Interactions between Bacillus amyloliquefaciens Bs006, Fusarium oxysporum Map5 and Cape gooseberry (Physalis peruviana)

Abstract

Fusarium oxysporum (FOX) is one of the most difficult plant pathogens to control leading to important economic losses in several crops owing to Fusarium-wilt disease. Biological control through beneficial rhizobacteria has high potential to reduce the devastating effects caused by FOX. Bacillus amyloliquefaciens strain Bs006 has potential as plant growth promoter and biocontrol agent against cape gooseberry wilt disease. Although plant growth promoting phenomenon had been consistent in previous experiments, the biocontrol activity by Bs006 was variable, suggesting that biotic and abiotic factors in the rhizosphere affect the efficacy of Bs006. Thus, the main goal of this doctoral research was contribute to knowledge of Bs006-FOX-cape gooseberry-environment interactions. Results show that Bs006 synthesizes cyclic lipopeptides (CLPs) from the iturin, fengycin and surfactin families. However, incubation temperature and culture media affect the production of CLPs. Experimental evidence indicated that iturins have fungistatic effect on FOX, while fengycins have fungicidal effect in a concentration dependent manner. In gnotobiotic cultures, it was determined that Bs006 colonizes the cape gooseberry root surface, forming a biofilm and utilizes root exudates as a nutritional source. In this system, it was found that Bs006 synthesizes compounds of the three families listed above and is associated with the inhibition of FOX growth. In vivo studies indicated that biocontrol activity of Bs006 against Fusarium-wilt is influenced by the concentrations of the pathogenic inoculum, Bs006 inoculum and CLPs. These results have provided a framework in which to evaluate the optimal combination of Bs006 cells and supernatant/semi-purified extract or pure CLPs in future studies. Since the production of CLPs by Bs006 is lower in the rhizosphere than in artificial media and that propagules of FOX can be tolerant to CLP action, additional research is needed to design integrated management programs of this disease. These programs should include the development of a biopesticide based on Bs006 and information about compatibility between rhizobacteria, fungicides and another biological control agents.

Fusarium oxysporum (FOX) es uno de los fitopatógenos más difíciles de controlar, provocando altas pérdidas agrícolas debido a la enfermedad marchitamiento vascular. El control biológico con rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPR) presenta alto potencial para reducir los devastadores efectos de FOX. Particularmente Bacillus amyloliquefaciens cepa Bs006 ha mostrado alto potencial como promotor de crecimiento vegetal y como biocontrolador del marchitamiento vascular de la uchuva. Aunque el fenómeno de promoción del crecimiento vegetal había sido consistente previamente, la eficacia Bs006 contra la enfermedad fue variable, suponiendo que factores bióticos o abióticos de la rizósfera afectan su actividad biocontroladora. En este contexto, el objetivo de la investigación doctoral fue contribuir al conocimiento de las interacciones entre Bs006, FOX, uchuva y el ambiente. Los estudios in vivo indicaron que la actividad biocontroladora de Bs006 contra el marchitamiento vascular está influenciado por la concentración de inóculo del patógeno, la dosis de Bs006 y la concentración de lipopéptidos cíclicos (CLPs) de las familias iturinas, fengicinas y surfactinas. La evidencia experimental indicó que las iturinas tienen un efecto fungistático contra FOX, mientras que las fengicinas presentan un efecto fungicida, en una forma dependiente de la concentración. A través de un modelo gnotobiótico se determinó que Bs006 coloniza la superficie de la raíz de uchuva, formando una biopelícula; sintetizó compuestos de las tres clases de CLPs y desde la raíz inhibió el crecimiento de FOX. Adicionalmente, la temperatura de incubación y el medio de crecimiento afectaron la producción de CLPs por Bs006. Globalmente, los resultados de la presente investigación sugieren realizar estudios adicionales para encontrar una óptima combinación entre células de Bs006 y sobrenadante de su cultivo/extracto semi-purificado o una proporción de CLPs puros que no sea contraproducente para la planta. Teniendo en cuenta que en la rizósfera la producción de CLPs por la rizobacteria es mucho más baja que en un medio artificial y dada la tolerancia de FOX a los CLPs, son necesarias nuevas investigaciones para diseñar planes de manejo integrado de la enfermedad, que incluyan la alternativa de control biológico con B. amyloliquefaciens Bs006. (Texto tomado de la fuente).