Autohtone bakterijske populacije u supresivnosti zemljišta prema Fusarium graminearum Populations bactériennes indigènes dans la résistance du sol contre Fusarium graminearum

[I. B. Todorović]

439 str.

Microbiology - Environmental microbiology / Mikrobiologija - Ekološka mikrobiologija

Crop plants are exposed to a wide range of soil-borne phytopathogens, particularly oomycetes and fungi, which are difficult to control. Species from the fungal genus Fusarium are typical soil microorganisms which are among the most destructive phytopathogens. They produce a wide variety of mycotoxins, which may be present in feed and food products. The mycotoxicogenic pathogen Fusarium graminearum is causing significant economic losses in wheat crops throughout the world, with limited efficient control methods available. However, certain soil microorganisms may successfully inhibit phytopathogens, thus impeding their development and consequently reducing subsequent plant infection, all of which leads to defining soils that are suppressive to disease. Although abiotic factors, such as soil physicochemical properties, may contribute to the suppression of a given pathogen, suppressiveness is essentially a phenomenon mediated by soil microorganisms, since sterilization processes turn suppressive soils into non-suppressive. Additionally, agronomic practices that increase microbial activity, such as the use of organic amendments, may enhance suppressiveness, while the use of pesticides in agricultural production diminishes the soil's ability to control diseases. In suppressive soils, disease suppression occurs despite the presence of the host plant, phytopathogen and environmental conditions favorable for disease development. Two types of soil suppressiveness have been described: general (involving the entire soil microbiota that restrict pathogen(s) growth or development, and in the case of affected fungal propagules, referred to as fungistasis) and specific (involving one or several specific microbial populations that restrict pathogen-caused disease), contrary to non-suppressive (conducive) soils, where disease regularly develops. Suppressive soils represent a reservoir of promising biocontrol agents which could provide effective plant protection against various soil-borne phytopathogens. This potential is of great importance when considering phytopathogens like F. graminearum, that are causing increasing damage to crops in the on-going climate change context. It is known that soils suppressive to Fusarium diseases affecting various crops exist worldwide, and that there are biocontrol agents isolated from such suppressive soils. Furthermore, representatives of a range of bacterial groups carry out functions that lead to the suppression of Fusarium-caused diseases. For example, species from the genera Bacillus, Paenibacillus and Streptomyces are well known to play a role in the suppression of Fusarium–caused diseases through various biocontrol mechanisms (i.e., antagonism, competition, parasitism and induction of systemic resistance in plant). In addition, these bacteria also exhibit a number of plant-growth promoting properties, such as phosphorus solubilization, indole-3-acetic acid (IAA) production or 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) deaminase production, therefore facilitating plant growth. Apart from the aforementioned species, it is known that species from the genus Pseudomonas have a wide range of phytobeneficial functions and play an important role in the rhizosphere. For example, various Pseudomonas species possess the ability to induce systemic resistance in plants, compete with pathogens through the production of siderophores and produce a large panel of antifungal substances, such as pyoluteorin, pyrrolnitrin, 2,4-diacetylphloroglucinol, phenazine, 2-hexyl-5-propyl-alkylresorcinol or hydrogen cyanide (HCN), that could inactivate or inhibit Fusarium growth. Moreover, Pseudomonas species may modulate plant growth through phytohormones production, and alter the bioavailability of nutrients, by producing ACC deaminase, solubilizing phosphates, fixing nitrogen and denitrifying...

