Evaluación del potencial controlador de extractos metabólicos bacterianos frente a la enfermedad Sigatoka Negra en banano causada por Pseudocercospora fijiensis (Mycosphaerella fijiensis M. Morelet)

Abstract

El banano es uno de los cultivos más importantes de Colombia por su alta producción y exportación. Sin embargo, se ve afectado por una enfermedad llamada Sigatoka Negra, la cual es causada por el hongo de clase Ascomycete Pseudocercospora fijiensis M. Morelet (Mycosphaerella fijiensis) . Este hongo provoca graves consecuencias en el cultivo, como la disminución de su productividad y en etapas avanzadas de la enfermedad, produce la muerte de la planta. El control biológico surge como una alternativa para contrarrestar el uso de fungicidas químicos, los cuales generan cepas resistentes, altos costos de control y problemáticas medio ambientales. Algunas sustancias producidas por microorganismos biocontroladores han demostrado ser efectivas para combatir enfermedades en plantas. En este trabajo se planteó como objetivo evaluar la capacidad antifúngica de extractos metabólicos bacterianos frente a Pseudocercospora fijiensis con el fin de controlar la enfermedad Sigatoka Negra en plantas de banano. Se seleccionaron cinco bacterias con capacidad inhibitoria frente a tres cepas de P. fijiensis con diferentes niveles de sensibilidad in vitro frente a fungicidas comerciales. Los cinco extractos bacterianos fueron probados en hoja desprendida de banano para evaluar su fitotoxicidad, mostrando porcentajes de área afectada inferiores al 3%. Se seleccionaron los aislamientos ECF20 Y Serratiasp. ARP5.1 como los más promisorios. El aislamiento ECF20 fue identificado molecularmente como Bacillussp. Además, se realizó una selección de diferentes componentes del medio de cultivo para este aislamiento y se encontró que el almidón y peptona eran las fuentes de carbono y nitrógeno más adecuadas para la producción de compuestos bioactivos. Adicionalmente, se llevó a cabo la evaluación de los extractos metabólicos Serratia sp. ARP5.1 y Bacil lussp. ECF20 en plantas de banano infectadas on P. fijiensis . Los tratamientos Serratia sp. ARP5.1 a 2500 μg/mL, Bacillussp. ECF20 a 5000 y 10000 μg/mL mostraron los menores porcentajes de área afectada en las hojas evaluadas y no motraron diferencias estadísticamente significativas frente al control no infectado y a un fungicida omercial base de epoxiconazole . Finalmente, se realizó la caracterización preliminar del extracto crudo de Bacillus sp. ECF20 mediante cromatografía líquida acoplada a un detector de masas de alta resolución. Se encontró un compuesto con fórmula química C20H36O12N4, cuya estructura fue corroborada por fraccionamiento de masas en tándem. De igual forma, se detectó un grupo de compuestos congéneres de tipo lipopépt idos. Es posible concluir que las bacterias evaluadas tienen la capacidad de producir sustancias bioactivas que inhiben el crecimiento de P. fijiensisa nivel in vitroe in vivo. Estos resultados permiten avanzar en el desarrollo de nuevos biopesticidas ara el control de enfermedades como la Sigatoka Negra.

Abstract: Banana is one of the most important crops in Colombia due toits high production and export volumen. However, banana crops are affected by a disease called Black Sigatoka, caused by the Ascomycete fungus Pseudocercospora fijiensis (Mycosphaerella fijiensis) . This pathogen causes serious consequences in the crop, like the decrease in yield and the death of the plant in advanced stages of the disease . Biological control emerges as an alternative to counteract the use of chemical fungicides, which generate resistant strains, high control costs and environmental issues. Some substances produced by biocontrol microbes have demonstrated to be effective to fight plant diseases. In this work the objective was to evaluate the antifungal capacity of bacterial metabolic extracts against Pseudocercospora fijiensis to control Black Sigatoka disease in banana plants. Five bacteria with inhibitory capacity were selected to be tested against three strains of P. fijiensis with different levels of in vitro sensitivity against commercial fungicides. The five bacterial extracts were tested in detached banana leaf to evaluate their possible phytotoxicity, showing percentages of affected area lower than 3%. The isolates ECF20 and Serratia sp. ARP5.1 were selected as the most promising. ECF20 was identified as Bacillus sp. In addition, a screening of different components of the culture medium was performed for this isolat e.S tarch and peptone showed to be the most appropriate carbon and nitrogen sources for the production of bioactive compounds. Additionally, the evaluation of the metabolic extracts of Serratia sp. ARP5.1 and Bacillussp. ECF20 were carried out in banana plants infected with P. fijiensis. The treatments of Serratia sp. ARP5.1 at 2500 μg/mL, Bacillussp. ECF20 at 5000 and 10000 μg/mL showed the lowest percentages of affected area in the tested leaves and did not showed statistically significant differences compared to the uninfected control and a commercial fungicide based on epoxiconazole. Finally, apreliminar y characterization of the extract of Bacillus sp. ECF20 was performed using liquid chromatography coupled to a high resolution mass detector. A compound with achemical formula C20H36O12N4 was found. The chemical structure was corroborated by tandem mass fractionation. Similarly, a group of lipopeptide congener compounds was detected. We concluded that the assessed bacteria had the capacity to produce bioactive substances that inhibit the growth of P. fijiensis both in vitro and in vivo. These results could shed light to the development of new biopesticides for the control of diseases such as Black Sigatoka