Erwinia psidii - Eucalyptus spp.: colonization, genetic variability, aggressiveness and immunological test for pathogen detection

Abstract

Dieback, caused by Erwinia psidii is currently one of the most severe emerging diseases in eucalypt plantations. Despite its economic importance, due to the risks posed to eucalypt production, little is known about this pathosystem. In this work, we studied the plant colonization by a gfp-transformed E. psidii isolate using histological sections, estimated the genetic variability of pathogen populations using molecular rep–PCR markers (ERIC, REP and BOX) and developed an immunoassay for the rapid detection of E. psidii in symptomatic and asymptomatic plants. In this study, we were able to transform E. psidii with pGreen-TIR and to demonstrate that the plasmid is stable in the absence of antibiotic selection both in vitro and in vivo. Using fluorescence microscopy, it was possible to demonstrate that tissue colonization by E. psidii is not restricted to the inoculation point (leaf axil) and that it colonizes the xylem vessels, sclerenchyma and parenchyma of the leaves and stem of eucalypt. At 35 days after inoculation (dai), the bacterium was found at 5 cm above the inoculation point, indicating that it was able to colonize the plant acropetally, following the water flow. Confocal microscopy analysis of plant samples inoculated via radicular system revealed that E. psidii penetrates and colonizes primary and secondary roots and reaches the xylem vessels. However, at the times after inoculation evaluated in this study, the bacterium was restricted to the roots and did not reach the stem of the plant. Further studies with longer times after inoculation must be performed to confirm these results. It is believed that E. psidii is disseminated from infected asymptomatic cuttings. Molecular analyzes (rep-PCR) of 101 E. psidii isolates obtained from eucalypt (Eucalyptus spp.) and five guava (Psidium guajava) demonstrated that the populations in Brazil have low genetic variability. Nonetheless, grouping of isolates by host plant was observed, although two guava isolates (LPF681 and LPF682) grouped with eucalypt isolates (LPF609). The Wilcoxon and ANOVA tests on disease severity and AUDPC data indicated an isolate × clone interaction. AUDPC and disease severity varied significantly among isolates and between the two clones tested. The variability in aggressiveness among isolates of E. psidii demonstrated the importance of using the most aggressive isolates in the selection of resistant eucalypt genotypes for commercial scale planting. An antiserum against E. psidii isolate LPF534 (Anti-Ep) obtained in this study reacted positively against all strains of E. psidii tested, including some isolated from guava. The agglutination test designed using this antiserum can be considered important for the diagnosis of E. psidii, as it represents a rapid and low-cost alternative compared to PCR-based methods for detecting the pathogen in asymptomatic plants.

Seca de ponteiros, causada por Erwinia psidii é atualmente uma das doenças emergentes mais severas na cultura do eucalipto. Apesar de sua importância econômica, em virtude dos riscos que pode causar na eucaliptocultura, pouco se sabe sobre este patossistema. Assim, neste trabalho, a partir de cortes histológicos, estudou-se o processo de colonização em plantas de eucalipto usando um isolado de E. psidii transformado com gfp, estimou-se a variabilidade genética das populações do patógeno por meio de marcadores moleculares rep– PCR (ERIC, REP e BOX) e desenvolveu-se um imunoteste para detecção rápida de E. psidii usando colônias puras isoladas de plantas sintomáticas e assintomáticas. Neste estudo, conseguiu-se transformar E. psidii com pGreen-TIR e demonstrar que o plasmídeo é estável na ausência de seleção com antibióticos in vitro e in vivo. Usando microscopia de fluorescência, demonstrou-se que a colonização de E. psidii nos tecidos não está restrita ao ponto de inoculação (axila foliar). E. psidii coloniza os vasos do xilema, esclerênquima e parênquima das folhas e caule do eucalipto. Aos 35 dias após a inoculação (dai), a bactéria encontrava-se a 5 cm acima do ponto de inoculação, indicando que foi capaz de colonizar a planta acropetalmente, acompanhando o fluxo da água e nutrientes. Análises por microscopia confocal de amostras de plantas inoculadas via sistema raicular revelaram que E. psidii penetra e coloniza raízes primárias e secundárias e atinge os vasos do xilema. No entanto, nos tempos após inoculação avaliados neste estudo, a bactéria ficou restrita nas raízes e não atingiou o caule da planta. Estudos adicionais avaliando tempos após inoculação maiores devem ser realizados para confirmar esses resultados. Acredita-se que E. psidii seja disseminada a partir de mudas infectadas assintomáticas. Análises moleculares (rep-PCR) de 101 isolados de E. psidii obtidos de Eucalyptus spp. e cinco isolados de goiabeira (Psidium guajava) indicam que as populações de E. psidii do Brasil apresentam baixa variabilidade genética. Observou-se, contudo, o agrupamento dos isolados por espécie hospedeira, embora dois isolados de goiaba (LPF681 e LPF682) agruparam-se com os de eucalipto (LPF609). Testes de Wilcoxon e ANOVA dos dados de severidade e AACPD para diferentes isolados da bactéria inoculados em dois clones de eucalipto indicaram que há interação isolado × clone. A AACPD e a severidade da doença variaram significativamente entre isolados e nos dois clones testados. A variabilidade em agressividade entre isolados de E. psidii demonstraram a importância do emprego de isolados mais agressivos para a seleção de genótipos de eucalipto resistentes para plantio em escala comercial. O anti-soro contra o isolado LPF534 de E. psidii (Anti-Ep), obtido neste estudo, reagiu positivamente contra todos os isolados de E. psidii testados, incluindo alguns isolados de goiaba. O teste de aglutinação desenvolvido com este anti-soro é importante para o diagnóstico de E. psidii, por representar uma alternativa rápida e de baixo custo, em comparação com métodos baseados em PCR para a detecção do patógeno em plantas assintomáticas.