Riproduzione dei funghi superiori

Riproduzione asessuale di Ascomiceti e Basidiomiceti (Deuteromycota)

In passato il phylum Deuteromycota era stato utilizzato per raggruppare i funghi, di cui non si riconosceva una riproduzione sessuale, quindi non è un raggruppamento filogenetico. È un gruppo convenzionale molto utile per le identificazioni.
In questo gruppo sono inseriti tutti gli Ascomiceti e i Basidiomiceti, di cui non si riconosce la riproduzione sessuale. I cicli asessuali si verificano più volte e di solito avvengono in risposta a condizioni ambientali favorevoli per la diffusione della specie.
Le modalità di produzione delle spore nei Deuteromiceti sono di due tipi. La più semplice avviene per frammentazione dell’ifa: le ife a maturità si settano e si frammentano in tante frazioni, ciascuna delle quali è in grado di formare una nuova colonia. Alcuni parassiti vegetali (oidi: bianco delle rose) hanno questo tipo di riproduzione. Il fungo colonizza il boccilo della rosa e rimane una sorta di polverina che viene dispersa dal vento. Questa frammentazione dell’ifa viene detta frammentazione tallica. È un tipo di riproduzione semplice che non implica la differenziazione di strutture particolari. La frammentazione tallica può avvenire in maniera diversa a seconda del fungo. In alcuni casi la parete nella sua integrità va a costituire la parete delle spore, che sono cilindriche, si parla di conidiogenesi olotallica dove sia gli strati interni che esterni dell’ifa vanno a costituire la parete della spora (astroconidi). Nella conidiogenesi enterotallica solo gli strati interni dell’ifa vanno a costituire la parete del conidio, mentre la parete esterna degenera per liberarli. In seguito il talloconidio sintetizza la parete più esterna. I conidi enterotallici tendono ad assumere forme tondeggianti e sferiche (es. oidi).
C’è un gruppo particolare di funghi con una conidiogenesi tallica dove l’ifa si ramifica, e all’apice di ciascuna ramificazione avviene la frammentazione tallica (sempre per produzione di un setto). In seguito la parte apicale si setta e si differenzia dando origine a veri e propri conidi, detti aleurioconidi. Sono tipici dei Dermatofiti, un gruppo di funghi che vive sulla pelle degli animali. I conidi hanno un livello di maturazione differente, a seconda di quanti setti si sono formati.
L’altra modalità di produzione delle spore è la conidiogenesi blastica, cioè le spore vengono formate per gemmazione. Il nucleo va incontro a mitosi, migra nella parte apicale dell’ifa e si una spora (che può contenere un nucleo o raramente più di uno).
La gemmazione può avvenire secondo modalità diverse: in alcuni casi si differenzia una cellula conidiogena (la quale per gemmazione origina il conidio), e in altri casi si origina un poro che consente l’uscita del conidio. Anche in questo caso si può parlare di conidiogenesi enteroblastica perché la cellula conidiogena fornisce la parete interna al nuovo conidio, il quale poi sintetizzerà la parete esterna liscia oppure ricca di ornamentazioni. Il tipo di conidiogenesi (enteroblastica o oloblastica) è importante per l’identificazione del fungo. La conidiogenesi di tipo blastico può formare delle catenelle di conidi e il primo che si forma è quello che si allontana. In altri casi è il conidio che a sua volta gemma e il più vecchio, quindi, si trova in basso. Nella conidiogenesi olotallica è tutta la parete dell’ifa che dà la parete al conidio. In altri casi, dopo che si è formato il primo conidio, la zona di gemmazione si sposta e la produzione di conidi avviene in maniera simpodiale, la quale può essere su un piano o ruotata a seconda della specie (in questo caso il conidio più vecchio è quello che si trova più vicino alla cellula conidiogena). In altri casi si può avere una cellula conidiogena che, produce il primo conidio, questo si stacca e lascia la cicatrice sulla cellula conidiogena (questo tipo di cellula conidiogena prende il nome di anellidio, mentre il tipo precedente prende il nome di fialidio).
Un’altra modalità, sempre di tipo blastico, è la conidiogenesi tretica: in questo caso la cellula conidiogena ha un poro dal quale si staccano i conidi.
Botrytis cinerea: fungo che si forma sui grappoli d’uva, riduce il contenuto d’acqua dell’uva e ne aumenta il contenuto zuccherino (muffa nobile dell’uva). Produce conidi su strutture allargate con tanti punti di gemmazione di conidi su tutta la superficie. Ci sono poi alcuni funghi che producono i conidi in maniera blastica da giovani e per frammentazione quando sono più maturi.

