prof. flávio h v medeiros dfp/ufla...modulação do sistema imune sistemas abertos com grande área...
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Controle biológico de doenças de plantas
Prof. Flávio H V Medeiros
DFP/UFLA
Definição Microrganismos envolvidos no controle biológico O controle biológico a) de patógenos habitantes do solo b) de patógenos da parte aérea c) de doenças pós colheita Estudo de caso: da prospecção à validação em campo
Entomologia Fitopatologia
Biocontrole (inseto ou
microrganismo)
Praga (artropodo)
Dano (planta)
Doença
Patógeno
Hospedeiro (planta)
Ambiente
Definição – controle biológico de doenças de plantas Redução da soma do inóculo ou das atividades determinantes da doença, provocada por um patógeno, realizada por um ou mais organismos que não o homem (Cook & Baker, 1983)
Pamer 2016 Resurrecting the intestinal microbiota to combat antibiotic-resistant pathogens. SCIENCE 352 (6285): 535-538
Benefícios: Controle de bactérias patogênicas Ativação do sistema imune
O “controle biológico” em animais/humanos
Rodrigo Mendes and Jos M Raaijmakers. The ISME
Journal (2015) 9, 1905–1907, 2015
Proteção contra patógenos Produção de enzimas e antibióticos Modulação do sistema imune
Sistemas abertos com grande área de superfície colonizado por bactérias
Impacto na fisiologia e metabolismo Aquisição de nutrientes Produção de aminoácidos Produção de vitaminas Produção de hormônios
Estruturas de microbioma são moldados de acordo com o genótipo e idade Gradiente de
oxigênio, água e pH resulta em uma diversidade de nichos
Controle biológico de fungos e bactérias habitantes do solo
Controle biológico de patógenos habitantes do solo: Podridões de raízes e caule (Fusarium solani, Rhizoctonia solani, Macrophomina
phaseolina e Sclerotinia sclerotiorum)
Nematóides (Meloidogyne spp., Pratylenchum brachiurus) Murchas vasculares (Fusarium oxysporum, Ralstonia solanacearum)
Mecanismo de ação Agentes de biocontrole Atua sobre...
hiperparasita Fungos miceliogênicos Escleródios
competidores Fungos miceliogênicos Restos culturais
antibiose Bactérias Raízes
Indução de resistência Fungos e bactérias Barreiras bioquímicas e estruturais
Controle biológico de podridões de raízes e nematóides
Mancha de diplodia e podridão branca da espiga (Stenocarpella macrospora)
menos DNA de Stenocarpella spp
mais DNA de Stenocarpella spp
Supressividade
Stenocarpella maydis
Fusarium graminearum
Fusarium verticillioides
Quantificação de Stenocarpella spp.
supressivo
conducivo
Resinose do coqueiro (Thielaviopsis paradoxa)
Avaliação de solos supressivos a fitopatógenos
Solos supressivos
Solos conducivos
Influência da supressividade dos solos na população de T. paradoxa
Pereira et al. 2016 IOBC Bulletin
Pereira et al. 2016 IOBC Bulletin
Transferência de supressividade
Mendes et al (2011). Science. 332(6033):1097-100
Anos após monocultivo
Severid
ad
e d
o m
al d
o p
é d
o t
rig
o
conducivo suppressivo
Monocultivo e controle biológico natural de patógenos de solo
Pseudomonas fluorescens produtoras de 2,4 diacil fluoroglucinol
Raaijmakers et al. (1997). Applied and environmental microbiology (3):881-7
Como aumentam microrganismos antagonistas?
Harsh Bais. University of Delaware
O conceito de recrutamento microbioano
Harsh Bais, UD, EUA
Rhizoctonia solani
Testemunha Bacillus subtilis GB03
Bacillus amylolicefaciens UFLA285
Tratamento de sementes para controle de patógenos radiculares
Trichoderma spp para manejo de podridão radiular (F. solani)
Produtos registrados para o manejo de doenças em grandes culturas – o caso do mofo branco (Sclerotinia sclerotiorum)
pré
-pla
nti
o
Pós
em
erg
ente
Pré
-co
lhe
ita
Momento de aplicação de Trichoderma spp para manejo do mofo branco (Sclerotinia sclerotiorum)
Combinado às aplicações de herbicida
Controle de qualidade interno (qualidade e eficácia de produtos) – segredo industrial!!! Kit mofo – assistência pós venda
Escleródio não colonizado
Escleródio colonizado
Fungos Pochonia chlamycosporia Paeciomyces lilacinus
Rizobactérias Bacillus pumilus Bacillus subtilis Bacillus amylolicefaciens
Pasteuria spp.
