Microbiota do solo de bananeira comercial e do composto orgânico, isolamento de actinobactérias e avaliação do potencial biotecnológico

Abstract

A bananicultura é uma prática de grande importância socioeconômica difundida mundialmente, e a rizosfera de bananeiras pode apresentar microrganismos benéficos à cultura, bem como fitopatógenos. Da mesma forma, sistemas de compostagens podem veicular microrganismos benéficos e ou indesejáveis para o solo de plantios agrícolas, no processo de adubação. Neste contexto, o primeiro capítulo tem o objetivo de analisar a estrutura e diversidade de bactérias e fungos de solo sob cultivo de bananeira de plantio comercial em dois Estados Brasileiros, Bahia e Ceará, e das fases de um sistema de compostagem; no segundo capítulo, considerando o filo Actinobacteria um dos mais abundantes nestes ambientes, região rizosférica e sistema de compostagem, e com expressivo potencial biotecnológico já descrito, o objetivo foi isolar e identificar actinobactérias e avaliar o seu potencial biotecnológico no controle in vitro de fungos e bactérias patogênicas; e, no terceiro capítulo, a partir dos resultados do capítulo dois, o objetivo foi avaliar in vivo o efeito de bactérias do gênero Streptomyces na promoção do crescimento vegetal de bananeira e na supressão da doença mal-do-Panamá, doença causada pelo fungo Fusarium oxysporum f. sp. cubense, uma das mais importantes doenças da bananeira. Com o resultado das análises de bioinformática, na abordagem independente de cultivo deste trabalho referente ao capítulo um, foi possível observar diferenças na composição taxonômica e abundância de grupos microbianos nas amostras dos dois Estados e nas quatro fases da compostagem. Na abordagem dependente de cultivo, capítulo dois, 62 actinobactérias foram isoladas e identificadas por características morfológicas/culturais e pelo sequenciamento parcial do gene DNAr 16S. A fim de verificar o potencial antagonista in vitro, os 62 de actinobactérias foram avaliados pelo teste de pareamento de culturas contra três fungos filamentosos: Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc), Fusarium oxysporum (FO) e Colletotrichum lindemuthianum (CL). Doze isolados inibiram Foc, 11 inibiram o FO e 44 inibiram o CL, sendo que 10 isolados apresentaram atividade antagonista contra os três fungos filamentosos. Os metabólitos produzidos pelos 12 isolados que inibiram Foc, incluindo os 10 isolados que inibiram os três fungos filamentos, foram liofilizados e avaliados pelo teste de difusão em disco de papel. O extrato de um isolado apresentou atividade contra Candida albicans, cinco apresentaram atividade contra Staphylococcus aureus e sete contra Actinobacillus pleuropneumoniae. Em testes com mudas de bananeira da variedade Prata anã, capítulo três, os 12 isolados promissores para o controle de Foc foram testados in vivo em condições de casa de vegetação, para avaliação do potencial na promoção do crescimento vegetal de bananeira, bem como na supressão da doença mal-do-Panamá. As plantas tratadas com o isolado CAB-C 50 mostraram um maior desenvolvimento, diferindo dos demais tratamentos em função das diferentes variáveis avaliadas: altura da planta, diâmetro do pseudocaule, número de folhas, massa fresca, massa seca (p < 0,01 e 0,001). Na supressão da doença, os tratamentos com os isolados CAB-C 12, CAB-C 21, CAB-C 24, CAB-C 25 e CAB-C 50 foram os que mais diferiram do controle Foc, sendo os tratamentos com os isolados CAB-C 12 e CAB-C 50 os mais promissores. Um consórcio composto por quatro diferentes isolados Streptomyces sp., os mais promissores para o controle do Foc em teste in vitro, mostrou-se eficiente para a redução da doença no período avaliado. Assim, com este trabalho, foi possível verificar diferenças na composição microbiana (bactérias e fungos) em solos sob cultivo de bananeira e em composto maduro (fase IV da compostagem) e que existem actinobactérias com potencial para o controle de microrganismos patogênicos (fungos filamentosos e leveduriformes; e bactérias Gram negativas e Gram positiva) bem como potenciais agentes de promoção do crescimento vegetal de mudas de bananeira da variedade