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Parassiti del melo: approcci innovativi e sostenibili dalla ricerca internazionale da due progetti tra Alto Adige, Germania e Lussemburgo

Un gruppo di ricerca coordinato dal prof. Hannes Schuler del Centro di competenza per la salute delle piante è coinvolto in nuovi progetti internazionali di ricerca volti a individuare alternative innovative e sostenibili nella lotta contro le malattie del melo. A maggio hanno preso il via due progetti congiunti con partner in Germania e Lussemburgo. L’obiettivo? Comprendere meglio il ruolo degli insetti vettori e dei batteri simbionti nella trasmissione di patogeni che causano gli scopazzi del melo.

Gli scopazzi del melo sono una delle fitopatie più problematiche per la melicoltura altoatesina da oltre vent’anni. Causata da fitoplasmi, batteri privi di parete cellulare, la malattia si trasmette attraverso insetti fitofagi (che si nutrono della linfa o dei contenuti cellulari delle piante), in particolare le psille. Tali insetti, nutrendosi della linfa di piante infette, possono acquisire i fitoplasmi, che si replicano al loro interno e vengono poi trasmessi ad altre piante sane durante l’alimentazione.

Nel progetto VectoRise — una collaborazione tra unibz, l’Istituto di Scienza e Tecnologia del Lussemburgo (Luxembourg Institute of Science and Technology) e l’istituto tedesco RLP AgroScience — l’attenzione dei ricercatori si concentra sul ruolo della psilla del biancospino.

« In Germania, questa specie non è rilevante per la trasmissione dei fitoplasmi ma i nostri studi precedenti hanno dimostrato che in Alto Adige è in grado di acquisire e probabilmente anche trasmettere il patogeno», spiega il prof. Hannes Schuler. «Comprendere i fattori alla base di queste differenze regionali nell’efficienza vettoriale è essenziale per sviluppare alternative più sostenibili agli insetticidi».

Nella collaborazione, il team unibz si occuperà di genomica, studiando quali geni influenzano la capacità dell’insetto di acquisire e trasmettere i fitoplasmi. I ricercatori lussemburghesi analizzeranno invece se le variazioni regionali della psilla modificano la trasmissibilità del patogeno e se l’aumento delle temperature legato al cambiamento climatico possa accelerarne la diffusione.

Parassiti del melo: approcci innovativi e sostenibili dalla ricerca internazionale da due progetti tra Alto Adige, Germania e Lussemburgo. Struttura sperimentale di un esperimento di trasmissione del fitoplasma

Un viaggio nel tempo attraverso centinaia di milioni di anni

Un secondo progetto congiunto, sviluppato dalla Facoltà di Scienze Agrarie, Ambientali e Alimentari insieme alla Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), al Max-Planck-Institut di Jena, alla Martin-Luther-Universität di Halle-Wittenberg e al Naturmuseum di Berlino, esplora la storia evolutiva della simbiosi tra psille e batteri. Questi microrganismi forniscono nutrienti essenziali agli insetti fitofagi come aminoacidi assenti nella linfa vegetale, e rappresentano un elemento chiave per la sopravvivenza degli insetti vettori.

Combinando sequenziamento genomico, ricostruzioni filogenetiche e microscopia a fluorescenza, gli scienziati studieranno oltre cento specie di psille per comprendere le dinamiche della coevoluzione con i loro simbionti batterici.

«Questo progetto – conclude Schuler – non solo approfondirà la nostra conoscenza delle interazioni insetto-microbo, ma potrà offrire strumenti concreti per bloccare la trasmissione di malattie vegetali».

Testo e immagini dall’Ufficio Stampa e organizzazione eventi Libera Università di Bolzano – Freie Universität Bozen

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Importanti sviluppi per l’informatica quantistica dalla nuova ricerca del Premio Nobel Giorgio Parisi: un meccanismo di simmetria protegge l’annealing quantistico

Una ricerca della Sapienza, del Consiglio nazionale delle ricerche e dell’Università Complutense di Madrid ha esaminato l’applicazione della tecnica del quantum annealing alla risoluzione di problemi di ottimizzazione. I risultati, pubblicati su Nature, confermano la possibilità dell’utilizzo di questo metodo sotto specifiche condizioni con una efficacia potenzialmente superiore a quella ottenuta con tecniche tradizionali.

L’informatica quantistica è un campo interdisciplinare che sfrutta i principi della meccanica quantistica per elaborare informazioni in maniera più veloce ed efficiente rispetto ai computer classici. Una delle applicazioni più promettenti di questa tecnologia è il quantum annealing, una tecnica di ottimizzazione che utilizza il calcolo quantistico per risolvere problemi complessi trovando il minimo energetico di una funzione.