Poljoprivredni usevi su izloženi velikom broju zemljišnih fitopatogena, posebno oomicetama i gljivama, koje je teško kontrolisati. Vrste gljiva iz roda Fusarium su tipični zemljišni mikroorganizmi koji spadaju među najrazornije fitopatogene. Oni proizvode širok spektar mikotoksina, koji mogu biti prisutni u hrani i prehrambenim proizvodima. Biljni patogen Fusarium graminearum, koji takodje proizvodi mikotoksine, izaziva značajne ekonomske gubitke prinosa pšenice širom sveta, uz ograničene dostupne metode kontrole. Međutim, određeni mikroorganizmi u zemljištu mogu uspešno da inhibiraju fitopatogene, ometajući njihov razvoj i posledično smanjujući pojavu infekcije biljaka, što sve dovodi do definisanja supresivnih zemljišta. Iako abiotički faktori, kao što su fizičko-hemijska svojstva zemljišta, mogu doprineti supresiji određenog patogena, supresivnost je u suštini fenomen posredovan zemljišnim mikroorganizmima, pošto procesi sterilizacije pretvaraju supresivno u nesupresivno zemljište. Takođe, agronomske prakse koje pospešuju mikrobnu aktivnost, npr. upotreba stajnjaka, mogu povećati supresivnost, dok upotreba pesticida u poljoprivrednoj proizvodnji umanjuje prirodnu sposobnost zemljišta da kontroliše bolesti. U supresivnim zemljištima, pojava suzbijanja bolesti se dešava uprkos prisustvu biljke domaćina, fitopatogena i uslova sredine pogodnih za razvoj bolesti. Opisana su dva tipa supresivnosti zemljišta: opšta (uključuje celokupan mikrobiom zemljišta koji ograničava rast ili razvoj patogena, i u slučaju patogenih gljiva se naziva fungistaza) i specifična (uključuje jednu ili više specifičnih mikrobnih populacija koje ograničavaju bolest uzrokovanu patogenom), za razliku od nesupresivnih zemljišta (tj. konducivnih), gde se bolest redovno razvija. Supresivna zemljišta predstavljaju rezervoar obećavajućih biokontrolnih agenasa koji bi mogli da obezbede efikasnu zaštitu biljaka od različitih zemljišnih fitopatogena. Ovaj potencijal je od velike važnosti kada su u pitanju fitopatogeni kao što je F. graminearum, koji izazivaju sve veću štetu usevima u kontekstu rastućih klimatskih promena. Poznato je da zemljišta supresivna prema bolestima izazvanim gljivom Fusarium postoje širom sveta i da su iz tih zemljišta izolovani biokontrolni agensi. Štaviše, predstavnici niza bakterijskih rodova vrše funkcije koje dovode do supresije bolesti izazvanim ovom gljivom. Na primer, poznato je da vrste iz rodova Bacillus, Paenibacillus i Streptomyces igraju ulogu u suzbijanju bolesti izazvanim gljivom Fusarium kroz različite mehanizme biokontrole (tj. antagonizam, kompeticija, parazitizam i indukcija sistemske otpornosti biljke). Pored toga, ove bakterije takođe pokazuju brojna svojstva koja podstiču rast biljaka, kao što je solubilizacija fosfata, proizvodnja indol-3-sirćetne kiseline (IAA) ili proizvodnja 1-aminociklopropan-1-karboksilat (ACC) deaminaze. Pored pomenutih vrsta, poznato je da vrste iz roda Pseudomonas imaju širok spektar korisnih funkcija i igraju važnu ulogu u rizosferi. Na primer, različite vrste roda Pseudomonas imaju sposobnost da indukuju sistemsku otpornost biljke, stupaju u kompeticiju sa patogenima kroz proizvodnju siderofora i mogu proizvesti široki spektar antifungalnih supstanci, kao što su pioluteorin, pirolnitrin, 2,4-diacetilfloroglucinol, fenazin, 2 -heksil-5- propil-alkilresorcinol ili cijanovodonik (HCN), koji mogu da inaktiviraju ili inhibiraju rast Fusarium. Štaviše, vrste roda Pseudomonas mogu modulirati rast biljke putem proizvodnje fitohormona i uticati na bioraspoloživost nutrijenata, proizvodnjom ACC deaminaze, solubilizacijom fosfata, azotofiksacijom i denitrifikacijom...

