Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/55535
Type: Tese
Title: Biocontrole de Fusarium verticillioides e promoção de crescimento de milho por bactérias isoladas de milho e sorgo
Other Titles: Biocontrol of Fusarium verticillioides and maize growth promoter by bacteria isolated from maize and sorghum
Authors: Gisele de Fátima Dias Diniz
First Advisor: Vera Lúcia dos Santos
First Co-advisor: Christiane Abreu de Oliveira Paiva
First Referee: Nalu Teixeira de Aguiar Peres
Second Referee: Maria Aparecida de Resende Stoianoff
Third Referee: Dagma Dionísia da Silva
metadata.dc.contributor.referee4: Frederick Mendes Aguiar
Abstract: Nos últimos anos, mudanças nos sistemas de cultivo para melhorar a produção agrícola, favoreceram o aumento na ocorrência e severidade de doenças e o uso intensivo de fungicidas para o controle de fitopatógenos. Contudo, o uso indiscriminado de fungicidas pode afetar negativamente o meio ambiente e aumentar a resistência dos patógenos. Além disso, para alguns casos, como Fusarium verticillioides, não existem fungicidas químicos eficazes para o controle do fungo. Fusarium verticillioides é considerado um dos principais patógenos do milho. Este patógeno pode causar perdas de sementes, morte de plântulas, podridão do colmo, podridão de raiz e espiga e danos aos grãos armazenados Além disso, F. verticillioides produz fumonisinas e micotoxinas nocivas a humanos e animais, que são obstáculos ao comércio internacional. A dificuldade do controle fúngico tem estimulado pesquisas envolvendo o manejo integrado de doenças, sendo o controle biológico uma estratégia viável com potencial de aproveitamento e sustentável. Além disso, algumas bactérias antagonistas de fungos também podem desempenhar funções como promotores de crescimento de plantas. Assim, esses organismos são candidatos ideais para o desenvolvimento de bioprodutos. Neste estudo, três bactérias isoladas de milho e duas isoladas do sorgo foram avaliadas como candidatas para o controle biológico de fungos patogênicos do milho e promotoras de crescimento vegetal. Testes preliminares de seleção in vitro mostraram a atividade antagônica dessas bactérias contra importantes fitopatógenos da cultura do milho. O sequenciamento genômico revelou que as cepas bacterianas pertencem às espécies Bacillus velezensis (LIS05, IM14 e CT02), Paenibacillus ottowii (LIS04) e Pseudomonas aeruginosa (IPR45). A análise dos filtrados bacterianos por UPLC-MS e a análise genômica revelaram que diferentes metabólitos antifúngicos inibiram o crescimento de Fusarium verticillioides, sendo eles, iturina, fengicina e surfactina (B. velezensis), quinolona e ramnolipídio (P. aeruginosa) e polimixina (P. ottowii). Além disso, a análise do genoma dos cinco isolados revelou outros genes envolvidos na síntese de metabólitos bioativos. O potencial dessas linhagens como agentes de biocontrole e promotoras de crescimento vegetal foi validado por experimentos em casa de vegetação e em campo. Sob condições controladas, utilizando isolados individualemente ou em combinação com outras bactérias ou fungicidas químicos, os tratamentos favoreceram a melhoria da germinação de sementes, altura de planta, diâmetro de caule, matéria seca de planta e matéria seca de raiz. Nas avaliações de campo, todos os isolados, individualmente ou em combinação, foram eficientes na redução da podridão do colmo causada por F. verticillioides. Os tratamentos com duas bactérias ou bactérias mais fungicidas preveniram eficientemente as perdas de produtividade das plantas inoculadas com F. verticillioides. Além disso, essas bactérias selecionadas apresentaram características in vitro para promoção do crescimento vegetal, que foram confirmadas por testes em casa de vegetação. A combinação de dois isolados de B. velezensis (CT02 + IM14) promoveu aumentos de 18,1% na altura da planta, 15,1% no diâmetro do caule, 44% na massa seca da parte aérea MSPA, 72,4% na massa seca das raízes MSR e 46,8 % na massa seca total. Este trabalho apresenta resultados sobre como os microrganismos selecionados controlam os fitopatógenos e a proporção do efeito protetor da bactéria antagonista no controle de F. verticillioides. Além disso, os resultados abrem novas perspectivas para o uso dessas bactérias no desenvolvimento de biofungicidas multifuncionais.
Abstract: In recent years, changes in cropping systems to improve agricultural production have favored an increase in the occurrence and severity of diseases and the intensive use of fungicides to control phytopathogens. However, the indiscriminate use of fungicides can negatively affect the environment and increase pathogen resistance. Furthermore, in some cases, such as Fusarium verticillioides, there are no effective chemical fungicides to control the fungus. Fusarium verticillioides is considered one of the primary pathogens of maize. This pathogen can cause seed losses, seedling death, stem rot, root and ear rot, and damages to stored grains. In addition, F. verticillioides produces fumonisins and mycotoxins harmful to humans and animals, which are obstacles to international trade. The difficulty of fungal control has stimulated research involving integrated disease management, with biological control being a feasible strategy with the potential for advantageous and sustainable use. Furthermore, some fungi-antagonistic bacteria may also perform functions like plant growth promoters. Thus, these organisms are ideal candidates for developing bioproducts. In this study, three bacteria isolated from maize and two isolated from sorghum were evaluated as candidates for biological control of maize pathogenic fungi and plant growth promoters. Preliminary tests in vitro showed the antagonistic activity of these bacteria against important pathogenic fungi of maize crops. Genomic sequencing revealed that the bacterial strains belong to the Bacillus velezensis species (LIS05, IM14, and CT02), Paenibacillus ottowii (LIS04), and Pseudomonas aeruginosa (IPR45). Analysis of bacterial filtrates by UPLC-MS and genomic analysis revealed that different antifungal metabolites inhibited the growth of Fusarium verticillioides, namely, iturin, fengycin, and surfactin (B. velezensis), quinolone and rhamnolipid (P. aeruginosa) and polymyxin (P. ottowii). Furthermore, the five isolates' genome analysis revealed other genes involved in synthesizing bioactive metabolites. The potential of these strains as biocontrol agents and plant growth promoters was validated by greenhouse and field experiments. Under controlled conditions, using isolates, individually or in combination with other bacteria or chemical fungicides, the treatments favored the improvement of seed germination, plant height, stalk diameter, plant dry matter, and root dry matter. In field evaluations, all isolates, individually or in combination, were efficient in reducing the stalk rot caused by F. verticillioides. The treatments using two bacteria or bacteria plus fungicides efficiently prevented yield losses by plants inoculated with F. verticillioides. Furthermore, these selected bacteria showed in vitro characteristics for plant growth promotion, which were confirmed by greenhouse tests. The combination of two B. velezensis isolates (CT02 + IM14) promoted increases of 18.1% in plant height, 15.1% in stem diameter, 44% in shoot dry mass MSPA, 72, 4% in the dry mass of MSR roots, and 46.8% in the total dry mass. This work presents results concerning how the selected microorganisms control phytopathogens and the proportion of the plant-protective effect of the antagonistic bacteria in controlling F. verticillioides. In addition, the results open new perspectives for using these bacteria to develop multifunctional biofungicides.
Subject: Microbiologia
Bacillus
Pseudomanas
Paenibacillus
Produtos biológicos
Fusariose
Zea mays
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICB - DEPARTAMENTO DE MICROBIOLOGIA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Microbiologia
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/55535
Issue Date: 19-Dec-2022
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Tese pronta com ficha catalográfica biblioteca 04-05-23 tde(1).pdf4.99 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.