Endophytic Trichoderma spp. for the control of common bean anthracnose

Abstract

Fungi of the Trichoderma genus can protect plants by mechanisms of action such as mycoparasitism, antibiosis, competition and/or systemic resistance induction. Isolates from megadiverse environments such as the Amazon rainforest may have the potential to protect plants of agronomic interest and provide information that amplify the current knowledge of the Trichoderma genus. The objective of the present work was to select Trichoderma spp. endophytes from the Amazon Forest with potential for use as biological control (BC) agents of common bean anthracnose caused by the phytopathogen Colletotrichum lindemuthianum and to know the mechanisms of action by which these selected isolates were able to protect the plants against the phytopathogen. First, 20 Trichoderma spp. isolates were evaluated in a greenhouse and four isolates were selected: Trichoderma sp. VIC44363 17F (T17F), Trichoderma sp. VIC44364 22F (T22F), Trichoderma koningiopsis 24F (Tk24F) and Trichoderma erinaceum 610F (Te610F) which also promoted the growth of common bean. The isolates T22F, Tk24F and Te610F were studied regarding the mechanism of action, whether it is mycoparasitism, antibiosis, competition and/or resistance induction. For this, it was evaluated whether the application site of the antagonist, before the application of the phytopathogen, would influence the BC efficiency. Isolates T22F, Tk24F and Te610F protected the plant when they were applied to the root and leaves in a preventive way, but the isolate Tk24F stood out because it protected the plant in a systemic way when it was applied only to the root and locally when it was applied in the aerial part; similarly, the isolate Te610F stood out because it had a local effect as the disease severity was reduced by application to the aerial part. Subsequently, with the in vitro experiments, it was determined that the isolates Tk24F and Te610F were the most efficient antagonists to C. lindemuthianum due to the mechanisms of mycoparasitism, antibiosis and competition. Finally, with the T17F isolate, a separate study was carried out due to the possibility of it producing mycotoxins that limit its use as a BC agent, as it belongs to the Brevicompactum clade, which is recognized for producing mycotoxins of the trichothecenes type. The characterization of the T17F isolate was carried out through in vitro experiments in which the mechanisms of mycoparasitism, antibiosis and competition were evaluated, and the genome was sequenced to perform a comparative analysis with genomes from other species belonging to the same clade. By in vitro test it was determined that antibiosis is the mechanism used by the T17F isolate to antagonize C. lindemuthianum and other phytopathogenic fungi. By comparing trichothecenes cluster of the isolate Trichoderma sp. VIC44363 with the cluster of T. brevicompactum and T. arundinaceum, it was concluded that Trichoderma sp. VIC44363 can produce the mycotoxin trichodermin, as it lacks the tri23 gene. Trichoderma sp. VIC44363 has the potential to produce new compounds, as it has a cluster that is different from those found in T. brevicompactum. Trichoderma erinaceum 610F and T. koningiopsis 24F are potential biocontrol agents for C. lindemuthianum, due to the joint use of mechanisms that inhibit the infection of C. lindemuthianum. Keywords: Endophytes. Transformation with RFP. Colonization. qPCR. Transcriptomics. Genomics. Brevicompactum. Viride.

Fungos do gênero Trichoderma podem proteger as plantas por mecanismos de ação como o micoparasitimo, antibiose, competição e/ou indução de resistência. Isolados provenientes de ambientes megadiversos como a floresta amazônica podem ter potencial de proteger plantas de interesse agronômico e fornecer informações que amplifiquem o conhecimento que hoje se tem sobre o gênero Trichoderma. Os objetivos do presente trabalho foram: selecionar isolados de Trichoderma spp. endofíticos provenientes da floresta amazônica com potencial como agentes de controle biológico (CB) da antracnose do feijoeiro comum (Phaseolus vulgaris), ocasionada pelo fitopatógeno Colletotrichum lindemuthianum e conhecer os mecanismos de ação pelos quais esses isolados selecionados conseguem proteger as plantas frente ao fitopatógeno. Inicialmente, foi feita a avaliação de 20 isolados de Trichoderma spp. em casa de vegetação e foram selecionados quatro isolados: Trichoderma sp. VIC44363 17F (T17F), Trichoderma sp. VIC44364 22F (T22F), Trichoderma koningiopsis 24F (Tk24F) e Trichoderma erinaceum 610F (Te610F) que também promoveram o crescimento do feijoeiro comum. Os isolados T22F, Tk24F e Te610F foram estudados quanto ao mecanismo de ação, seja este o micoparasitismo, antibiose, competição e/ou indução de resistência. Para isso foi avaliado se o local de aplicação do antagonista, antes da aplicação do fitopatógeno, teria influência na eficiência do CB. Os isolados T22F, Tk24F e Te610F protegeram a planta quando foram aplicados à raiz e às folhas de forma preventiva, mas destacou-se o isolado Tk24F, pois protegeu a planta de forma sistêmica quando foi aplicado unicamente na raiz e de forma local quando foi aplicado na parte aérea; e da mesma forma o isolado Te610F destacou-se porque teve um efeito local, uma vez que a severidade da doença foi diminuída pela aplicação na parte aérea. Posteriormente com os experimentos in vitro, determinou-se que os isolados Tk24F e Te610F foram os antagonistas mais eficientes a C. lindemuthianum pelos mecanismos de micoparasitismo, antibiose e competição. Finalmente, o isolado T17F foi estudado mais detalhadamente devido a possibilidade de ele produzir micotoxinas que limitam sua utilização como agente de CB, pois pertence ao clado Brevicompactum, que é reconhecido por produzir micotoxinas do tipo tricotecenos. Foi feita a caracterização do isolado T17F mediante experimentos in vitro em que foram avaliados os mecanismos de micoparasitismo, antibiose e competição e foi analisado o genoma deste isolado quanto a presença de clusters relacionados ao metabolismo secundário. Mediante testes in vitro foi determinado que a antibiose é o mecanismo utilizado pelo isolado T17F para antagonizar a C. lindemuthianum e outros fungos fitopatogênicos. Foi comparado o cluster de tricotecenos de Trichoderma sp. VIC44363 com os cluster de T. brevicompactum e T. arundinaceum e foi concluído que Trichoderma sp. VIC44363 tem potencial para produzir a micotoxina Tricodermina, mas pode não produzir Harzianum A, pois carece do gene tri23. Trichoderma sp. VIC44363 tem o potencial para produzir novos compostos, pois possui clusters diferentes dos encontrados em T. brevicompactum. Trichoderma erinaceum 610F e T. koningiopsis 24F são potenciais agentes de biocontrole de C. lindemuthianum, devido ao uso conjunto de mecanismos que inibem a infeção de C. lindemuthianum. Palavras-chave: Endófitos. Transformação com RFP. Colonização. qPCR. Transcriptômica. Genômica. Brevicompactum. Viride.