Aspergillus e Penicillum

Penicillum ha una struttura detta conidioforo sul quale si sviluppano i fialidi e poi i conidi secondo due modalità: sul conidioforo si sviluppano più fialidi in un verticillo, i quali producono i conidi (monoverticillati); oppure il conidioforo si ramifica dando origine a metule, sulle quali si formeranno i fialidi (diverticillati o pluriverticillati). Triverticillati se c’è anche la ramificazione del conidioforo.

Alcuni Penicilli e Aspergilli producono micotossine, cioè sostanze prodotte da funghi che si sviluppano su substrati e ambienti particolari. In condizioni di temperatura e umidità elevate attivano vie metaboliche secondarie a produrre micotossine. Chimicamente sono molto diverse tra loro e possono essere presenti anche se non c’è il fungo. Inoltre, sono molto stabili e processi di bollitura non denaturano il principio attivo. Per risolvere il problema si diluiscono le partite. Sono lipofile e si concentrano nel latte se mangiate dalle mucche. Sono anche sostanze cancerogene e ci sono limiti di legge. Aspergillus: alcune specie sono patogene per l’uomo, sempre però su organismi debilitati. Aspergillus fumigatus: aspergillosi polmonare.
Aspergillus oriz: fermentazione della soia e produzione di alimenti “nuovi”.
In alcuni casi vengono usati enzimi per avere succhi di frutta più limpidi.
Quindi per identificare un deuteromicete dobbiamo osservare come vengono prodotte le spore.
In alcuni funghi le spore possono essere raggruppate in strutture dette pycnidio: è costituita da ife intrecciate dove all’interno si differenziano le strutture riproduttive (conidiofori) che producono le spore. Alcune volte il pycnidio può essere in comunicazione con l’esterno, quindi avere un poro (ostiolato). In caso di parassiti vegetali il pycnidio può formarsi nel tessuto vegetale.
Acervulo: associazione di conidiofori. Le ife intrecciate, che costituiscono uno stroma basale, differenziano i conidiofori che sono protetti dalla cuticola del vegetale ospite, la rottura della quale fa fuoriuscire le spore.
Sporodochio: intreccio basale di ife da cui si differenziano i conidiofori, che però è esposto.
Corema: i conidiofori si sviluppano uno vicino all’altro e possono avere accrescimento indefinito o definito.
Questi funghi quindi, possono produrre conidiofori sia singoli che aggregati. I Deuteromiceti sono stati descritti da Saccardo alla fine dell’800, il quale li ha raggruppati in base a queste strutture:
nessuna struttura riproduttiva → micelio sterile;
conidioforo singolo → Ifomiceti demaziacei (ife scure)
conidioforo singolo → Ifomiceti moniliacei (ife chiare)
Pycnidi → Sphaeropsidales
Acervuli → Melanconiales
Sporodochi → Tubercolariales
Coremi → Stilbales

Ascomycota

Molti Ascomiceti entrano in simbiosi con le alghe a formare i licheni, quindi tutti i licheni sono ascolicheni. Nei licheni il fungo è responsabile della variabilità genetica, in quanto le alghe non hanno riproduzione sessuale.