Controle biológico de fitonematóides
Mal do panamá (Fusarium oxysporum f.sp. cubense)
Mudas (rizobactérias) e plantas adultas (rizobactérias e Trichoderma spp)
Controle biológico do mal do panamá
Controle biológico de doenças do filoplano
Características do filoplano
Flutuação de umidade e temperatura Incidência de raios ultravioletas Acúmulo de nutrientes Natureza do parasitismo Efeito guarda-chuva da copa Existência de produtos eficientes Uso de produtos incompatíveis
Estágio fenológico
Acúmulo de nutrientes no filoplano
Sucessão microbiana do filoplano
Procariotos (bactérias) Leveduras Fungos miceliogênicos
Oídio (Mycosphaerella diffusa) Crestamento foliar (Cercospora kikuchii)
Parasitismo: biotrófico vs necrotrófico
Como obter biocontrole de doenças do filoplano
Mecanismo de ação Natureza do parasitismo Atua sobre...
biotrófico necrotróficos
competidores X nutrientes
hiperparasitas X X inóculo inicial
Indução de resistência
X X barreiras químicas e bioquímicas
antibiose X X germinação
Competição
Critério de seleção Índice de sobreposição de nicho (NOI>0,9)
Placa com 95 fontes de carbono e nitrogênio Avaliação da utilização dos nutrientes pelo
patógeno (Np) Avaliação da utilização dos nutrientes pelo(s)
agente(s) de biocontrole (Nb) NOI = (Nb/Np)
Rodriguez et al. 2016. Biological control 103: 119–128
Controle da antracnose do cafeeiro (Colletotrichum coffeanum)
Phialomyces macrosporus (Phm)
Parasitismo de estruturas do patógeno
Mal das folhas da seringueira (Microcyclus ulei) com Dycima pulvinata
Lixa do coqueiro (Phyllacora torrendiela) com Acremonium cavaraeanum e Dycima pulvinata
Vassoura de bruxa do cacaueiro (Monilliophtora perniciosa) com Trichoderma stromaticum
Lixa grande do coqueiro (Phyllacora torrendiella)
Estratégias de busca de parasitos de estromas Acremonium cavaraeanum Dicyma pulvinata
Shinobi Sudo, Maguary
Warwick, 2007. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento. 25. Embrapa Tabuleiros Costeiros. 13p.
Lixa grande (Phyllacora torrendiella) e pequena (Sphaerodotis acrocomiae) do coqueiro
Warwick, 2007. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento. 25. Embrapa Tabuleiros Costeiros. 13p.
Lixa grande (Phyllacora torrendiella) e pequena (Sphaerodotis acrocomiae) do coqueiro
Warwick, 2007. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento. 25. Embrapa Tabuleiros Costeiros. 13p.
Vassoura de bruxa do cacaueiro (Monilliophtora perniciosa)
Estratégias de busca de parasitos de vassoura Trichoderma stromaticum
Cleber Bastos (CEPLAC)
Zugaib et al. Agrotrópica 27(3): 267 - 280. 2015
Variação sazonal da produção de cacau e o manejo da vassoura Epidemia da vassoura de bruxa
Fungicida cúprico Fungicida cúprico TRICHOVAB ou remoção de varrouras
Medeiros et al.
Ts: Trichoderma stromaticum Cu: Oxicloreto de cobre Br: remoção de vassouras 2x por ano
Controle biológico de doenças fúngicas (biotróficos)
Ferrugem Hiperparasitas Antibiose Indução de
resistência
Oídio Hiperparasitas Indução de
resistência Antibiose
Ampelomyces quisqualis Alternaria alternata
Controle biológico de fitovírus (Citrus tristeza vírus) – Pré-imunização
Incidência da doença é alta e severa Controle insatisfatório ou inexiste Estirpes atenuadas do vírus disponíveis Estirpes atenuadas provaram
estabilidade Inoculação simples disponível Inoculação com estirpe atenuada dá
alto grau de controle e é duradoura Um baixo risto está associado com a
técnica
Álvaro Santos Costa
Controle biológico de doenças bacterianas
Mancha angular do algodoeiro (Xanthomonas malvacearum)
Antibiose: ácido hidrocinâmico e antibióticos
Arya & Parashar, 2002
Indução de resistência sistêmica: POX, PAL, lignina, …
Ishida et al., 2008
Tratamento 7dias antes da inoculação
Tratamento 2dias antes da inoculação
Não houve efeito dose resposta
Efeito dose-resposta
Controle biológico de doenças pós colheita
Mecanismo de ação Agentes de biocontrole Atua sobre...
