Potential interactions among an endophytic entomopathogenic fungus, oilseed rape or tomato plants and their respective soil-borne pathogens = Posibles interacciones entre un hongo entomopatógeno endófito, Plantas de colza (Brassica napus) o de tomate y sus respectivos patógenos transmitidos por el suelo
Abstract:
Recent reports show that some fungal entomopathogens are also able to grow as plant endophytes. These reports lead us to question if these fungi could interact with soil-borne fungal pathogens, or could trigger, as endophytes, defense responses in the plant that could modify the disease progress or disease severity. In order to study a possible direct interaction between entomopathogens and a soil-borne plant pathogen, we performed in-vitro antagonism assays between two Beauveria bassiana, two Metarhizium brunneum, and one Acremonium strictum strains and the plant pathogen Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. Confrontation assays in Petri plates showed that all of the entomopathogens produced inhibition of F. oxysporum growth, and the highest antagonism indexes were found in the two M. brunneum strains 36% and 33%) and in B. bassiana Can 31%). These fungi also produced an inhibition zone which suggested the production of antibiotic compounds. In order to further study the possible interaction of M. brunneum Cb15 with soil-borne pathogens and with their plant host, as an endophyte, two different plant-pathogen systems were chosen: Tomato-F. oxysporum and oilseed rape-Verticillium longisporum. Plants were inoculated by root dipping either with their respective pathogen, with M. brunneum Cb15 or with a mix of both fungi. Tomato plants inoculated with F. oxysporum did not develop typical symptoms of Fusarium wilt besides having a lower height during all the growth period, and this was supported with a lower shoot biomass at the end of the experiment. Plants with simultaneous inoculation of both fungi grew similar to the control.
There was no growth promoting effect in tomato plants inoculated with M. brunneum alone; on the contrary, plants had lower final shoot dry weight. Endophytic colonization of plant tissues was evaluated by re-isolation from the hypocotyl tissues, where M. brunneum was found in only 1% of the plants inoculated; in a different experiment using inoculation in spore suspension during seed germination, the same percentage of recovery was found. In order to find if the entomopathogen was present in tissues, but not found in re-isolation experiments because of patchy distribution or very low amounts, samples were analyzed by real-time PCR, were no M. brunneum DNA was found, with a limit of detection of 100 pg. To further increase the limit of detection, a nested PCR was standardized, increasing the threshold detection to 10 fg of Mbr DNA, and using this method, the entomopathogen was found in about 40% of all the plants, independently of its inoculation treatment. We conclude that M. brunneum Cb15 was a poor colonizer of tomato plant tissues, but its interaction with the plant and/or with F. oxysporum modifies the response of the plant to the pathogen. In the second plant-pathogen system studied, oilseed rape plants infected with V. longisporum grew stunted, developed leaf chlorosis, dark veins, and leaf necrosis. Plants were harvested weekly to measure growth parameters, and M. brunneum decreased the disease severity during the first four weeks after inoculation, where plants with dual inoculation had a higher shoot dry biomass, plant height and leaf area than plants inoculated only with the pathogen. This was reflected also in the area under the disease progress curve (AUDCP) that was lower for the dual treatment. The amount of V. longisporum DNA was analyzed by qPCR every week, and the decreased disease symptoms until 28 dpi corresponded with lower amounts of pathogen DNA in hypocotyl tissues. M. brunneum was not detected by qPCR, but was detected by nested PCR, in about 25% of plants inoculated with the entomopathogen alone, but seemed to be excluded from tissues in plants that also were inoculated with the pathogen. We conclude that the interaction of M. brunneum with V. longisporum slow the initial growth of the pathogen inside plant tissues, decreasing disease severity during the first four weeks, after which the pathogen overcomes this inhibition and is able to invade plant tissues, causing worsening of disease symptoms.
