Fusarium-homeet viljassa: Homeen tartunta ja toksiinien muodostuminen sekä sadon toksiiniriskin hallinta

P. Parikka, T. Kaukoranta, S. Rämö, V. Hietaniemi, A. Asola, M. Jestoi, Vertti Virkajärvi, Tuija Sarlin, Ulla Holopainen-Mantila, Arja Laitila

Research output: Book/ReportReport

Abstract

SAFECEREAL-projektissa tutkittiin Fusarium-homeita, erityisesti nk. A-tyypin trikotekeenituottajina tunnettuja F. langsethiae ja F. sporotrichioides -lajeja ja niiden toksiinisynteesin käynnistymiseen vaikuttavia tekijöitä kaurassa ja ohrassa kasvukauden aikana. Projektissa tutkittiin myös Fusarium-sienten säilymistä kasvijätteessä ja talvehtimista. Lisäksi otettiin käyttöön menetelmiä toksiinipitoisuuksien varhaiseen ennakointiin ja niiden seuraamiseen ennen sadonkorjuuta sekä turvallisuuslaadun määrittämiseen sadonkorjuun jälkeen. Tutkimus osoitti, että kesän sääolot vaikuttavat merkittävästi kasvinjätteessä talvehtivien Fusarium-lajien määrään ja lajisuhteisiin. F. culmorum ja F. avenaceum muodostivat pääosan talvehtivista Fusariumsienistä. F. langsethiae oli yleinen sekä ohralla että kauralla kasvukauden aikana, mutta lajista tehtiin ainoastaan yksi havainto talven yli säilytetystä kasvijätteestä. Toinen T-2/HT-2 tuottaja F. sporotrichoides sen sijaan selvisi erinomaisesti talven yli oljessa ja sängessä. Kasvijätteet, myös lohkon esikasvijätteet, muodostavat merkittävän tartuntalähteen, joka voi infektoida uuden kasvuston. Mykotoksiinien muodostumista ohrassa tutkittiin kasvukauden aikana ranskriptioprofilointi- (TRAC) ja kemiallista monijäämämenetelmää käyttäen. Tutkimuksessa havaittiin, että erilaiset kasvukauden olosuhteet vuosina 2010 ja 2011 näkyivät myös Fusarium-sienten kasvussa ja aktiivisuudessa. Lisäksi osoitettiin homeiden erilaiset aktiivisuusprofiilit eri satovuosina. Toksiininmuodostus voi alkaa jo varhaisessa vaiheessa, sillä T-2 ja HT-2-toksiineja havaittiin jo ensimmäisissä kasvukauden aikaisissa näytteissä, jotka otettiin 0-4 päivää tähkälle tulon jälkeen vuosina 2010 ja 2011. Projektissa kehitettiin RNAeristysmenetelmä kasvukauden aikaisille ohran tähkänäytteille. Uudella transkriptioprofilointimenetelmällä ja suunniteltujen spesifisten Fusarium-koettimien avulla pystyttiin ensimmäistä kertaa määrittämään Fusarium-sienten toimintaa monimuotoisessa ekosysteemissä. Tutkimuksessa havaittiin myös, että keskimääräiset T-2 ja HT-2 pitoisuudet käsittelemättömissä näytteissä olivat selvästi korkeampia vuonna 2011 kuin 2010, vaikka kesällä 2011 Fusarium-homeiden qPCR analyysissä havaittu määrä oli pienempi. F. langsethiae-lajin yleisyys (viljelymenetelmällä määritettynä) oli kuitenkin selvästi suurempi 2011 kuin 2010. T-2 ja HT-2 toksiineja havaittiin kauralla hieman enemmän kuin ohralla. Viljalajikkeella ei ollut selkeää vaikutusta toksiinituoton herkkyyteen, vaan tulokset vaihtelivat tutkimusvuosien välillä. Tutkittaessa fungisidikäsittelyn vaikutusta T-2+HT-2 -toksiinien tuottajiin ja toksiininmuodostukseen pelto-olosuhteissa, havaittiin, että peittauksella ei ollut vaikutusta F. langsethiae tartuntaan kauralla, eikä kasvukauden aikana tehty torjuntaruiskutus vaikuttanut yksiselitteisesti Fusarium-sienten kasvuun tai toksiinien tuottoon. Valmiista puiduista ohranäytteistä määritettiin jopa suurempia Fusarium-DNA kokonaismääriä torjuntakäsittelyn jälkeen verrattuna käsittelemättömään ohraan. Fusarium-sienten kvantitointi reaaliaikaisen PCR-menetelmän avulla osoittautui lupaavaksi osoitusmenetelmäksi myös kasvukauden aikaisille näytteille. Sen avulla voitiin kvantitoida Fusarium-sienten biomassan määrää monimuotoisessa mikrobiyhteisössä, missä läsnä on myös useita muita sieniryhmiä.Projektissa