STREPTOMYCES come agente di biocontrollo contro le malattie batteriche e fungine

Pubblicato il 13 ottobre 2023 14:17

Ben ritrovati Amici di Sempre Al Verde,

 

Continua il nostro viaggio dei batteri della rizosfera, con Streptomyces.

Non abbiamo in tasca la verità assoluta, come sempre cerchiamo di trasmettere al meglio nozioni e argomenti di interesse, poiché i batteri sono proprio un argomento di cui se ne parla molto, ma se ne sa poco.  

 

Sempre scavando abbiamo trovato qualcosa di molto interessante a riguardo, in un articolo letto e riportato qui indicando la fonte :

 

NIH, National center for Biotechnology Information USA, questa ricerca è stata finanziata dal Cooperative Research Program for Agricultural Science and Technology Development (Project 015296042022) e dal Ministero della Scienza e delle TIC del numero di sovvenzione del governo coreano NRF-2013M3A9A5076601.

 

Come sempre, cerchiamo di renderlo più semplice possibile, in modo da renderlo fruibile a tutti gli appassionati del tappeto erboso. 

 

Fonte NIH - PubMed Central

 

In questo studio è stato isolato un ceppo Streptomyces AN090126 da un terreno agricolo in Corea, che ha mostrato attività antagonista diretta, contro vari batteri e funghi fitopatogeni.

Il test è stato eseguito sia in provetta che in vaso, su varie specie, anche da tappeto erboso.

 

Negli esperimenti in vaso, Streptomyces sp. AN090126  ha ridotto l'attività batterica di un patogeno che già conoscete, chiamato Sclerotinia homoeocarpa su  bentgrass,  in modo dose-dipendente, Inoltre, i metaboliti secondari derivati da questo ceppo, hanno mostrato un effetto sinergico con la streptomicina solfato, un battericida usato anche come anticrittogamico per una malattia chiamata colpo di fuoco su altre culture.

Pertanto, Streptomyces sp. AN090126 è un potenziale agente di bio-controllo nel controllo delle malattie delle piante, causate da batteri e funghi patogeni, in particolare dai ceppi resistenti alla streptomicina.

 

INTRODUZIONE

 

La produttività agricola globale è influenzata da una vasta gamma di malattie fungine, batteriche, virali e nematodi. I funghi rappresentano il 42% e i batteri il 27% della perdita di produzione agricola globale del 14% causata da malattie delle piante, e questo danno potrebbe peggiorare con i cambiamenti climatici. 

Alla luce di ciò, l'uso di pesticidi per la protezione delle colture è aumentato, aumentando in ultima analisi il rischio di contaminazione chimica della catena alimentare e degli ecosistemi. Per affrontare questo problema, il controllo biologico mediante antagonisti microbici è stato proposto come alternativa alla sostanza chimica.

Il controllo biologico è più resistente allo sviluppo di resistenza ai parassiti rispetto alla sostanza chimica convenzionale e presenta vantaggi quali tossicità residua minima o nulla e inquinamento ambientale.

 

Il controllo delle malattie delle piante da parte degli antagonisti microbici ha attirato molta attenzione negli ultimi decenni. Gli antagonisti microbici sono microrganismi viventi utilizzati per controllare le malattie delle piante, I bio-pesticidi derivati da antagonisti microbici come batteri, funghi e virus, tra gli altri, rappresentano il 5% del mercato della protezione delle colture e i batteri rappresentano il 90% di tutti questi agenti.

 

Ad oggi, Bacillus spp., Pseudomonas spp. e Streptomyces spp. sono stati segnalati come agenti di biocontrollo efficaci nel controllo di diversi fitopatogeni.

 

Numerosi studi recenti si sono concentrati sull'uso di Streptomyces spp. come agenti di biocontrollo per controllare varie malattie delle piante causate da batteri e funghi e con diversi meccanismi, i batteri del genere Streptomyces possono sopprimere efficacemente varie malattie fungine e batteriche delle piante. La produzione di antibiotici volatili e non volatili, enzimi che degradano la parete cellulare, iperparassitismo su organismi patogeni, promozione della crescita delle piante e induzione di resistenza sistemica nella pianta ospite sono stati riportati come meccanismi d'azione.

