Species and trichothecene genotypes within Fusarium incarnatum-equiseti species complex infecting Brazilian rice

Abstract

Brazil is a major producer and consumer of rice. Fusarium species infect and colonize cereal grains, and some are able to produce harmful mycotoxins that can accumulate in the kernels. Species of Fusarium incarnatum-equiseti species complex (FIESC) are regularly detected in rice kernels and are known as producers of different mycotoxins. The present study aimed to identify the phylogenetic species, evaluate the potential for trichothecene production and morphological variation of the FIESC strains associated with Brazilian rice kernels. An initial set of 147 FIESC strains were isolated from rice kernels produced at all major rice-growing regions in the country. A subsample (67 isolates) representative of all regions was subjected do DNA extraction followed by amplification and sequencing of a portion of the translation elongation factor 1-α (EF-1α) gene. The DNA sequences alignment of FIESC isolates and reference strains were subjected to Bayesian inference, maximum parsimony and maximum likelihood. Microscopic characters were conducted with cultures grown on SNA at 25 oC in 12 h photoperiod. Radial growth and colony pigmentation were evaluated on PDA at 25 oC in complete darkness for 3 and 14 days, respectively. Toxigenic potential was assessed by the detection of terpene synthase (Tri5) gene by PCR. Phylogenetic analysis suggested the presence of 15 species, among them, eight corresponding to previously described species: FIESC 4 (F. lacertarum), 6, 16, 17, 20, 24, 26 and 29. Seven new phylogenetic species were proposed: FIESC 32−38. Among them, six were constituted by a single strain. Thirty-one Tri5+ isolates were found in 46.2% of species, including the two most dominant species, FIESC 26 and 32, and were distributed randomly across geographic regions. Morphological traits were observed and measured, and differences among morphological characteristics allowed distinguishing the patterns found in this study. Our results provide a baseline data on morphology of FIESC species, as well as an improved understanding of the composition and toxigenic potential of species within this complex associated with Brazilian rice.

O Brasil é um grande produtor e consumidor de arroz. Espécies de Fusarium infectam e colonizam grãos deste cereal, sendo muitas capazes de produzir micotoxinas prejudiciais que podem se acumular nos grãos. As espécies pertencentes ao complexo Fusarium incarnatum-equiseti (FIESC) são regularmente detectadas em arroz e são conhecidas como produtoras de diferentes micotoxinas. O presente estudo teve como objetivos identificar as espécies filogenéticas, avaliar o potencial para produção de tricotecenos e a variação morfológica de isolados de FIESC associados a grãos de arroz no Brasil. Um conjunto inicial de 147 isolados foram obtidos de grãos de arroz produzidos em todas as principais regiões produtoras de arroz do país. Uma subamostra (67 isolados) representativa de todas as regiões foi sujeita à extração de DNA seguida por amplificação e sequenciamento de uma porção do gene fator de elongação 1-α (EF-1a). O alinhamento das sequências de DNA dos isolados de FIESC e isolados de referência foi submetido aos métodos de inferência Bayesiana, máxima parcimônia e máxima verossimilhança. Características microscópicas foram realizadas com culturas cultivadas em SNA a 25 oC em fotoperíodo de 12 h. O crescimento radial e a pigmentação das colônias foram avaliados em BDA a 25 oC em ausência de luz por 3 e 14 dias, respectivamente. O potencial toxigênico foi avaliado pela detecção do gene terpeno sintase (Tri5) através de PCR. A análise filogenética sugeriu a presença de 15 espécies, entre elas, oito correspondentes às espécies descritas anteriormente: FIESC 4 (F. lacertarum), 6, 16, 17, 20, 24, 26 e 29. Foram propostas sete novas espécies filogenéticas: FIESC 32−38. Dentre estas, seis foram constituídas por um único isolado. Trinta e um isolados Tri5+ foram encontrados em 46,2% das espécies, incluindo as duas espécies mais dominantes, FIESC 26 e 32, e foram distribuídos aleatoriamente nas regiões geográficas. Os traços morfológicos foram observados e medidos, e as diferenças entre as características morfológicas permitiram distinguir os padrões encontrados neste estudo. Nossos resultados fornecem dados de base sobre a morfologia das espécies de FIESC, bem como uma melhor compreensão da composição e do potencial toxigênico das espécies deste complexo associadas ao arroz no Brasil.