Characterization of bacterial antagonists of Rhizoctonia solani and Fusarium oxysporum from six European soils and their potential application for biological control

Adesina, Modupe, Felicia

doi:10.24355/dbbs.084-200712180100-0

Published

Characterization of bacterial antagonists of Rhizoctonia solani and Fusarium oxysporum from six European soils and their potential application for biological control

English
German

A cultivation-based approach was used to characterize the culturable antagonistic bacteria in six agricultural soils from different locations in Europe (France, FR; the Netherlands, NL; Sweden, SE; the United Kingdom, UK; and two sites in Germany, Berlin, G-BR and Braunschweig, G-BS). Four of the soils (FR, NL, SE, UK) have history of disease suppression while two (G-BR and G-BS) have no record of diseases suppression. Serial dilutions from the composite soil samples were plated on R2A, AGS and King´s B media. A total of 1,788 isolates (approximately 100 isolates per medium and site) was screened for antagonistic activity towards two phytopathogenic fungi {Rhizoctonia solani AG3 and Fusarium oxysporum f. sp. lini (Foln3)}; and antagonists (327 isolates) were found amongst the dominant culturable bacteria isolated from all six soils. The overall proportion of antagonists was higher in three of the suppressive soils (FR, NL and SE) with NL having the highest proportion. Phenotypic characterization of antagonistic bacteria revealed siderophore and protease activity as the most prominent traits amongst the antagonists. Although, FAME and 16S rRNA gene sequencing identified majority of the antagonists as Pseudomonas spp. (110 of 327) and Streptomyces spp. (113 of 327), phenotypic and genotypic diversity among the antagonists were found. Screening of Pseudomonas spp. for antibiotic encoding genes, 2,4-diacetylphloroglucinol (phlD), pyrrolnitrin (prnD), pyoluteorin (pltC) and phenazine (phzCD), showed that Pseudomonas antagonists carrying phlD gene were found in all sites, with the highest proportion in SE, where about 50% of the Pseudomonas antagonists contained this gene. When ten of the antagonists were assessment in growth experiments for their efficacy in controlling bottom rot disease caused by R. solani AG1-IB on lettuce plants, only one isolate (Pseudomonas jessenii strain RU47) showed effective and consistent suppression of the pathogen.

Bakterien mit antagonistischer Aktivität wurden aus sechs landwirtschaftlich genutzten Böden (Frankreich, FR; Niederlande, NL; Schweden, SE; United Kingdom, UK; in Deutschland: Berlin, G-BR; Braunschweig, G-BS) isoliert und charakterisiert. Die vier Böden aus dem Ausland hatten sich in der Vergangenheit als suppressiv gegenüber Pflanzenkrankheiten erwiesen, während für die Böden aus Deutschland Suppressivität nicht bekannt war. Serielle Verdünnungen der Bodenproben wurden auf R2A, AGS und King’s B-Medium ausplattiert und insgesamt 1.788 Isolate (ca. 100 Isolate pro Medium und Standort) gewonnen; von denen 327 Isolate gezeigte antagonistische Aktivität gegen Rhizoctonia solani AG3 und Fusarium oxysporum f. sp. lini (Foln3). Der Gesamtanteil an Antagonisten war in drei der suppressiven Böden höher, wobei der Anteil im NL-Böden am höchsten war. Eine phänotypische Charakterisierung der antagonistischen Bakterien wies Siderophorproduktion und Protease-Aktivität als wesentliche Charakteristika unter den Antagonisten aus. Obwohl mit FAME und 16S rRNA-Gensequenzierung die Mehrheit der Antagonisten als Pseudomonas spp. (110 von 327) und Streptomyces spp. (113 von 327) identifiziert wurde, wurde unter den Antagonisten eine hohe phäno- und genotypische Diversität festgestellt. Ein Screening von Pseudomonas spp. auf Gene, die Antibiotika kodieren – 2,4-diacetylphloroglucinol, Pyrrolnitrin, Pyoluteorin und Phenazin zeigte, dass Pseudomonas-Antagonisten, die das 2,4-diacetylphloroglucinol Gen tragen, an allen Standorten gefunden wurden, wobei den höchsten Anteil der SE-Boden ausmachte, in dem ca. 50% der Pseudomonas-Antagonisten dieses Gen enthielten. Zehn dieser Antagonisten in Klimakammerexperimenten auf ihre Wirksamkeit bei der Kontrolle der von R. solani AG1-IB verursachten Wurzelfäule-Krankheit an Salatpflanzen untersucht. Nur Pseudomonas jessenii RU47 zeigte eine verlässliche Suppression des Pathogens in allen vier durchgeführten Experimenten.