Dal 1955, dopo la sua scoperta e isolamento da Streptomyces griseus subsp. griseus, l'antibiotico aminoglicosidico streptomicina è stato applicato in agricoltura vegetale.

È comunemente applicato per controllare le malattie batteriche delle piante come il fuoco batterico causato da Erwinia amylovora, marciume molle causato da Pectobacterium spp., macchia fogliare causata da Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, e fiele corona causata da Agrobacterium tumefaciens.

 

Tuttavia, l'emergere di ceppi batterici resistenti ha impedito il controllo delle malattie batteriche delle piante utilizzando la streptomicina. Dalla scoperta del primo ceppo resistente in Florida nel 1960, sono stati rilevati ceppi resistenti alla streptomicina di diversi batteri, tra cui E. amylovora, Pectobacterium carotovorum, Xanthomonas spp. e Pseudomonas spp.

In questo contesto, devono essere sviluppati nuovi antibiotici in grado di sopprimere efficacemente lo sviluppo di malattie delle piante causate da agenti patogeni batterici resistenti alla streptomicina. Nel frattempo, un metodo secondario per superare la resistenza alla streptomicina è l'uso della streptomicina in combinazione con un materiale che produce un effetto sinergico contro i patogeni resistenti agli antibiotici.

Sebbene un certo numero di metaboliti secondari, siano stati identificati in Streptomyces spp, per quanto ne sappiamo, non vi è alcuna relazione sui metaboliti che producono effetti sinergici con gli antibiotici utilizzati in agricoltura.

In questo lavoro, abbiamo scoperto che Streptomyces sp. AN090126 ha mostrato potenti attività antibatteriche e antifungine, nonché attività sinergica con streptomicina. Quindi, gli obiettivi del presente studio erano:

(1) Identificare e caratterizzare Streptomyces sp. AN090126.

(2) Esaminare le attività antibatteriche e antifungine.

(3) Valutare l'efficacia  nel controllo di varie malattie delle piante causate da batteri e funghi.

(4) Esplorare le interazioni dei metaboliti secondari prodotti da Streptomyces sp. AN090126 con streptomicina contro batteri resistenti alla streptomicina.

 

Streptomyces sp. AN090126 come agente di biocontrollo contro le malattie batteriche e fungine delle piante

 

Streptomyces sp. AN090126 è stato isolato dal suolo agricolo presso il Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology e mantenuto a 30 °C per 7 giorni e successivamente mantenuta a - 80 gradi per una conservazione a lungo termine. 

 

L'attività antagonista  di Streptomyces sp. AN090126 è stata analizzata contro 16 batteri fitopatogeni, tra cui:

 

  • Rhizoctonia solani 
  • Pythium
  • S. homoeocarpa
  • Vari ceppi di Fusarium 

 

La soluzione  usata è stata preparata in  concentrazioni da 105 UFC e  acidificata ad un PH di 3.6, raccolta tramite  centrifugazione a 4000 giri / min e 4 ° C per 15 minuti. 

Le frazioni attive di Streptomyces  sono state successivamente combinate. liofilizzate ed incubate.

 

Le specie sono state seminate in vasi di plastica (diametro, 6,0 cm) contenenti terriccio vivaistico e coltivati con 12 ore di luce al giorno in una sala di incubazione. Le piante sono state trapiantate in vasi di plastica più grandi (diametro, 7,5 cm) 24 ore prima del trattamento.

Bentgrass  è stata coltivata in un vaso di plastica (diametro, 7,5 cm) a 25 ° C per 4 settimane e le piantine sono state tagliate ad un'altezza di 20 mm dalla bocca dei vasi 1 giorno prima dell'inoculazione.

 

L'efficacia del controllo biologico di Streptomyces sp. AN090126 è stata valutata rispetto agli agenti causali

di dollar spot su bentgrass.