Una spora nel terreno, se si trova in condizioni ottimali, germina e da origine ad un micelio che si ramifica e, a seconda che la specie sia omotallica o eterotallica, vengono prodotte le strutture femminili o maschili (più piccole), oppure entrambe sullo stesso micelio. La strutture femminile prendono il nome di oogonio, mentre quella maschile anteridio. All’interno di queste strutture ci sono nuclei aploidi. In seguito, dall’anteridio si forma una struttura che lo collega all’oogonio (tricogino), attraverso il quale il contenuto dell’anteridio passa nell’oogonio e avviene la plasmogamia (fusione delle pareti e condivisione del citoplasma). La cariogamia però non avviene subito: dopo la plasmogamia all’interno dell’oogonio ci saranno nuclei maschili e femminili (Dicarion), dall’oogonio si dipartono poi ife dove migrano i nuclei e inizia la fase dicariale. Dicariomycota: (ascomiceti e basidiomiceti) in una fase della loro vita possiedono una fase nucleare (dicarion) dove sono presenti 2 nuclei aploidi geneticamente diversi, questo conferisce una maggiore capacità di adattamento. Negli Ascomiceti la fase dicariale non è molto lunga, cioè non si protende tanto sia nello spazio che nel tempo. Queste ife dicariali, insieme alle altre ife, andranno a formare la struttura riproduttiva (ascoma o sporoforo).
All’interno dell’ascoma si formano gli aschi ed è qui che avviene la cariogamia e, immediatamente dopo, la meiosi con formazione delle ascospore. La meiosi produce nuclei aploidi, la fase diploide è legata al momento della cariogamia nell’asco. Dopo la meiosi i nuclei aploidi si circondano di parete e diventano ascospore. Dopo l’evento meiotico, nell’asco, può avvenire la mitosi per arrivare ad un totale di 8 ascospore per asco (in quasi tutti gli ascomiceti). Le ascospore cadono nel terreno, germinano e riprende il ciclo. La fase dicariale è legata alla fase ascogama.

Le strutture riproduttive che possono formarsi (che contengono gli aschi) possono essere di vario tipo.
Apotecio: forma a coppa, alla cui base sono presenti gli aschi e fra questi ci sono ife sterili.
Peritecio: queste strutture possono richiudersi su se stesse e formare un collo con un’apertura (ostiolo) che permette la dispersione delle spore; la disposizione degli aschi è ordinata come nell’apotecio e può essere chiuso.
Cleistotecio: forma completamente chiusa; per distinguerlo dal periteciobisogna sezionare l’ascoma e vedere come sono disposti gli aschi: se sono ordinati è un peritecio, se sono disordinati è un cleistotecio; può presentare ornamentazioni.
Lo pseudotecio è una forma intermedia ed è tipica dei patogeni vegetali.
Un’altra modalità di identificazione è la forma dell’asco e delle ascospore. Gli aschi possono essere a forma di sacchetto e la dispersione delle ascospore può avvenire per rottura o per la presenzadi un opercolo che si apre a maturità. Anziché un opercolo in altre forme può esseci un’apertura, la cui forma è un carattere sistematico.
La rottura della parete dell’asco può avvenire con modalità diverse perchè alcuni aschi hanno parete interna e parete esterna (aschi bitunicati). La parete interna, per fenomeni di igroscopicità, viene estroflessa verso l’esterno “lanciando” le ascospore.
Soprattutto nei cleistoteci gli aschi possono essere più arrotondati e meno allungati.
Le ascospore possono essere brune con parete con ornamentazioni, oppure pluricellulari con setti sia trasversali, sia longitudinali.
Fungo demaziaceo: setti sia trasversali che longitudinali.
Alcune ascospore possono essere molto allungate (ellittiche) con solo setti trasversali.
Tra gli Ascomiceti possiamo ricordare il tartufo (Tuber). Nel tartufo siamo in presenza di un’evoluzione di apotecio. I funghi sono sostanzialmente epigei, mentre il tartufo è ipogeo. La dispersione delle spore è legata agli animali (zoocora) che sono attratti dall’odore. Le spore possono essere disperse anche su grandi distanze. La parete delle spore è molto resistente a pH acidi, nello stomaco si assottiglia e ciò facilita la germinazione.
Gli antenati dei tartufi avevano strutture ad apotecio: la struttura dell’apotecio si ripiega su se stessa, andando a formare una superficie irregolare, nel cui interno troviamo gli aschi (parte scura) e le ife sterili (parte chiara).
I tartufi sono simbionti obbligati con nocciolo, castagno e quercia; è la simbiosi che consente al tartufo di completare il suo ciclo riproduttivo.
Tuber magnatum → tartufo bianco.

