosa está presente em Espanha que podem representar o maior risco para a sustentabilidade a longo prazo desta cultura.

Para este fim, estamos a realizar testes de patogenicidade a longo prazo. Estas experiências têm de ser realizadas em instalações de quarentena, especificamente numa estufa de biossegurança de nível 2 (Figura 1A). Nestas experiências, a bactéria é inoculada artificialmente, simulando o processo de alimentação do inseto vetor que a transmite (Figura 1B). Estão a ser avaliadas um total de 10 variedades de azeitona, incluindo Arbequina, Arbosana, Cornicabra, Gordal, Frantoio, Hojiblanca e Picual. Além disso, foram incluídas as variedades tolerantes a X. fastidiosa de origem italiana “Leccino” e “Fabolosa” e a altamente suscetível “Ogliarola Salentina”, bem como uma azeitona selvagem.

Plantas de oliveira na estufa de biossegurança (A). Inoculação de plantas por microinjeção (B)
Plantas de oliveira na estufa de biossegurança (A). Inoculação de plantas por microinjeção (B).
Uma vez inoculadas as plantas, o aparecimento de sintomas é monitorizado periodicamente e são efetuadas diferentes amostragens de material vegetal na planta ao longo do tempo para quantificar os níveis populacionais da bactéria. São utilizados métodos de diagnóstico molecular baseados na PCR quantitativa. Esta técnica é semelhante à utilizada durante a pandemia de COVID para diagnosticar e confirmar as infeções por SARS-CoV-2. A utilização destes métodos de diagnóstico molecular permite-nos estudar os padrões de colonização da bactéria nas diferentes variedades de azeitona. Os resultados obtidos até agora mostraram que todas as estirpes inoculadas foram capazes de infetar todas as variedades de azeitona testadas, embora a frequência de deteção tenha variado de acordo com a combinação da estirpe de X. fastidiosa e da variedade, embora, em geral, as populações bacterianas na planta tendam a diminuir com o tempo. As estirpes de X. fastidiosa da subespécie pauca mostraram maior capacidade de colonização e carga bacteriana, enquanto as estirpes da subespécie multiplex mostraram uma infecciosidade limitada. A maior capacidade infeciosa da estirpe da subespécie pauca de Ibiza deve ser destacada, indicando que devem ser feitos esforços para evitar que esta estirpe se espalhe para outras áreas de cultivo da oliveira.

A existência de infeções assintomáticas por X. fastidiosa em numerosas espécies vegetais, o início lento dos sintomas caraterísticos da infeção por esta bactéria na oliveira e a existência de sintomas inespecíficos que podem ser visualmente confundidos com os de outros stresses abióticos e bióticos, significam que os testes de patogenicidade no patossistema oliveira/X. fastidiosa têm de ser realizados durante longos períodos de tempo, representando um desafio significativo para a investigação devido ao consumo de grandes recursos materiais, humanos e científicos. Trabalhos anteriores mostraram que a infeção por X. fastidiosa na oliveira produz principalmente, na ausência de sintomas visíveis, um desequilíbrio na composição dos pigmentos, incluindo carotenóides, flavonóides e xantofilas. Por esta razão, a nossa investigação está a avaliar uma série de indicadores de stress em plantas inoculadas com X. fastidiosa, utilizando sensores proximais que medem o espetro visível, a condutância estomática ou a temperatura da folha (Figura 2). Estas medições permitem estimar uma série de índices de vegetação que refletem a resposta fisiológica das plantas de oliveira à infeção por X. fastidiosa. O nosso desafio é caraterizar um conjunto de indicadores comuns a todas as combinações de variedades/estirpes de azeitona com X. fastidiosa, que nos permitam identificar “traços” especiais nas plantas infetadas que sejam diferentes dos das plantas saudáveis “não infetadas”. Estes indicadores poderiam também contribuir significativamente para facilitar o desenvolvimento de programas de melhoramento da resistência da oliveira a esta bactéria.

Sensores proximais utilizados neste projeto: (A) Porometer; (B) Dualex e (C) Spectrapen
Sensores proximais utilizados neste projeto: (A) Porometer; (B) Dualex e (C) Spectrapen.
Para contribuir para este objetivo, foi concebida uma plataforma de fenotipagem para obter a assinatura espetral de plantas de oliveira infetadas e não infetadas. A plataforma de fenotipagem é composta por uma estrutura de aço inoxidável, especificamente concebida para este fim, um dispositivo de iluminação de halogéneo e uma câmara de varrimento hiperespectral, colocada numa placa que se move verticalmente (Figura 3A). Este sistema permite efetuar a varredura de plantas com uma altura máxima de 160 centímetros em apenas 20 segundos (Figura 3C). A câmara hiperespectral (figura 3B) capta imagens de alta resolução (3,5 milímetros por pixel) na gama do visível e do infravermelho próximo (VNIR), entre 400 e 1000 nanómetros, distribuídas por 271 bandas espectrais, o que permite obter um elevado nível de pormenor. As medições hiperespectrais podem ser utilizadas para estimar vários indicadores fisiológicos, bioquímicos e estruturais que serão analisados através de várias técnicas de análise estatística, a fim de caraterizar as plantas infetadas ou não pela X. fastidiosa.
(A) Plataforma de fenotipagem (B) Detalhe da câmara hiperespectral e da iluminação (C) Ligação QR para ver um vídeo que mostra o funcionamento da...
(A) Plataforma de fenotipagem (B) Detalhe da câmara hiperespectral e da iluminação (C) Ligação QR para ver um vídeo que mostra o funcionamento da plataforma.
Uma vez concluído o desenvolvimento desta plataforma de fenotipagem, o seu procedimento de utilização consiste, em resumo, em duas fases: a aquisição de imagens hiperespectrais e o seu posterior tratamento automático. A partir das imagens, os pixéis representativos da vegetação são extraídos através de algoritmos que definem limiares em regiões de interesse. Posteriormente, são aplicadas técnicas de aprendizagem automática, supervisionadas e não supervisionadas, para analisar os dados obtidos. Por fim, são calculados os índices espectrais da vegetação e integrados em algoritmos de classificação supervisionados para correlacionar com a presença confirmada de X. fastidiosa através da análise quantitativa por PCR.

Os dados obtidos com sensores proximais e a plataforma de fenotipagem têm um elevado potencial para detetar a infeção por X. fastidiosa em olivais em fases precoces e assintomáticas, o que constitui uma ferramenta valiosa para a identificação precoce de infeções e o desenvolvimento de estratégias de gestão mais eficazes. Além disso, pode facilitar a seleção precoce de genótipos de oliveira resistentes ou tolerantes à infeção bacteriana, contribuindo significativamente para os programas de melhoramento.

Agradecimentos: O projeto BeXyl (Beyond Xylella, Integrated Management Strategies for Mitigating Xylella fastidiosa impact in Europe; Grant ID No. 101060593) é financiado pelo Programa Horizonte Europa da União Europeia “Alimentação, Bioeconomia, Recursos Naturais, Agricultura e Ambiente”.

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