 

Risultati

Il ceppo presentava la morfologia tipica di un batterio Gram-positivo, non mobile, filamentoso, grigio-verdastro e aerobico. La microscopia elettronica a scansione ha rivelato che le ife aeree non erano frammentate e la maggior parte delle spore erano a forma di bastoncello, con una catena di spore frammentata e una superficie ruvida.

Il micelio del substrato era sottile e beige-verdastro e produceva un pigmento solubile in acqua beige-marrone. Inoltre, i test fisiologici hanno dimostrato che il ceppo potrebbe crescere su un terreno contenente fino al 7% di cloruro di sodio a una temperatura di 28-45 °C (temperatura ottimale, 30 °C) e un intervallo di pH di 4-10 (pH ottimale, 7).

 

Per identificare il ceppo, è stato costruito un albero filogenetico basato sulla sequenza genica

 
 

Attività antimicrobica di Streptomyces sp. AN090126

 

Streptomyces sp. AN090126 ha mostrato attività antimicrobica ad ampio spettro contro 16 batteri patogeni delle piante e 9 funghi fitopatogeni ed hanno mostrato attività antibatterica come da tabella sotto.

La prova in vitro dell'attività antibatterica del preparato, deriva della frazione parzialmente purificata  di Streptomyces sp. AN090126,  rispetto ai prodotti commerciali contro vari batteri patogeni delle piante.

Inoltre i test hanno mostrato una notevole attività antifungina contro la crescita miceliale dei funghi di prova

 

Streptomyces ha soppresso i sintomi della malattia dollar spot su Bentgrass in modo dose-dipendente. La gravità della malattia su Bentgrass  è stata ridotta dell'82,45% rispetto alla non trattata, e paragonabile a Bentgrass trattata con tebuconazolo. 

 

 

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CONCLUSIONI 

Streptomyces, il più grande genere di actinobatteri, produce numerose sostanze biologiche, che hanno importanti applicazioni nella salute umana e nell'agricoltura. Queste sostanze possono sopprimere la crescita dei patogeni attraverso molteplici meccanismi, come l'azione di antibiotici ed enzimi che degradano le pareti o l'induzione della resistenza dell'ospite.

 

Il dollar spot, che è una malattia comune, soprattutto  nel golf, è prevalente dall'inizio della primavera fino al tardo autunno. La malattia può diffondersi in un altro luogo dal micelio del fungo causale.

Per controllare questa malattia, i fungicidi chimici sono stati ampiamente utilizzati. Tuttavia, per ridurre l'uso di fungicidi sintetici, molti studi si sono concentrati sulla scoperta di potenti agenti biologici, come Pseudomonas spp., Paenibacillus spp. e Enterobacter spp., che possono sopprimere efficacemente questa malattia del tappeto erboso.

Nel presente studio, il FB di Streptomyces sp. AN090126 non solo ha mostrato un'attività antifungina  ad ampio spettro, ma ha anche soppresso efficacemente lo sviluppo di macchie di dollar spot su bentgrass e non è stato osservato alcun sintomo fitotossico.

Da quello che si può osservare, Streptomyces sp. AN090126  svolge un ruolo come potenziale agente di biocontrollo per le malattie batteriche e fungine delle piante.

 

Grazie per la lettura 

 

Sempre Al Verde 

 

Grazie a: 

 

Dipartimento di Chimica Agraria, Istituto di Agricoltura Rispettosa dell'Ambiente, College of Agriculture and Life Sciences, Chonam National University, Gwangju 61186, Corea; moc.liamg@7832dlhnahk (K.D.L.); moc.liamg@7070uyeehnan (N.H.Y.); moc.revan@9krapra (A.R.P.)

2Institute of New Technology, Academy of Military Science and Technology, 17 Hoangsam, Caugiay, Hanoi 100000, Vietnam

3Industrial Bio-Materials Research Center, Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology, 125 Gwahak-ro, Yuseong-gu, Daejeon 34141, Corea; rk.er.bbirk@nijgnod (D.-J.P.); rk.er.bbirk@nijgnahc (C.-J.K.)

*Corrispondenza: rk.ca.unj@cnijk

 

 

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