Claviceps purpurea: produce alcaloidi che causano nell’uomo vasocostrizione, tanto che vengono utilizzati per trattare le emorragie post-parto. Colonizza alcune graminacee, in particolare la Segale, le cui spighe presentano strutture a forma di corno di color porpora (sclerozi). La struttura riproduttiva è un’associazione di periteci che derivano dalla germinazione dello sclerozio. Le ascospore sono lunghissime (hanno la stessa lunghezza dell’asco). Le spore germinano e danno origine ad un micelio che può produrre conidi che colonizzano altre piante. Il micelio si estende su tutta la pianta. Gli sclerozi sono strutture che si differenziano dalle ife e hanno funzione di resistenza, soprattutto alla disidratazione. Si formano vicino alle cariossidi perché il fungo ha colonizzato l’ovario del fiore. Lo sclerozio forma strutture (stroma) con piede allungato, al cui apice, sulla superficie sferica, sono posizionati tutti i periteci. All’interno degli sclerozi ci sono diversi tpi di alcaloidi che hanno effetti diversi.
Cordyceps (Clavicipitaceae): parassita; colonizza le larve di insetti, produce sempre sclerozi; può attaccare anche altre specie di funghi. Gyromitra esculenta: saprotrofo, struttura ad apotecio modificato, è velenoso.
Helvella crispa: contiene giromitrina, sospetto velenoso.
Aleuria arantia: apotecio.
Morchella conica: apoteci saldati gli uni con gli altri.

Basidiomycota

Sono il gruppo più evoluto. Fase dicariale più lunga rispetto agli Ascomiceti. Il micelio si distingue da quello degli Ascomiceti per i setti primari, che sono semplici negli Ascomiceti (poro centrale con corpi di Woronin) e doliporo nei Basidiomiceti (allargamenti laterali al poro).
Alcuni Basidiomiceti hanno il micelio che presenta strutture che prendono il nome di unioni a fibbia, che consistono nella formazione di una protuberanza in corrispondenza del setto.

