Μελέτη της δράσης του βιολογικού παράγοντα Pseudomonas putida Z13 εναντίον του μύκητα Botrytis cinerea σε φυτά και καρπούς τομάτας

Abstract

Η τεφρά σήψη που προκαλείται από τον μύκητα Botrytis cinerea, αποτελεί μια σημαντική ασθένεια κατά την καλλιεργητική και μετασυλλεκτική περίοδο της τομάτας. Η βασική μέθοδος καταπολέμησης του παθογόνου είναι η χρήση συνθετικών σκευασμάτων, όμως η ανάπτυξη ανθεκτικών στελεχών του μύκητα σε αυτά και η εντεινόμενη ανησυχία για τις επιπτώσεις τους στο περιβάλλον, έχουν αυξήσει τις έρευνες που αξιολογούν την δράση βιολογικών παραγόντων έναντι του μύκητα. Το είδος Pseudomonas putida χρησιμοποιείται συχνά σε περιβαλλοντικές μελέτες, καθώς αποσυνθέτει την κυτταρίνη και τη χιτίνη και παράγει πολλά διαφορετικά αντιβιοτικά. Η παρούσα μελέτη αποσκοπεί στην αξιολόγηση της δράσης του βιολογικού παράγοντα Pseudomonas putida Z13, έναντι του μύκητα B. cinerea, σε φυτά και καρπούς τομάτας, ανάλογα με την εφαρμογή των μεταβολιτών ή των κυττάρων του στελέχους. Παρατηρήθηκε ότι η εφαρμογή των μεταβολιτών στους καρπούς και στις ρίζες των φυτών μείωσαν την ένταση της ασθένειας. Επίσης, μείωση των συμπτωμάτων της ασθένειας διαπιστώθηκε και στην εφαρμογή του αιωρήματος κυττάρων Ζ13 στα φύλλα και στις ρίζες συνδυαστικά. Η qPCR ανάλυση για την καταγραφή της έκφρασης των γονιδίων PR1 και PDF1.2 έδειξε πως τα γονίδια υπερεκφράστηκαν σχεδόν σε όλες τις εφαρμογές του Ζ13. Από την βιοπληροφορική ανάλυση φάνηκε ότι το Z13 είναι ικανό να παράγει πυρρολοκινολίνη κινόνη (pqq), την σιδηροφόρο ουσία πυοβερδίνη και άλλες ενώσεις που ενεργοποιούν την άμυνα των φυτών. Επομένως, η παρατηρούμενη μείωση των συμπτωμάτων δείχνει ότι το στέλεχος Z13 καταπολεμά τον παθογόνο μύκητα κυρίως μέσω της παραγωγής σιδηροφόρων και της ενεργοποίησης της διασυστηματικής άμυνας των φυτών.

Grey mold, caused by Botrytis cinerea, is an important disease during the cultivation and postharvest period of tomatoes. Although fungicide treatment has been one of the main methods for controlling gray mold, there is increasing international concern over the heavy use of fungicides on crops because of the possible harmful effects on human health and the emergence of pathogen resistance to fungicides. Therefore, there is a need to develop alternative disease control methods, such as the use of plant beneficial microorganisms. Pseudomonas putida is a bacterium commonly used in environmental studies, it degrades cellulose and chitin, and also produces a large number of different antibiotics. The aim of the present study was to evaluate the biocontrol activity of strain Pseudomonas putida Z13 against Botrytis cinerea in tomato plants and fruits, depending on the metabolites or cell culture application. Also, a bioinformatic analysis was carried out to identify genes in Z13 genome that are involved in synthetizing compounds linked to biocontrol activity. The application of metabolites Z13 in tomato fruits and plant roots reduced disease severity compared to controls. Also, reduced disease severity was shown when Z13 cell culture was combined in root and leaf applications. The qPCR analysis revealed that expression of the defense associated genes PR1 and PDF1.2 was upregulated in the majority of Z13 treated plants and fruits. Finally, the bioinformatics analysis revealed that Z13 is able to produce pyrroloquinoline qinone (pqq), the siderophore pyoverdine and other compounds that trigger plant immune responses. Therefore, Z13 may constitute a biocontrol agent that targets pathogens mainly by siderophore production and induction of systemic resistance of plants.