kehitettiin DON-toksiinille aikaisemman hankeyhteistyön pohjalta alueellista riskimallia, joka oli koekäytössä 2012-2013. Ennuste toimi varsin hyvin vuoden 2013 olosuhteissa ja sen osoittama riskivoitiin todentaa viljan hometoksiiniseurannan näyteaineiston ja viljakaupan aineiston perusteella. Sen sijaan T-2 ja HT-2- toksiineja ei voitu ennustaa säätiedon perusteella. Projektissa tutkittiin T-2 ja HT-2 -pikatestin soveltuvuutta ennen korjuuta tehtäviin määrityksiin. Pikamenetelmien referenssimenetelminä käytettiin LC-MS- ja GC-MS -tekniikkaan perustuvia kemiallisia menetelmiä. Neogen Veratox- T-2 ja HT-2 -testi soveltui valmiin ohra-, kaura- ja vehnäsadon toksiinimäärityksiin, mutta se ei ollut käyttökelpoinen kasvukauden aikana otetuille, valmistumattomille jyvänäytteille. Alustavien tutkimusten mukaan NIR-tekniikka vaikuttaa lupaavalta viljan hometoksiinien monitorointiin viljan vastaanotossa ja käsittelyssä, mutta kalibraatioaineistoa oli vielä käytettävissä liian vähän. Fusarium-sienten esiintymistä valmiissa ohrasadossa määritettiin monialaiseen kuvantamiseen perustuvan VideometerLab-laitteen avulla (Videometer A/S). Tutkimus osoitti, että sovellus ei ole vielä valmis erottamaan Fusarium-saastuneita jyviä vertailunäytteistä. Videometer laitteella saatu Fusariumkontaminaatiotaso ei korreloinut Fusarium-DNA- tai viljelytulosten kanssa. Kuvantaminen olisi onnistuessaan nopea työkalu viljan laadun varmistukseen. Videometer- laitteen kehitystyö on edelleen käynnissä. Tämä tutkimus vahvisti, että viileä ja sateinen kesä on suotuisa Fusarium-sienten kasvulle. Sateisen kesän 2012 ohran satonäytteistä määritettiin jopa 10-kertaisia Fusarium DNA-pitoisuuksia kesän 2011 näytteisiin verrattuna. Tutkimus toi täysin uutta tietoa mykotoksiinisynteesin käynnistymisestä ja toksiinisynteesiin liittyvien geenien ilmenemisestä pellolla kasvukauden aikana. Tässä projektissa saatiin ensimmäistä kertaa osoitettua Fusarium-sienten aktiivisuuden käynnistymisen kannalta kriittinen ajanjakso, joka on 10-14 päivää tähkälle tulon jälkeen. Tutkimus osoitti myös, että varhain ilmenevä geeni Tri 12 on potentiaalinen biomarkkeri toksiinisynteesin käynnistymiselle. Se koodaa ionipumppua, jota tarvitaan trikotekeenitoksiinien kuljetukseen ulos solusta. Geenin aktivaatio havaittiin 2010 ja 2011 ensimmäisenä, jo 3-7 päivää tähkälle tulon jälkeen, selkeästi ennen sienen normaaliin kasvuun liittyvän Fusarium- elongaatiofaktorin ilmenemistä. T-2 ja HT-2 -toksiineja esiintyi yleisesti kasvukauden aikana vaikka olosuhteet olivat epäsuotuisat Fusarium-sienten kasvulle. Lähes kaikista (98%) kesän 2011 kenttäkokeen tähkänäytteistä määritettiin mitattavia HT-2 jaT-2 pitoisuuksia (9-1310 µk/kg). Tutkimus osoitti selkeästi, että T-2 ja HT-2 -toksiinien riskin ennakointia ei voi käytännössä perustaa pelkkään säätietoon, sillä yhteys laajan alueen sään ja sadossa havaittavien T-2 ja HT-2 -toksiinien välillä on selvästi heikompi kuin deoksinivalenolilla.
Original languageFinnish
Number of pages59
Publication statusPublished - 2014
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesMTT raportti
Volume153
ISSN2324-0016

Keywords

  • barley
  • oats
  • mycotoxins
  • trichothecenes
  • Fusarium species
  • mycotoxin synthesis
  • risk model
  • rapid test kits
  • image analysis

Cite this

Parikka, P., Kaukoranta, T., Rämö, S., Hietaniemi, V., Asola, A., Jestoi, M., Virkajärvi, V., Sarlin, T., Holopainen-Mantila, U., & Laitila, A. (2014). Fusarium-homeet viljassa: Homeen tartunta ja toksiinien muodostuminen sekä sadon toksiiniriskin hallinta. MTT raportti, Vol.. 153 http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-487-560-8