Riproduzione sessuale: si parte da una spora che germina, produce un tubo germinativo e un’ifa che si ramifica. I basidiomiceti non sono in grado di compiere le funzioni vitali se non dopo la plasmogamia tra miceli compatibili, quindi se il micelio non trova uno compatibile, degenera.
Dopo la plasmogamia si forma il micelio dicariale, che presenta nello stesso compartimento ifale 2 nuclei geneticamente diversi. Questa fase è molto estesa sia nel tempo che nello spazio (100 km e 100 anni). Quando le condizioni ambientali sono idonee, sulla superficie del suolo si forma una struttura, all’interno della quale verrà completata la riproduzione sessuale. Queste strutture possono avere forme diverse. In generale sono costituite da un gambo (o stipite) e un cappello (o pileo). Nella parte inferiore del cappello c’è una serie di lamelle, costituite da ife sterili e, sulla parte esterna, da ife dicariali che daranno origine ai basidi e poi alle spore. Le ife dicariali formano un ingrossamento (basidio) dove avviene la cariogamia (zigote 2n) e poi avviene la meiosi; si formano nuclei che poi verranno portati esternamente come basidiospore sul basidio. Le strutture che portano le basidiospore si chiamano sterigmi. Le basiospore sono esterne, cadono sul terreno e germinano. Il dicarion può rappresentare una chance, per un organismo aploide, di avere maggiore variabilità genetica.
L’Amanita muscaria, quando nasce, è avvolta da una membrana (velo universale) che avvolge sia il gambo che il cappello. Quando il basidioforo cresce, il velo si rompe e rimane come residuo: alla base del gambo prende il nome di volva (può assumere forme e consistenze diverse), la parte superiore, invece, si lacera lasciando le macchie bianche sulla parte superiore del cappello. Una parte del velo universale può rimanere sul margine esterno del cappello e costituire una struttura regolare oppure una orlata e filamentosa.
L’Amanita muscaria, come altri funghi, ha un altro velo (velo parziale) che, nelle prime fasi di sviluppo, protegge le lamelle estendendosi dal gambo fino all’estremità del cappello. La zona dove sono presenti le lamelle e i basidi è detta imenio. Man mano che il fungo aumenta le sue dimensioni il velo parziale si lacera, e può essere riconosciuto perché sul gambo rimane una struttura (anello) che può avere forme diverse a seconda della specie e, inoltre, alcune volte non è persistente. Alcune specie, come la mazza di tamburo, hanno l’anello mobile.
Le forme di basidiospore, sterigmi e basidi sono importanti per l’identificazione della specie.
In alcuni casi, come nei porcini, l’imenio non riveste le lamelle, ma dei tubuli, dove all’interno si formano i basidi con gli sterigmi (rivolti verso il lumen del tubulo) e poi quando si staccano cadono per gravità sul terreno. Anche il colore delle lamelle o dei tubuli è importante per l’identificazione. Alcuni basidiofori, oltre a lamelle e tubuli, possono presentare delle spinule.
In altri casi, soprattutto per i funghi lignicoli (crescono sui tronchi), l’imenio è portato su strutture irregolari simili a labirinti. In altri casi l’imenio riveste la parte apicale di digitazioni, in altri, l’imenio è disposto su pliche (come nei cantarelli) che partono dal gambo.
Le lamelle differiscono dalle pliche perché le seconde formano una struttura unica tra gambo e cappello.
Lycoperdaceae: funghi globosi, la parte fertile è posta all’interno (gleba).
Hymenomycetes: il basidioma è un fungo con imenio esposto; è importante l’osservazione del basidio: se è interno si tratta di Olobasidiomiceti, mentre se è settato longitudinalmente o trasversalmente si tratta di Fragmobasidiomiceti.
Gasteromycetes: la parte fertile (peridio) è interna.
Teliomycetes e Ustomycetes non presentano basidiomi. Ai primi appartengono le ruggini (Puccinia graminis), mentre i secondi sono funghi noti come carboni (Ustilago maydis). Non si forma mai uno sporoforo, ma strutture che attaccano i vegetali e formano polveri noti come ruggini e carboni. Sono soprattutto patogeni vegetali, che non uccidono la pianta, ma danneggiano il raccolto. Piccinia graminis ha evoluto il suo ciclo diventando parassita obbligato di due ospiti. È specifica di alcune varietà di grano; l’ospite intermedio è il crispino (Berberis vulgaris). Si sviluppano diverse generazioni a seconda dell’ospite su cui si sviluppa. La riproduzione sessuale viene fatta prima di periodi avversi. In primavera colonizza le foglie del crispino, si formano strutture che liberano spore asessuali, le quali vanno a colonizzare le piante di grano. I carboni inducono malformazioni alle pannocchie.
Negli Olobasidiomiceti ci sono la maggior parte dei funghi:
Agaricales: funghi a lamelle; Agaricus bisporus (champignon).
Coprinus: cappello ornamentato, quando nasce le lamelle sono bianche, mentre, quando le spore maturano, le lamelle diventano nere e si sciolgono.
Aphyllophorales: specie lignicole.
Gasteromycetes: ostiolo (aperura).
Nidulariales: molto piccoli; all’interno hanno strutture che ricordano uovo; la liberazione delle spore avviene grazie all’acqua: il peso della goccia d’acqua fa schizzare fuori le palline che si rompono e liberano le spore.
Tremellales: basidi settati, aspetto gelatinoso.
Altri funghi che hanno i basidi settati sono parassiti di insetti.
Macrolepiota procera: mazza di tamburo.

Inquinamento e biorisanamento

Se l’inquinante ha una struttura chimica “competitiva” con i normali substrati nutritivi, i microorganismi possono utilizzarlo nelle loro vie metaboliche.
Biodegradazione: trasformazione strutturale di un composto organico realizzata da microorganismi.