Resumen:
Investigaciones recientes muestran que algunos hongos entomopatógenos también pueden crecer como endófitos de las plantas. Esto nos llevó a la pregunta de si estos hongos podrían ser antagonistas de los hongos patógenos del suelo, ya que comparten hábitat similares. También podrían elicitar, como endófitos, respuestas de defensa en las plantas, y de esta manera modificar el progreso y/o la severidad de la enfermedad. Con el fin de estudiar una posible interacción directa entre diferentes hongos entomopatógenos y un patógeno vegetal transmitido por el suelo, se realizaron ensayos de antagonismo in vitro de dos cepas de Beauveria bassiana, dos cepas de Metarhizium brunneum y una cepa de Acremonium strictum contra Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici. En el ensayo de confrontación en caja de Petri, todos los hongos entomopatógenos causaron inhibición del crecimiento de F. oxysporum, y los índices de antagonismo más altos se encontraron en las dos cepas de M. brunneum (36% y 33%) y B. bassiana Can (31%). Estos hongos también produjeron una zona de inhibición que sugiere la producción de compuestos antibióticos. Con el fin de estudiar más a fondo la posible interacción de M. brunneum Cb15 con hongos patógenos transmitidos por el suelo y su respectiva planta huésped, se seleccionaron dos Patosistemas vegetales: Tomate - F. oxysporum y colza - Verticillium longisporum. Las plantas se inocularon mediante inmersión de las raíces en una suspensión con las esporas de sus respectivos patógenos, con M. brunneum Cb15 o con una mezcla de las esporas de ambos hongos. Las plantas de tomate inoculadas con F. oxysporum tuvieron una altura inferior durante todo el período de crecimiento, y una menor biomasa aérea al final del experimento. No se observaron otros sintomas de la enfermedad. Las plantas inoculadas simultáneamente con ambos hongos crecieron de forma similar al control.
La colonización endofítica de los tejidos vegetales se evaluó mediante re-aislamiento por medio de incubación en medio nutritivo de los tejidos del hipocótilo, donde se encontró M. brunneum en solo el 1% de las plantas inoculadas. Para incrementar la sensibilidad de detección de la colonizacion endofitica, se estandarizó un protocolo de PCR (Reaccion en cadena de la polimeraza) anidado, con un umbral de deteccion de 10 fg de ADN de M. Brunneum. Con el PCR anidado, el entomopatógeno se encontró en aproximadamente 40% de todas las plantas, independientemente de su tratamiento de inoculación. Concluimos que M. brunneum Cb15 no fue eficiente colonizando las plantas de tomate, pero su interacción con la planta y / o con F. oxysporum modifico la respuesta de la planta al patógeno. En el segundo sistema de planta-patógeno estudiado, las plantas de colza infectadas con V. longisporum presentaron retraso en el crecimineto, oscurecimiento de las nervaduras foliares, clorosis y necrosis foliar. Se hicieron cosechas semanales para medir los parámetros de crecimiento y la biomasa de ambos hongos por medio de PCR en tiempo real (qPCR). M. brunneum disminuyó la severidad de la enfermedad durante las primeras cuatro semanas post- inoculación, donde las plantas con doble inoculación tenían mayor biomasa seca, altura y área foliar que las plantas inoculadas solo con el patógeno. Esto se reflejó también en el área bajo la curva de progreso de la enfermedad (AUDCP) que fue menor para el tratamiento con ambos hongos. La disminución de los síntomas de la enfermedad hasta los 28 dias post-inoculacion coincidio menor cantidad de ADN del patógeno en los tejidos del hipocótilo. M. brunneum no fue detectado por qPCR, pero se detectó mediante PCR anidado, en aproximadamente 25% de las plantas inoculadas solamente con el entomopatógeno, pero no en plantas que también fueron inoculadas con el patógeno. Concluimos que la interacción de M. brunneum con V. longisporum ralentiza el crecimiento inicial del patógeno dentro de los tejidos vegetales, disminuyendo la severidad de la enfermedad durante las primeras cuatro semanas, luego de lo cual el patógeno supera esta inhibición y puede invadir los tejidos vegetales, causando un empeoramiento de los síntomas de la enfermedad.
Citación recomendada (normas APA)
Catalina Posada Vergara, "Potential interactions among an endophytic entomopathogenic fungus, oilseed rape or tomato plants and their respective soil-borne pathogens = Posibles interacciones entre un hongo entomopatógeno endófito, Plantas de colza (Brassica napus) o de tomate y sus respectivos patógenos transmitidos por el suelo", -:-, 2017. Consultado en línea en la Biblioteca Digital de Bogotá (https://www.bibliotecadigitaldebogota.gov.co/resources/2089214/), el día 2025-05-16.
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