Les plantes cultivées sont exposées à un multitude de phytopathogènes présents dans le sol, en particulier les oomycètes et les champignons, difficiles à contrôler. Les espèces du genre Fusarium, des microorganismes fongiques courants dans les sols, comptent parmi les phytopathogènes les plus destructeurs. Ils produisent une grande variété de mycotoxines, pouvant se retrouver dans les aliments pour animaux et les produits alimentaires. Le pathogène mycotoxigène Fusarium graminearum engendre d’importantes pertes économiques dans les cultures de blé à travers le monde, avec des méthodes de contrôle efficaces limitées. Cependant, certains microorganismes du sol peuvent réussir à inhiber les phytopathogènes, entravant ainsi leur développement et réduisant les infections ultérieures des plantes. Cela conduit à définir des sols résistants aux maladies. Bien que des facteurs abiotiques, tels que les propriétés physicochimiques du sol, puissent contribuer à la suppression d'un agent pathogène, la résistance est essentiellement un phénomène médié par les microorganismes du sol. En effet, la stérilisation transforme les sols résistants en sols nonrésistants (dits sensibles). De plus, les pratiques agricoles qui augmentent l'activité microbienne, comme l'amendements organiques, peuvent renforcer le pouvoir résistant du sol, tandis que l'utilisation de pesticides dans la production agricole diminue sa capacité à contrôler les maladies. Dans les sols résistants, la maladie est supprimée malgré la présence de la plante hôte, du phytopathogène et des conditions environnementales favorables au développement de la maladie. Deux types de résistance des sols ont été décrits : la résistance générale, impliquant l'ensemble du microbiote du sol qui limite la croissance ou le développement d'agents pathogènes (cas de la fongistase, sol dans lesquels les propagules fongiques sont affectées) et la résistance spécifique, impliquant une ou plusieurs populations microbiennes spécifiques qui limitent les maladies causées par des agents pathogènes. Cela contraste avec les sols sensibles, où les maladies se développent régulièrement. Les sols résistants représentent un réservoir d’agents de lutte biologique prometteurs qui pourraient fournir une protection efficace aux plantes contre divers phytopathogènes présents dans le sol. Ce potentiel revêt une grande importance, surtout face à des phytopathogènes tel que F. graminearum, qui causent des dommages croissants aux cultures dans le contexte actuel du changement climatique. On sait que des sols résistants aux maladies causées par Fusarium existent dans le monde entier, affectant diverses cultures, et que des agents de lutte biologique sont isolés de ces sols. En outre, des représentants de divers groupes bactériens remplissent des fonctions qui conduisent à la résistance aux maladies causées par le Fusarium. Par exemple, les espèces des genres Bacillus, Paenibacillus et Streptomyces sont bien connues pour jouer un rôle dans la résistance contre des maladies causées par Fusarium, grâce à divers mécanismes de contrôle biologique tel que l’antagonisme, compétition, parasitisme et induction d'une résistance systémique chez les plantes. Ces bactéries présentent également un certain nombre de propriétés favorisant la croissance des plantes, telles que la solubilisation du phosphore, la production d'acide indole- 3-acétique (AIA) ou la production de 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) désaminase. Outre les espèces mentionnées ci-dessus, il est établi que les espèces du genre Pseudomonas possèdent une multitude de fonctions phytobénéfiques et jouent un rôle important dans la rhizosphère. Par exemple, diverses espèces de Pseudomonas sont capables d'induire une résistance systémique chez les plantes, de rivaliser avec les agents pathogènes par la production de sidérophores et de générer une variété de substances antifongiques, telles que la pyolutéorine, la pyrrolnitrine, le 2,4-diacétylphloroglucinol, la phénazine, le 2-hexyl-5- propyle-l'alkylrésorcinol ou le cyanure d'hydrogène (HCN), pouvant inactiver ou inhiber la croissance de Fusarium. De plus, les espèces de Pseudomonas peuvent moduler la croissance des plantes en produisant des phytohormones et elles peuvent modifier la biodisponibilité des nutriments, par example en produisant de l'ACC désaminase, en solubilisant les phosphates, en fixant l'azote et/ou en dénitrifiant..., Les plantes cultivées sont exposées à un multitude de phytopathogènes présents dans le sol, en particulier les oomycètes et les champignons, difficiles à