Composti organici di sintesi

Se la molecola è recalcitrante si verifica un accumulo di inquinamento.
Persistente: non è subito biodegradabile.
L’introduzione di composti di origine antropica nell’ambiente è recente, e in molti casi i microorganismi non si sono adattati a sintetizzare enzimi in grado di degradarli; alcuni geni per la degradazione di molecole sono contenuti nel plasmide. Gli enzimi più importanti sono le ossigenasi: le monoossigenasi introducono un atomo di ossigeno sul substrato e possono agire sia su idrocarburi aromatici, sia alifatici.
Idrocarburi alifatici: la monoossigenasi agisce a livello del metile terminale con formazione di un alcol; intervengono poi le deidrogenasi che trasformano in gruppo alcolico in gruppo aldeidico e poi un’altra deidrogenasi che lo trasforma in gruppo carbossilico. L’ossigeno può essere anche introdotto a livello sub-terminale. Quando entra una molecola d’acqua interviene un’idrolasi.

Idrocarburi aromatici

Generalmente il passaggio più importante è l’ottenimento di un catecolo: da qui può avvenire una rottura orto o una rottura meta. Queste due molecole, dopo altri passaggi, entrano nel ciclo degli acidi carbossilici e possono essere mineralizzati. In caso di composti aloaromatici possono esserci due possibilità: rimozione precoce dove l’alogeno viene allontanato e poi viene rotto l’anello benzenico, oppure rimozione tardiva dove viene prima rotto l’anello e poi viene allontanato l’alogeno. I prodotti finali sono sempre succinato e acetil-CoA che possono entrare nel ciclo di Krebs.
La rimozione precoce può avere 3 strade: dealogenazione riduttiva, idrolitica e ossidativa, dopodiché l’anello benzenico viene rotto.

Caratteristiche degli inquinanti

A seconda della sua struttura può essere più o meno degradato. I composti solubili in acqua vengono degradati con più facilità perché il microorganismo viene più facilmente a contatto con l’inquinante. La popolazione batterica deve raggiungere una biomassa tale da poter degradare l’inquinante.
I metaboliti tossici possono rendere più difficoltosa la crescita microbica.
L’arricchimento si può attuare in 2 modi: nel suolo vengono introdotti ceppi con capacità degradativa, oppure se sono già presenti si può facilitarne la crescita ottimizzando i fattori ambientali.
Se la concentrazione dell’inquinante è troppo bassa, il microorganismo continua ad utilizzare altri nutrienti. La presenza di metalli è molto sfavorevole per la crescita dei microorganismi: a concentrazioni elevate di metalli si ha un annullamento totale della biodiversità.
Il potenziale redox può influenzare la disponibilità del contaminante stesso.
La popolazione microbica già presente nel sito è importante perché alcuni possiedono già la capacità di degradare l’inquinante, altri non hanno questa capacità e bisogna introdurre nuove comunità; nell’ultimo caso però bisogna monitorare la comunità perché potrebbero verificarsi fenomeni competitivi. Il co-metabolismo si ha quando un organismo degrada u
n composto perché ha gli enzimi per farlo, però non utilizza i suoi prodotti, che vengono utilizzati da altri organismi.
I metalli possono essere sequestrati dall’organismo, ma quando esso muore, questi tornano biodisponibili. I meccanismi di tolleranza prevedono una sopravvivenza tramite proprietà intrinseche, per esempio a livello della membrana (peptidoglicano che ha carica negativa e può sequestrare inquinanti).
Siderofori: molecole che legano il ferro e lo portano all’interno della cellula.
Biosurfattanti: testa polare e coda apolare.
Resistenza: metallotionine, sistemi di efflusso che portano i metalli fuori dalla cellula; metilazione per rendere il metallo più lipofilo e quindi in grado di passare la membrana e uscire dalla cellula. Messa in sicurezza permanente: interventi che mirano a isolare le fonti di inquinamento e garantire un elevato livello di sicurezza.
Bonifica: ha lo scopo di eliminare o ridurre l’inquinamento ad un livello uguale o inferiore alle concentrazioni soglia di rischio. Bioventing: terreno compreso tra piano di campagna e livello della falda.
Biosparging: viene attuata a livello dell’acquifero; il gorgogliamento causa una separazione dei composti organici e la volatilizzazione dei composti presenti negli interstizi.
Barriere microbiologiche: sono usate per le acque di falda.
Bisogna innanzitutto capire se il ceppo da introdurre è in grado di sopravvivere, bisogna riconoscere il ceppo introdotto. Il ceppo può essere marcato rendendolo resistente ad un antibiotico, generalmente però a livello di studio in laboratorio.