Controle biológico de doenças de plantas

Prof. Flávio H V Medeiros

DFP/UFLA

Definição Microrganismos envolvidos no controle biológico O controle biológico a) de patógenos habitantes do solo b) de patógenos da parte aérea c) de doenças pós colheita Estudo de caso: da prospecção à validação em campo

Entomologia Fitopatologia

Biocontrole (inseto ou

microrganismo)

Praga (artropodo)

Dano (planta)

Doença

Patógeno

Hospedeiro (planta)

Ambiente

Definição – controle biológico de doenças de plantas Redução da soma do inóculo ou das atividades determinantes da doença, provocada por um patógeno, realizada por um ou mais organismos que não o homem (Cook & Baker, 1983)

Pamer 2016 Resurrecting the intestinal microbiota to combat antibiotic-resistant pathogens. SCIENCE 352 (6285): 535-538

Benefícios: Controle de bactérias patogênicas Ativação do sistema imune

O “controle biológico” em animais/humanos

Rodrigo Mendes and Jos M Raaijmakers. The ISME

Journal (2015) 9, 1905–1907, 2015

Proteção contra patógenos Produção de enzimas e antibióticos Modulação do sistema imune

Sistemas abertos com grande área de superfície colonizado por bactérias

Impacto na fisiologia e metabolismo Aquisição de nutrientes Produção de aminoácidos Produção de vitaminas Produção de hormônios

Estruturas de microbioma são moldados de acordo com o genótipo e idade Gradiente de

oxigênio, água e pH resulta em uma diversidade de nichos

Controle biológico de fungos e bactérias habitantes do solo

Controle biológico de patógenos habitantes do solo: Podridões de raízes e caule (Fusarium solani, Rhizoctonia solani, Macrophomina

phaseolina e Sclerotinia sclerotiorum)

Nematóides (Meloidogyne spp., Pratylenchum brachiurus) Murchas vasculares (Fusarium oxysporum, Ralstonia solanacearum)

Mecanismo de ação Agentes de biocontrole Atua sobre...

hiperparasita Fungos miceliogênicos Escleródios

competidores Fungos miceliogênicos Restos culturais

antibiose Bactérias Raízes

Indução de resistência Fungos e bactérias Barreiras bioquímicas e estruturais

Controle biológico de podridões de raízes e nematóides

Mancha de diplodia e podridão branca da espiga (Stenocarpella macrospora)

menos DNA de Stenocarpella spp

mais DNA de Stenocarpella spp

Supressividade

Stenocarpella maydis

Fusarium graminearum

Fusarium verticillioides

Quantificação de Stenocarpella spp.

supressivo

conducivo

Resinose do coqueiro (Thielaviopsis paradoxa)

Avaliação de solos supressivos a fitopatógenos

Solos supressivos

Solos conducivos

Influência da supressividade dos solos na população de T. paradoxa

Pereira et al. 2016 IOBC Bulletin

Pereira et al. 2016 IOBC Bulletin

Transferência de supressividade

Mendes et al (2011). Science. 332(6033):1097-100

Anos após monocultivo

Severid

ad

e d

o m

al d

o p

é d

o t

rig

o

conducivo suppressivo

Monocultivo e controle biológico natural de patógenos de solo

Pseudomonas fluorescens produtoras de 2,4 diacil fluoroglucinol

Raaijmakers et al. (1997). Applied and environmental microbiology (3):881-7

Como aumentam microrganismos antagonistas?

Harsh Bais. University of Delaware

O conceito de recrutamento microbioano

Harsh Bais, UD, EUA

Rhizoctonia solani

Testemunha Bacillus subtilis GB03

Bacillus amylolicefaciens UFLA285

Tratamento de sementes para controle de patógenos radiculares

Trichoderma spp para manejo de podridão radiular (F. solani)

Produtos registrados para o manejo de doenças em grandes culturas – o caso do mofo branco (Sclerotinia sclerotiorum)

pré

-pla

nti

o

Pós

em

erg

ente

Pré

-co

lhe

ita

Momento de aplicação de Trichoderma spp para manejo do mofo branco (Sclerotinia sclerotiorum)

Combinado às aplicações de herbicida

Controle de qualidade interno (qualidade e eficácia de produtos) – segredo industrial!!! Kit mofo – assistência pós venda

Escleródio não colonizado

Escleródio colonizado

Fungos Pochonia chlamycosporia Paeciomyces lilacinus

Rizobactérias Bacillus pumilus Bacillus subtilis Bacillus amylolicefaciens

Pasteuria spp.

