BIONÆR-Bionæringsprogram

Avlingstap og degradering av kvalitet på grunn av soppsjukdommer er ei viktig begrensning for global matsikkerhet. Botrytis cinerea og Alternaria alternata er de to viktigste sjukdomsframkallende soppene som kan føre til alvorlig avlingstap før og etter høsting for jordbær og grapefrukt industrien. Bruk av fungicider i kontrollen av disse sjukdommene har vært uunngåelig hittil på grunn av mangel på brukbare, miljøvennlige alternativer. En rekke eksperimenter har vist potensiale og begrensninger i bruk av optisk stråling som alternativ til syntetiske fungicider i kontrollen av disse viktige soppsjukdommene. Kontinuerlig utforsking av ny taktikk for å styrke optisk baserte kontrollstrategier leder mot utforsking av potensialet for å bruke fotodynamiske stoffer mot disse patogenene. Fotodynamiske stoffer kan være enten naturlige eller syntetiske stoffer og deres derivater, som potensielt kan brukes som ei bærekraftig og miljøvennlig tilnærming til fotodynamisk inaktivering av plantepatogener. For dette er ei rekke potensielle fotodynamiske stoffer kandidater fra naturlige plantestoffer til tilsetningsstoffer til mat blitt testa. Disse ikke giftige fotoaktive stoffene blei valgt fordi de ikke er kjent for å påvirke vekst og utvikling hos planter og fordi de ikke er giftige. Tolv kandidater for fotodynamiske stoffer blei kjøpt inn. Disse stoffene blei først testa og kategorisert basert på absorbsjonsspektre fra UV til røde bølgelengder. De er, i) tre coumarin baserte stoffer i UV området, ii) fire stoffer i det blå bølgelengdeområdet (460 nm), som inkluderer to naturlige plantestoffer og to porphyrin baserte stoffer, iii) to erythrosin baserte fargestoffer i det grønne bølgelengdeområdet (560 nm), og iv) og tre phenothiazine fargestoffer i det røde bølgelengdeområdet (660 nm). Alle disse stoffene blei testa for deres fotodynamiske egenskaper mot gråskimmel (B. cinera) in vitro. Konidie suspensjonene blei blandet med fotodynamiske stoffer og belyst i minimum 30 min med blått, grønt eller rødt lys, og i 5 min med UV lys. Konidiesuspensjonene blei så dråpeinokulert for å sjekke kolonivekst og intensitet sammenlikna med en kontroll (uten fotodynamisk stoff og lysbehandla konidiesuspensjoner). Spireprosent blei deretter estimert i lysmikroskop 6 timer etter behandling fra samme eksperimentelle oppsett. Fra disse resultatene, i) curcumin fra det blå bølgelengdeområdet, ii) rose bengal fargestoff fra det grønne bølgelengdeområdet, og iii) new methylene blue, et phenothiazine fargestoff, fra det røde bølgelengdeområdet viste sterk fotodynamisk aktivitet i å undertrykke patogenet i in vitro forhold. Ytterligere testing av disse forbindelsene vil bli gjort på planter for å sjekke effektivitet av sjukdomskontroll og giftighet for plantene. Lagring ved lav temperatur etter høsting er optimalt for frisk frukt for å unngå redusert kvalitet. Likevel vil noen sjukdommer, som gråskimmel, som er kuldetilpassa kunne føre til tap av frukt lagra ved lav temperatur. Dette studiet har vurdert lysregulering av soppvekst og gråskimmelutvikling for grapefrukt ved enten romtemperatur (22°C) eller lav temperatur (4°C). Ingen av de testa lysbehandlingene, inkludert kvitt, blått og rødt lys, førte til særlige effekter på spiring av sporer eller hastighet på kolonivekst hos B. cinera sammenlikna med mørke når de blei testa ved 22°C. Men når soppkulturene blei oppbevart ved 4°C, reduserte blått lys signifikant spiring av sporer og ekspansjon av hyfer sammenlikna med de andre lyskvalitetene og mørke. Infeksjonsforsøk for grapefrukt viste at blått lys ikke hadde reduserende effekt på gråskimmel ved 22°C og 4°C. Videre, blått lys og lave temperaturer kan synergetisk føre til at «germ tubes» øker i «septa», hyfediameter og intracellulære vakuoler. Det blei også funnet at tetthet av peroxysomer og at mengde reaktivt oksygen (ROS) økte ved blått lys og lave temperaturer. Studier av genuttrykk viste videre at gener relatert til ribosomer, cellesyklus, DNA replikasjon, sitronsyresyklus, proteasomer og phagosomer blei nedregulert av blått lys ved 4°C. Derfor kan blått lys ved lave temperaturer føre til oksidativt stress i B. cinera celler, og derved redusere ødeleggelse av frukt lagra ved lav temperatur på grunn av den kuldetilpassa soppen. Videre studier vil teste om synergetiske eller additive antimikrobielle effekter ved å tilsette fotodynamiske stoffer kan oppnås ved lave temperaturer og blått lys.

Strawberry and grape are the two most important fruit crops grown worldwide for fresh and processed market. Botrytis cinerea and Alternaria alternata are the two most important fungal pathogens that can cause severe pre and post-harvest losses in this industry. At present, intensive use of fungicides and preservatives are inevitable in minimizing these losses. This endanger the UN sustainable development goal of ensuring food security by providing safe food. In this project, we will study the possible replacement of fungicides and preservatives by environmentally friendly optical radiation based strategies. While expanding the potential of optical radiation based strategies to another most important fungal pathogen Alternaria alternata, we will strengthen its practical application efficiency by exploring the i) possible role of melanin in UV screening and optical tolerance of Botrytis species, 2) storage temperature and its interaction with optical radiation in disease management efficiency, 3) selection and optimization of photosensitizer that can be exited with previously optimized optical wavelength range against powdery mildew management (250 nm-280 nm, 550 nm-660 nm), 4) effect of optical treatment on accumulation of secondary metabolites (anthocyanin, flavonols and toxins) and its potential impact on human health.