In questo contesto risultano molto utili i vetri di spin (spin glass), un prototipo di sistema disordinato complesso con una dinamica fortemente influenzata da effetti quantistici.

Comprendere nel dettaglio la fase critica di uno spin glass quantistico, quando cioè il suo comportamento cambia in modo drammatico al variare del campo magnetico, è un problema di grande interesse teorico, dato che per più di venti anni si sono confrontate due teorie contrastanti senza giungere a una conclusione universalmente accettata, ma anche dal grande valore applicativo, poiché permetterebbe di comprendere se il processo di annealing quantistico possa offrire un reale vantaggio nella risoluzione di problemi di ottimizzazione combinatoria. Tra questi anche quello molto celebre del commesso viaggiatore, che consiste nel trovare il percorso più breve che permette di visitare una serie di città una sola volta ciascuna e di tornare al punto di partenza.

Per rispondere a questi interrogativi, nuove tecniche di simulazione in grado di superare l’attuale stato dell’arte nel settore sono stato sviluppate dal Premio Nobel e Accademico dei Lincei Giorgio Parisi della Sapienza, da Massimo Bernaschi dell’Istituto per le applicazioni del calcolo del Consiglio nazionale delle ricerche CNR-IAC) e da Isidoro González-Adalid e Víctor Martín-Mayor dell’Università Complutense di Madrid. I risultati ottenuti, pubblicati sulla rivista Nature, mostrano che nulla impedisce al processo di annealing di trovare delle buone soluzioni in presenza di particolari condizioni.

In particolare il nuovo approccio adottato dagli scienziati ha permesso di ottenere dati con una qualità statistica sufficiente a misurare con una precisione mai raggiunta in precedenza caratteristiche del sistema quali il cosiddetto energy gap, cioè la differenza tra lo stato con energia minima ed il primo stato eccitato, che determina l’utilità del quantum annealing nel trovare soluzioni al problema di ottimizzazione considerato.

Per raggiungere l’obiettivo, sono state utilizzate circa sette milioni di ore di calcolo, fornite dall’iniziativa della comunità europea per il calcolo ad alte prestazioni euroHPC, in due delle maggiori strutture computazionali del continente: MeluXina in Lussemburgo e Leonardo, presso il CINECA in Italia. Tutto il software sviluppato per la simulazione e l’analisi è stato reso disponibile per ulteriori studi.

“I risultati ottenuti – spiega Giorgio Parisi della Sapienza – provano che un meccanismo di simmetria protegge il quantum annealing, permettendo un’efficace applicazione di questa particolare tecnica. Infatti, sotto opportune condizioni di simmetria, non ci sono ostacoli di principio nell’ottenere soluzioni di un problema di ottimizzazione tramite un processo di tipo adiabatico-quantistico, basato cioè su modifiche lente e graduali dello stato del sistema”.

I risultati ottenuti, recentemente confermati da ulteriori esperimenti eseguiti da un altro gruppo di lavoro su una piattaforma specifica, aprono la strada a nuove applicazioni e a ulteriori sviluppi nel campo dell’informatica quantistica.

informatica quantistica annealing quantistico l'immagine rappresenta, attraverso una mappa di calore, quanto uno spin del sistema influenza lo stesso spin ad una certa distanza nel tempo (immaginario, per rappresentare gli effetti quantistici). La funzione di correlazione parte da un valore 1 (distanza d=0) e diminuisce man mano che ci si allontana nel tempo: da come tale correlazione diminuisce è possibile determinare l'energy-gap del sistema, ovvero la differenza tra lo stato ad energia minima ed il primo stato eccitato — l’immagine rappresenta, attraverso una mappa di calore, quanto uno spin del sistema influenza lo stesso spin ad una certa distanza nel tempo (immaginario, per rappresentare gli effetti quantistici). La funzione di correlazione parte da un valore 1 (distanza d=0) e diminuisce man mano che ci si allontana nel tempo: da come tale correlazione diminuisce è possibile determinare l’energy-gap del sistema, ovvero la differenza tra lo stato ad energia minima ed il primo stato eccitato

Riferimenti bibliografici:

The quantum transition of the two dimensional Ising spin glass – Bernaschi M., González-Adalid I., Martín-Mayor V., Parisi G. – Nature – DOI: 10.1038/s41586-024-07647-y.

Testo e immagini dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

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