Controle biológico de fitonematóides

Mal do panamá (Fusarium oxysporum f.sp. cubense)

Mudas (rizobactérias) e plantas adultas (rizobactérias e Trichoderma spp)

Controle biológico do mal do panamá

Controle biológico de doenças do filoplano

Características do filoplano

Flutuação de umidade e temperatura Incidência de raios ultravioletas Acúmulo de nutrientes Natureza do parasitismo Efeito guarda-chuva da copa Existência de produtos eficientes Uso de produtos incompatíveis

Estágio fenológico

Acúmulo de nutrientes no filoplano

Sucessão microbiana do filoplano

Procariotos (bactérias) Leveduras Fungos miceliogênicos

Oídio (Mycosphaerella diffusa) Crestamento foliar (Cercospora kikuchii)

Parasitismo: biotrófico vs necrotrófico

Como obter biocontrole de doenças do filoplano

Mecanismo de ação Natureza do parasitismo Atua sobre...

biotrófico necrotróficos

competidores X nutrientes

hiperparasitas X X inóculo inicial

Indução de resistência

X X barreiras químicas e bioquímicas

antibiose X X germinação

Competição

Critério de seleção Índice de sobreposição de nicho (NOI>0,9)

Placa com 95 fontes de carbono e nitrogênio Avaliação da utilização dos nutrientes pelo

patógeno (Np) Avaliação da utilização dos nutrientes pelo(s)

agente(s) de biocontrole (Nb) NOI = (Nb/Np)

Rodriguez et al. 2016. Biological control 103: 119–128

Controle da antracnose do cafeeiro (Colletotrichum coffeanum)

Phialomyces macrosporus (Phm)

Parasitismo de estruturas do patógeno

Mal das folhas da seringueira (Microcyclus ulei) com Dycima pulvinata

Lixa do coqueiro (Phyllacora torrendiela) com Acremonium cavaraeanum e Dycima pulvinata

Vassoura de bruxa do cacaueiro (Monilliophtora perniciosa) com Trichoderma stromaticum

Lixa grande do coqueiro (Phyllacora torrendiella)

Estratégias de busca de parasitos de estromas Acremonium cavaraeanum Dicyma pulvinata

Shinobi Sudo, Maguary

Warwick, 2007. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento. 25. Embrapa Tabuleiros Costeiros. 13p.

Lixa grande (Phyllacora torrendiella) e pequena (Sphaerodotis acrocomiae) do coqueiro

Warwick, 2007. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento. 25. Embrapa Tabuleiros Costeiros. 13p.

Lixa grande (Phyllacora torrendiella) e pequena (Sphaerodotis acrocomiae) do coqueiro

Warwick, 2007. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento. 25. Embrapa Tabuleiros Costeiros. 13p.

Vassoura de bruxa do cacaueiro (Monilliophtora perniciosa)

Estratégias de busca de parasitos de vassoura Trichoderma stromaticum

Cleber Bastos (CEPLAC)

Zugaib et al. Agrotrópica 27(3): 267 - 280. 2015

Variação sazonal da produção de cacau e o manejo da vassoura Epidemia da vassoura de bruxa

Fungicida cúprico Fungicida cúprico TRICHOVAB ou remoção de varrouras

Medeiros et al.

Ts: Trichoderma stromaticum Cu: Oxicloreto de cobre Br: remoção de vassouras 2x por ano

Controle biológico de doenças fúngicas (biotróficos)

Ferrugem Hiperparasitas Antibiose Indução de

resistência

Oídio Hiperparasitas Indução de

resistência Antibiose

Ampelomyces quisqualis Alternaria alternata

Controle biológico de fitovírus (Citrus tristeza vírus) – Pré-imunização

Incidência da doença é alta e severa Controle insatisfatório ou inexiste Estirpes atenuadas do vírus disponíveis Estirpes atenuadas provaram

estabilidade Inoculação simples disponível Inoculação com estirpe atenuada dá

alto grau de controle e é duradoura Um baixo risto está associado com a

técnica

Álvaro Santos Costa

Controle biológico de doenças bacterianas

Mancha angular do algodoeiro (Xanthomonas malvacearum)

Antibiose: ácido hidrocinâmico e antibióticos

Arya & Parashar, 2002

Indução de resistência sistêmica: POX, PAL, lignina, …

Ishida et al., 2008

Tratamento 7dias antes da inoculação

Tratamento 2dias antes da inoculação

Não houve efeito dose resposta

Efeito dose-resposta

Controle biológico de doenças pós colheita

Mecanismo de ação Agentes de biocontrole Atua sobre...

competidores Leveduras nutrientes

antibiose Bactérias germinação

Indução de resistência Fungos e bactérias (pré-colheita)

barreiras químicas e bioquímicas

Controle biológico de doenças pós colheita

Estratégias Tratamento pré e pós colheita Colonização de ferimentos Redução de contaminação de

alimentos (defensivos e micotoxinas)

Controle biológico de doenças pós colheita

Controle biológico do mofo cinzento (Botrytis cinérea)

