Rhizobium spp. para o controle biológico do fungo fitopatogênico Sclerotium (Athelia) rolfsii no feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.)

Abstract

Rizóbios são bactérias fixadoras de nitrogênio utilizadas com sucesso como inoculante microbiano para diminuir a utilização de fertilizantes nitrogenados no cultivo do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) e outras leguminosas. Sclerotium rolfsii (sin. Athelia rolfsii) é um fungo onipresente que causa perdas severas em culturas importantes, inclusive em espécies de Phaseolus. Assim, o objetivo deste estudo foi avaliar a coleção de Rhizobium SEMIA para identificar o primeiro agente rizobial para o biocontrole da doença promovida por S. rolfsii no feijoeiro. Duplas culturas foram primeiramente realizadas para identificar propriedades de biocontrole entre as estirpes. Entre as 151 estirpes SEMIA testadas, 33 (~22%) mostraram atividade antagonista, sendo 16 delas capazes de % do crescimento micelial. As estirpes antagonistas produziram de 1,2 a 36,5 -1 de ácido indol-acético (IAA), um fitohormônio mais conhecido por promover o crescimento de plantas do que por inibir diretamente patógenos. Contudo, obteve-se um r=0,447 (p=0,011) entre a produção de IAA das estirpes antagonistas e a capacidade de inibição do micélio. As estirpes SEMIA 436, 4077, 4088 e 460 foram produtoras de sideróforos, e a atividade antagonista de SEMIA 4088 pode ser, em parte, relacionada a isso. Além de compostos antimicrobianos difusíveis no meio de cultura, SEMIA 460 também inibiu 45% do crescimento micelial através da produção de compostos voláteis. A análise do 16S rRNA possibilitou a identificação das estirpes SEMIA 456, 4026, 436, 439, 4032, 460, 4085, 4080, 4077 e 4088 como Rhizobium spp. Considerando o alto grau de conservação do 16S rRNA dentro do gênero Rhizobium, as linhagens SEMIA 436 e 439 apresentaram similaridades menores que 98,65% com o banco de dados, possivelmente representando um novo táxon. Apesar de terem sido isoladas de nódulos de feijão, as estirpes SEMIA 436, 439, 456, 4026 e 4032 foram alocadas em um ramo filogenético com estirpes de Rhizobium tumorigênicas (agrobacteria). Finalmente, para testar a eficiência de biocontrole das estirpes antagonistas selecionadas, plantas de feijão foram individualmente inoculadas e cultivadas em vasos com solo infectado com S. rolfsii. Para os parâmetros i) porcentagem de doença e ii) massas secas da parte área os tratamentos com SEMIA 4032, 4077, 4088, 4080, 4085 ou 439 não apresentaram diferenças estatisticamente significativas quando comparadas com o controle (plantas de feijão cultivadas em solo não infectado), demonstrando a grande potencialidade destas estirpes no controle biológico de S. rolfsii mediante inoculação de sementes de feijão.

Rhizobia are nitrogen-fixing bacteria successfully used as microbial inoculant attempting to diminish synthetic nitrogen fertilizers inputs on the common bean (Phaseolus vulgaris L.) and others legume crops. Sclerotium rolfsii (syn. Athelia rolfsii) is a ubiquitous fungus that causes several losses on important crops, including Phaseolus species. In this way, the aim of this study was to evaluate SEMIA Rhizobium Culture Collection to identify the first rhizobial biocontrol agent for the S. rolfsii-promoted disease on the common bean. Dual cultures were first performed to screening strains for biocontrol proprieties. Among of the 151 SEMIA strains, 33 (~22%) of them showed antagonistic activity on dual cultures % of mycelial growth. Antagonistic -1 of indole-acetic acid (IAA), a phytohormone best known to promote plant growth than to direct inhibit plant pathogens. However, a r=0.447 (p=0.011) was obtained between antagonistic strains IAA production and mycelium inhibition ability. Strains SEMIA 436, 4077, 4088 and 460 were siderophore producers, and SEMIA 4088 antagonistic activity can be related to this. Besides antimicrobial diffusible compounds, SEMIA 460 inhibited 45% of mycelial growth through volatiles compounds production. Analysis of 16S rRNA identified strains SEMIA 456, 4026, 436, 439, 4032, 460, 4085, 4080, 4077 and 4088 as Rhizobium spp. Considering the high degree of 16S rRNA conservation in Rhizobium genus. SEMIA 436 and 439 were found to represent new taxa for presenting gene similarities less than 98.65% with the database. Despite being isolated from nodules, SEMIA 436, 439, 456, 4026 and 4032 were placed in a phylogenetic branch with tumorigenic Rhizobium (agrobacteria). Finally, to evaluate biocontrol efficiency of the selected antagonists strains, common bean plants were individually inoculated and grown in pots with S. rolfsii infected soil. For the parameters i) disease percentage and ii) shoot dry masses, treatments with SEMIA 4032, 4077, 4088, 4080, 4085 and 439 were not found with statistically significant differences from the control (plants grown on uninfected soil), demonstrating the great potentiality of these strains for biological control of S. rolfsii through inoculation of common bean seeds.