competidores Leveduras nutrientes
antibiose Bactérias germinação
Indução de resistência Fungos e bactérias (pré-colheita)
barreiras químicas e bioquímicas
Controle biológico de doenças pós colheita
Estratégias Tratamento pré e pós colheita Colonização de ferimentos Redução de contaminação de
alimentos (defensivos e micotoxinas)
Controle biológico de doenças pós colheita
Controle biológico do mofo cinzento (Botrytis cinérea)
Controle biológico de micotoxinas (Aspergillus flavus)
Em algodão (caroço): afeta valor nutricional contaminação por
micotoxina (aflatoxina)
Riscos associados à contaminação por aflatoxina (aflatoxicose)
Ciclo de vida de A. flavus
Aspergillus flavus AF36 defectivo para produção de micotoxinas
Controle biológico de micotoxinas (Aspergillus flavus)
Aplicação do produto próximo à floração
Competição com A. flavus
ESTUDO DE CASO DE CONTROLE BIOLÓGICO EM ALGODOEIRO
Biological control of Rhizoctonia solani in cotton
Goulart at al. (2011). Summa phytopathologica 37(1): 68-69
>3 anos de plantio convencional
~700m altitude
~1500 mm precipitação
Relato de tombamento/mela
200 pontos amostrados
Promoção de crescimento?
Menor severidade da doença
Solo rizosférico Endofíticos
Tratamento térmico (80oC/10 min)
Raízes desinfestadas superficialemente e maceradas
Plaqueamento em agar nutriente
Controle de qualidade (gram)
Purificação de colônias isoladas
Treatments Germination1 (%) Reduction of
damping off (%)
Reduction of
bacterial blight (%)
Water 53 b - -
MEN2 80 a 75 58
UFLA285 80 a 28 45
Seleção em laboratório/casa de vegetação
Treatments
Germinação (%)
Safra
2008 2009
UFLA285 + MEN2 83 a 66 a
UFLA285 76 b 60 b
MEN2 67 c 56 c
Fungicida (triadimenol) 75 b 66 a
Testemunha 76 b 48 c
Avaliação em campo (Patos de Minas)
De volta ao laboratório (transcriptômica)
mRNA>cDNA>hibridização com chip de microarranjo (22 mil genes)
Tecido de caule, coletado 4 dias depois da inoculação
Validação do resultado por RT-PCR
Medeiros et al. Plant and soil (2011)
Gene classes Response Ratio (treated/control) Gene numbers
Defense (12.1%)
Anti-oxidants/scavengers glutathione-S-transferase, peroxidase, dehydroascorbate
redutase, MATE efflux family protein, thioredoxin, purple acid
phosphatase, cytochrome P450
0.54-2.34 (93% UP) 15
PR-protein Thaumatin-like protein, resistance induced protein 13,
uncharacterized resistance protein, major cherry allergen,
Endo-beta-acetylglucosaminidase
1.51-2.06 (100% UP) 5
Jasmonic acid biosynthesis Lipoxygenase*, allene oxide cyclase 1.51-1.60 (100% UP) 2
Phenylpropanoid-pathway Phenylalanine ammonia-lyase, caffeic acid O-
methyltransferease, 2-hydroxyisoflavone reductase, cinnamoyl
CoA reductase, dihydroflavonol 4 reductase
1.64-2.50 (100% UP) 6
Osmorregulation Pyrroline-5-carboxylate synthetase, aquaporin 0.59-1.65 (50% UP) 2
Cell wall modulators (3.6%)
reinforcement
Transferase, UDP glycosyl transferase 88B1, callose synthase,
Lipid transfer protein, Glycosyl transferase, cellulose synthase
0.48-1.2 (67% UP)
6
loosening xyloglucan endoglycosyl/hydrolase 0.37-0.58 3
Stress-related (2.4%) Heat shock protein, alcohol dehydrogenase, chaperone protein
DNAJ-related 0.55-1.81 6
Medeiros et al. (2011). Plant and soil 347: 327-337
4 dias sem irrigação 4 dias após inoculação
Estresse
Tratmento
Sem
estresse
-H2O +Rhizoctonia
solani
UFLA285 0.99 a A 0.60 aB 0.93 aA
Controle 0.91 a A 0.44 b B 0.49 b B
Peso seco (g) plantas sob estresse hídrico (8 dias) e inoculadas (8 dias)
Roraima Tombamento e mela (Rhizoctonia solani) Estresse hídrico e térmico
Lavras Tombamento (Rhizoctonia solani) Boa precipitação e temperatura amena
tombamento
mela
Avaliação em campo (Lavras e Roraima) - feijão
Produção massal e formulação DCCR para fontes de nutrientes e condições de
cultivo Spray drier – pó molhável (maltodextrina) Tratamento de sementes (+goma xantana 0,5%)
Roraima
Produtividade (kg/há)
106 a
626 b
197 a
449 ab
374 ab
179 a
250 a
Minas Gerais
Tratamento Produtividade (kg/há)
Controle 2,656 ab
ALB 629 3,251 b
ALB 629 + fungicida 2,538 ab
UFLA 285 1,943 a
UFLA 285 + fungicida 3,265 b
Initiate 2,646 ab
Initiate + fungicida 2,861 b