Prata anã. Palavras-chave: Agricultura. Actinomicetos. Controle Biológico. Antibiose. Promoção de crescimento.Banana cultivation is a worldwide widespread practice of great socioeconomic importance, and the rhizospheric region of banana trees may present microorganisms beneficial to the crop, as well as phytopathogens. Similarly, composting systems can carry beneficial and undesirable microorganisms to the soil of agricultural crops in the fertilization process. In this context, the first chapter aims to analyze the structure and diversity of soil bacteria and fungi under commercial banana cultivation in two Brazilian States, Bahia and Ceara, and the phases of a composting system; in the second chapter, considering the phylum Actinobacteria one of the most abundant in these environments, rhizospheric region and composting system, and with significant biotechnological potential already described, the objective was to isolate and identify actinobacteria and evaluate its biotechnological potential in the control of fungi and bacteria pathogenic in vitro; and, in the third chapter, from the results of chapter two, the objective was to evaluate in vivo the effect of bacteria of the genus Streptomyces on the promotion of banana plant growth and on the suppression of Panama disease, disease caused by the fungus Fusarium oxysporum f. sp. cubense, one of the most important banana diseases. With the results of bioinformatics analyzes, in the culture independent approach of this work, referring to chapter one, it was possible to observe differences in the taxonomic composition and abundance of microbial groups in the samples from both States and in the four composting phases. In the culture-dependent approach, chapter two, 62 actinobacteria were isolated and identified by morphological / cultural characteristics and partial sequencing of the 16S rDNA gene. In order to verify the potential antagonist in vitro, 62 actinobacteria were evaluated by culture pairing test against three filamentous fungi: Fusarium oxysporum f. sp. cubense (Foc), Fusarium oxysporum (FO) and Colletotrichum lindemuthianum (CL). Twelve isolates inhibited Foc, 11 inhibited FO and 44 inhibited CL, and 10 isolates showed antagonistic activity against the three filamentous fungi. The metabolites produced by the 12 isolates that inhibited Foc, including the 10 isolates that inhibited the three filament fungi, were lyophilized and evaluated by the paper disk diffusion test. The extract of one isolate showed activity against Candida albicans, five showed activity against Staphylococcus aureus and seven against Actinobacillus pleuropneumoniae. In trials with Banana seedlings 'Prata ana", chapter three, the 12 promising isolates for Foc control were tested in vivo under greenhouse conditions to evaluate the potential for promoting banana plant growth, as well as for suppressing of the Panama disease. The plants treated with CAB-C 50 isolate showed higher development, differing from the other treatments from the different evaluated variables: plant height, pseudostem diameter, leaf number, fresh mass, dry mass (p <0.01 and 0.001). In the disease suppression, treatments with CAB-C 12, CAB-C 21, CAB-C 24, CAB- C 25 and CAB-C 50 isolates differed most from the Foc control, with the most promising treatments being the isolates CAB-C 12 and CAB-C 50. A consortium composed by four different Streptomyces sp. isolates, the most promising for in vitro Foc control, proved to be efficient for the reduction of the disease in the evaluated period. Thus, with this work, it was possible to verify differences in microbial composition (bacteria and fungi) in rhizospheric soils of banana cultivation in two Brazilian States, as well as of a composting system and, both in the mature compost (phase IV composting) and in in soils under banana cultivation there are actinobacteria with potential for the control of pathogenic microorganisms (filamentous and yeast fungi; and Gram negative and Gram positive bacteria) as well as for the promotion of plant growth of banana plants (Prata anã). Keywords: Agriculture. Actinomycetes. Biological control. Antibiosis. Growth promotion.