A hairy discovery: Chaetomiaceae associated with roots of wild Orchidaceae and their potential for the biological control of root diseases

Abstract

Fungal members of the Chaetomiaceae family can be usually found as endophytes on several plant species, including orchids. Several species of this fungal family have the potential to be used in the biological control of plant diseases. Due to the lack of information about these fungi in association with orchids, this study aimed to isolate and identify the root endophytic Chaetomiaceae that occur in wild Orchidaceae plants, based on morphological and molecular analyses. Furthermore, isolates were tested for their ability to antagonize two soil-borne pathogens, Fusarium sacchari and Rhizoctonia solani. Healthy roots from 12 orchid species were sampled in the cities of Araponga-MG, Conceição do Mato Dentro-Mg, Viçosa-MG, Brasília-DF, Goiânia-GO and Nova Friburgo-RJ. Orchid fungal endophytes were isolated using the indirect isolation and dilution-to-extinction culturing method. Fungal genomic DNA was extracted, and the partial beta-tubulin (tub2) and partial RNA polymerase II second large subunit (rpb2) gene regions were amplified. PCR products were purified and sequenced by Macrogen (South Korea). Maximum Likelihood and Bayesian Inferences were performed for phylogenetic analyses. A total of 45 isolates, from six genera belonging to Chaetomiaceae family were obtained, these being Arcopilus, Chaetomium, Collariella, Dichotomopilus, Humicola and Pseudohumicola. The species Arcopilus amazonicus, A. aureus, and A. cupreus were identified, and four new Arcopilus species were discovered. In the Chaetomium genus five species were identified, C. coarctatum, C. cochliodes, C. globosum, C. pseudocochliodes and C. tenue. A new species of Collariella and Dichotomopilus were identified, and three new species from the genus Humicola were discovered. In addition, Pseudohumicola pulvericola and a new species from this genus were isolated from orchid substrate. A dual culture test was performed to test the ability of 10 endophytic Chaetomiaceae strains to antagonize F. sacchari. Moreover, seven isolates were chosen for the greenhouse experiment with R. solani on common bean (Phaseolus vulgaris). In both biocontrol essays the strain C. tenue (COAD 3736) presented a potential in the control of both pathogens when compared to the other strains tested. This study unraveled the species richness of Chaetomiaceae associated with roots of wild orchids and presented a strain of C. tenue (COAD 3736) with the potential for the biological control of phytopatogenic fungi. Keywords: Taxonomy; phylogeny; biocontrol; endophytes, orchids.Membros fúngicos da família Chaetomiaceae podem ser encontrados como endófitos em diversas espécies de plantas, inclusive orquídeas. Espécies desta família apresentam potencial para serem utilizadas no controle biológico de doenças de plantas. Devido à falta de informações sobre esses fungos em associação com orquídeas, este estudo teve como objetivo isolar e identificar espécies de Chaetomiaceae endofíticas radiculares que ocorrem em orquídeas silvestres, com base em análises morfológicas e moleculares. Além disso, os isolados foram testados quanto à sua capacidade de antagonizar dois patógenos do solo, Fusarium sacchari e Rhizoctonia solani. Raízes saudáveis de 12 espécies de orquídeas foram amostradas nas cidades de Araponga-MG, Conceição do Mato Dentro-Mg, Viçosa- MG, Brasília-DF, Goiânia-GO e Nova Friburgo-RJ. Fungos endofíticos de orquídea foram isolados usando o método de isolamento indireto e cultivo de diluição-à- extinção. O DNA genômico do fungo foi extraído e as regiões gênicas da segunda grande subunidade parcial da beta-tubulina (tub2) e da RNA polimerase II (rpb2) foram amplificadas. Os produtos de PCR foram purificados e sequenciados pela Macrogen (Coreia do Sul). Máxima Verossimilhança e Inferências Bayesianas foram realizadas para análises filogenéticas. Foram obtidos 45 isolados, de seis gêneros pertencentes à família Chaetomiaceae, sendo eles Arcopilus, Chaetomium, Collariella, Dichotomopilus, Humicola e Pseudohumicola. As espécies Arcopilus amazonicus, A. aureus e A. cupreus foram identificadas e quatro novas espécies de Arcopilus foram descobertas. No gênero Chaetomium foram identificadas cinco espécies, C. coarctatum, C. cochliodes, C. globosum, C. pseudocochliodes e C. tenue. Foram identificadas uma nova espécie de Collariella e Dichotomopilus, e três novas espécies do gênero Humicola. Além disso, Pseudohumicola pulvericola e uma nova espécie do gênero foram isoladas de substrato de orquídea. Testes de cultura pareada foram realizados para avaliar a capacidade de 10 isolados endofíticos de Chaetomiaceae, antogonazirem F. sacchari. Além disso, sete isolados foram escolhidos para o experimento em casa de vegetação com R. solani em feijoeiro (Phaseolus vulgaris). Em ambos os ensaios de biocontrole o isolado C. tenue (COAD 3736) apresentou potencial no controle de ambos os patógenos quando comparada às demais cepas testadas. Este estudo desvendou a riqueza de espécies de Chaetomiaceae associadas a raízes de orquídeas silvestres e apresentou um isolado de C. tenue com potencial no controle biológico de fungos fitopatogênicos. Palavras-chave: Taxonomia; filogenia; biocontrole, endófitos, orquídeas.