contrôler. Les espèces du genre Fusarium, des microorganismes fongiques courants dans les sols, comptent parmi les phytopathogènes les plus destructeurs. Ils produisent une grande variété de mycotoxines, pouvant se retrouver dans les aliments pour animaux et les produits alimentaires. Le pathogène mycotoxigène Fusarium graminearum engendre d’importantes pertes économiques dans les cultures de blé à travers le monde, avec des méthodes de contrôle efficaces limitées. Cependant, certains microorganismes du sol peuvent réussir à inhiber les phytopathogènes, entravant ainsi leur développement et réduisant les infections ultérieures des plantes. Cela conduit à définir des sols résistants aux maladies. Bien que des facteurs abiotiques, tels que les propriétés physicochimiques du sol, puissent contribuer à la suppression d'un agent pathogène, la résistance est essentiellement un phénomène médié par les microorganismes du sol. En effet, la stérilisation transforme les sols résistants en sols nonrésistants (dits sensibles). De plus, les pratiques agricoles qui augmentent l'activité microbienne, comme l'amendements organiques, peuvent renforcer le pouvoir résistant du sol, tandis que l'utilisation de pesticides dans la production agricole diminue sa capacité à contrôler les maladies. Dans les sols résistants, la maladie est supprimée malgré la présence de la plante hôte, du phytopathogène et des conditions environnementales favorables au développement de la maladie. Deux types de résistance des sols ont été décrits : la résistance générale, impliquant l'ensemble du microbiote du sol qui limite la croissance ou le développement d'agents pathogènes (cas de la fongistase, sol dans lesquels les propagules fongiques sont affectées) et la résistance spécifique, impliquant une ou plusieurs populations microbiennes spécifiques qui limitent les maladies causées par des agents pathogènes. Cela contraste avec les sols sensibles, où les maladies se développent régulièrement. Les sols résistants représentent un réservoir d’agents de lutte biologique prometteurs qui pourraient fournir une protection efficace aux plantes contre divers phytopathogènes présents dans le sol. Ce potentiel revêt une grande importance, surtout face à des phytopathogènes tel que F. graminearum, qui causent des dommages croissants aux cultures dans le contexte actuel du changement climatique. On sait que des sols résistants aux maladies causées par Fusarium existent dans le monde entier, affectant diverses cultures, et que des agents de lutte biologique sont isolés de ces sols. En outre, des représentants de divers groupes bactériens remplissent des fonctions qui conduisent à la résistance aux maladies causées par le Fusarium. Par exemple, les espèces des genres Bacillus, Paenibacillus et Streptomyces sont bien connues pour jouer un rôle dans la résistance contre des maladies causées par Fusarium, grâce à divers mécanismes de contrôle biologique tel que l’antagonisme, compétition, parasitisme et induction d'une résistance systémique chez les plantes. Ces bactéries présentent également un certain nombre de propriétés favorisant la croissance des plantes, telles que la solubilisation du phosphore, la production d'acide indole- 3-acétique (AIA) ou la production de 1-aminocyclopropane-1-carboxylate (ACC) désaminase. Outre les espèces mentionnées ci-dessus, il est établi que les espèces du genre Pseudomonas possèdent une multitude de fonctions phytobénéfiques et jouent un rôle important dans la rhizosphère. Par exemple, diverses espèces de Pseudomonas sont capables d'induire une résistance systémique chez les plantes, de rivaliser avec les agents pathogènes par la production de sidérophores et de générer une variété de substances antifongiques, telles que la pyolutéorine, la pyrrolnitrine, le 2,4-diacétylphloroglucinol, la phénazine, le 2-hexyl-5- propyle-l'alkylrésorcinol ou le cyanure d'hydrogène (HCN), pouvant inactiver ou inhiber la croissance de Fusarium. De plus, les espèces de Pseudomonas peuvent moduler la croissance des plantes en produisant des phytohormones et elles peuvent modifier la biodisponibilité des nutriments, par example en produisant de l'ACC désaminase, en solubilisant les phosphates, en fixant l'azote et/ou en dénitrifiant...

biological control, fungistasis, Fusarium graminearum, genomics, microbiome, PGPR, Pseudomonas, rhizosphere, suppressive soils

biološka kontrola, fungistaza, Fusarium graminearum, genomika, mikrobiom, PGPR, Pseudomonas, rizosfera, supresivna zemljišta

579.64:631.427.1(043.3)

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