Controle biológico de micotoxinas (Aspergillus flavus)

Em algodão (caroço): afeta valor nutricional contaminação por

micotoxina (aflatoxina)

Riscos associados à contaminação por aflatoxina (aflatoxicose)

Ciclo de vida de A. flavus

Aspergillus flavus AF36 defectivo para produção de micotoxinas

Controle biológico de micotoxinas (Aspergillus flavus)

Aplicação do produto próximo à floração

Competição com A. flavus

ESTUDO DE CASO DE CONTROLE BIOLÓGICO EM ALGODOEIRO

Biological control of Rhizoctonia solani in cotton

Goulart at al. (2011). Summa phytopathologica 37(1): 68-69

>3 anos de plantio convencional

~700m altitude

~1500 mm precipitação

Relato de tombamento/mela

200 pontos amostrados

Promoção de crescimento?

Menor severidade da doença

Solo rizosférico Endofíticos

Tratamento térmico (80oC/10 min)

Raízes desinfestadas superficialemente e maceradas

Plaqueamento em agar nutriente

Controle de qualidade (gram)

Purificação de colônias isoladas

Treatments Germination1 (%) Reduction of

damping off (%)

Reduction of

bacterial blight (%)

Water 53 b - -

MEN2 80 a 75 58

UFLA285 80 a 28 45

Seleção em laboratório/casa de vegetação

Treatments

Germinação (%)

Safra

2008 2009

UFLA285 + MEN2 83 a 66 a

UFLA285 76 b 60 b

MEN2 67 c 56 c

Fungicida (triadimenol) 75 b 66 a

Testemunha 76 b 48 c

Avaliação em campo (Patos de Minas)

De volta ao laboratório (transcriptômica)

mRNA>cDNA>hibridização com chip de microarranjo (22 mil genes)

Tecido de caule, coletado 4 dias depois da inoculação

Validação do resultado por RT-PCR

Medeiros et al. Plant and soil (2011)

Gene classes Response Ratio (treated/control) Gene numbers

Defense (12.1%)

Anti-oxidants/scavengers glutathione-S-transferase, peroxidase, dehydroascorbate

redutase, MATE efflux family protein, thioredoxin, purple acid

phosphatase, cytochrome P450

0.54-2.34 (93% UP) 15

PR-protein Thaumatin-like protein, resistance induced protein 13,

uncharacterized resistance protein, major cherry allergen,

Endo-beta-acetylglucosaminidase

1.51-2.06 (100% UP) 5

Jasmonic acid biosynthesis Lipoxygenase*, allene oxide cyclase 1.51-1.60 (100% UP) 2

Phenylpropanoid-pathway Phenylalanine ammonia-lyase, caffeic acid O-

methyltransferease, 2-hydroxyisoflavone reductase, cinnamoyl

CoA reductase, dihydroflavonol 4 reductase

1.64-2.50 (100% UP) 6

Osmorregulation Pyrroline-5-carboxylate synthetase, aquaporin 0.59-1.65 (50% UP) 2

Cell wall modulators (3.6%)

reinforcement

Transferase, UDP glycosyl transferase 88B1, callose synthase,

Lipid transfer protein, Glycosyl transferase, cellulose synthase

0.48-1.2 (67% UP)

6

loosening xyloglucan endoglycosyl/hydrolase 0.37-0.58 3

Stress-related (2.4%) Heat shock protein, alcohol dehydrogenase, chaperone protein

DNAJ-related 0.55-1.81 6

Medeiros et al. (2011). Plant and soil 347: 327-337

4 dias sem irrigação 4 dias após inoculação

Estresse

Tratmento

Sem

estresse

-H2O +Rhizoctonia

solani

UFLA285 0.99 a A 0.60 aB 0.93 aA

Controle 0.91 a A 0.44 b B 0.49 b B

Peso seco (g) plantas sob estresse hídrico (8 dias) e inoculadas (8 dias)

Roraima Tombamento e mela (Rhizoctonia solani) Estresse hídrico e térmico

Lavras Tombamento (Rhizoctonia solani) Boa precipitação e temperatura amena

tombamento

mela

Avaliação em campo (Lavras e Roraima) - feijão

Produção massal e formulação DCCR para fontes de nutrientes e condições de

cultivo Spray drier – pó molhável (maltodextrina) Tratamento de sementes (+goma xantana 0,5%)

Roraima

Produtividade (kg/há)

106 a

626 b

197 a

449 ab

374 ab

179 a

250 a

Minas Gerais

Tratamento Produtividade (kg/há)

Controle 2,656 ab

ALB 629 3,251 b

ALB 629 + fungicida 2,538 ab

UFLA 285 1,943 a

UFLA 285 + fungicida 3,265 b

Initiate 2,646 ab

Initiate + fungicida 2,861 b

OBRIGADO