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Muscodor spp.: promotes tomato growth, protects against bacterial wilt and produces bioactive volatile compounds
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Universidade Federal de Lavras
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Departamento de Biologia
Programa de Pós-Graduação
Programa de Pós-graduação em Microbiologia Agrícola
Agência de fomento
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
Tipo de impacto
Áreas Temáticas da Extensão
Objetivos de Desenvolvimento Sustentável
Dados abertos
Resumo
Uma ampla diversidade de fungos endofíticos produzem metabólicos com atividade antimicrobiana. Além disso, interagem com plantas superiores, podendo desempenhar funções indispensáveis na natureza, tais como promoção do crescimento e proteção contra doenças. Destes, fungos do gênero Muscodor têm sido descritos por produzirem uma mistura de compostos orgânicos voláteis (COVs) letal contra vários microrganismos, além de melhorar o desenvolvimento de algumas plantas. No entanto, a aplicação de fungos deste gênero na agricultura tem como desafio a não esporulação. Portanto, visando explorar o potencial de nove isolados de três espécies de Muscodor (M. vitigenus, M. coffeanum e M. yucatanensis) avaliamos a atividade in vitro dos seus COVs contra as fitobactérias Ralstonia solanacearum raça 3, Xanthomas vesicatoria e Pseudomonas syringae pv. tomato, com posterior caracterização dos voláteis por cromatografia gasosa acoplada à espectro de massas (GC-MS). Efeito alelopático dos voláteis sobre radículas de tomate também foi avaliado. Foram testados dois métodos de inoculação em plantas de tomate, em muda, em dois experimentos independentes, via suspensão de micélio, e em semente, através de adaptações na técnica de osmocondicionamento, no qual foi avaliada promoção do crescimento, além da resistência de plantas, inoculadas via semente, à murcha bacteriana causada por R. solanacearum raça 3, respectivamente. Vários isolados de diferentes espécies produziram voláteis com atividade antibacteriana e alelopática, destaque para os VOCs do fungo M. coffeanum COAD1900, com efeito letal sobre todas as fitobactérias, exceto sobre P. syringae pv. tomato que cresceu parcialmente, além de alelopatia desde o segundo dia de crescimento. Ao oitavo dia de crescimento, 18 COVs foram caracterizados, dentre eles: ácidos; ésteres; álcoois; terpenos; aldeído e amida. A inoculação via suspensão de micélio de cinco dos nove fungos, promoveu incrementos no rendimento de frutos frescos de tomate de mesa, nos dois experimentos realizados, com os maiores ganhos promovidos pelos fungos M. coffeanum COAD1842 (20%), M. vitigenus CML4015 (19%) e M. vitigenus CML4014 (15%). Ganhos de biomassa seca de raiz e parte aérea foram observados apenas no segundo experimento, realizado no inverno. O osmocondicionamento mostrou ser uma técnica de inoculação eficaz para fungos Muscodor, promovendo colonização efetiva das sementes sem danos ao crescimento do fungo. Porém, alguns isolados afetaram negativamente a germinação, altura e a razão parte aérea/raiz de mudas. No entanto, M. coffeanum COAD1842 e M. yucatanensis CML4016 aumentaram significativamente a biomassa seca de raiz, além das mudas apresentarem menor relação parte aérea/raiz que o controle. Plantas de tomate industrial inoculadas com M. coffeanum COAD1900 apresentaram resistência moderada à murcha bacteriana, além de incremento no rendimento de frutos frescos e teor de sólidos solúveis totais. A observação da colonização da radícula sugere a capacidade de colonização de fungos Muscodor em raízes de tomate. Adicionalmente, os fungos M. coffeanum COAD1842 e M. yucatanensis CML4016 apresentaram compatibilidade com o tratamento de semente (metalaxil+deltametrina). Nossos resultados reforçam o potencial de utilização de fungos Muscodor na cultura do tomate, com desenvolvimento de novas estratégias de aplicação em muda e semente visando o desenvolvimento vegetal e controle da murcha bacteriana.
Abstract
Several endophytic fungi are producers of metabolites with antimicrobial activity. In addition, they interact with higher plants and can perform several indispensable functions in nature, such as growth promotion and protection against diseases. Of these, fungi of the genus Muscodor have been reported as producers of a mixture of lethal volatile organic compounds (VOCs) against a wide amount of microorganisms, in addition to improving the development of some plants. However, the application of fungi of this genus in agriculture has the challenge of non-sporulation. Therefore, aimed to explore the potential of nine isolates of three species of Muscodor (M. vitigenus, M. coffeanum and M. yucatanensis) we evaluated the in vitro activity of their VOCs against the phytobacteria Ralstonia solanacearum race 3, Xanthomas vesicatoria and Pseudomonas syringae pv. tomato, with subsequent characterization of the volatiles produced by gas chromatography-mass spectrometry (GCMS). Allelopathy of volatiles on tomato radicles was also evaluated. Two methods of inoculation were tested in tomato, in seedling, in two independent experiments, with mycelium suspension, and seed, through adaptations in the water restriction technique, in which growth promotion was evaluated, as well as plant resistance, inoculated in seed, to bacterial wilt caused by R. solanacearum race 3, respectively. Several isolates of different species produced volatiles with antibacterial and allelopathic activity, especially the VOCs of the fungus M. coffeanum COAD1900, with a lethal effect against all phytobacteria, except P. syringae that grew partially, and phytoinhibition from the second day of growth. After eight days of growth, 18 VOCs were characterized, among them: acids; esters; alcohols; terpenes; aldehyde and amide. The inoculation with mycelial suspension of five fungi increased the yield of fresh fruits of tomato in the two experiments, with the highest gains promoted by the fungi M. coffeanum COAD1842 (20%), M. vitigenus CML4015 (19%) and M. vitigenus CML4014 (15%). Dry biomass gains of root and shoot were observed only in the second experiment, carried out in winter. Osmoconditioning proved to be an effective inoculation technique for Muscodor fungi, promoting effective seed colonization without damage to fungus growth. However, some isolates affected negatively the germination, height and the shoot/root ratio of the seedlings. On the other hand, M. coffeanum COAD1842 and M. yucatanensis CML4016 significantly increased the dry biomass of the roots, in addition to the seedlings presented lower shoot/root ratio than the control. Tomato for industry inoculated with M. coffeanum COAD1900 showed moderate resistance to bacterial wilt, besides an increase in fresh fruit yield and total soluble solids content. The observation of radicle colonization suggests the ability of colonization of Muscodor fungi in tomato roots. In addition, the fungi M. coffeanum COAD1842 and M. yucatanensis CML416 showed compatibility with the seed treatment (metalaxyl+deltamethrin). Our results reinforce the potential of using Muscodor fungi in the tomato crop, with the development of application strategies in seedling and seed aiming the plant development and control of bacterial wilt.
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SANTOS, I. A. F. M. Muscodor spp.: promotes tomato growth, protects against bacterial wilt and produces bioactive volatile compounds. 2018. 56 p. Tese (Doutorado em Microbiologia Agrícola)–Universidade Federal de Lavras, Lavras, 2018.