Activity of East Siberian Trichoderma Isolates against Plant-pathogenic Microorganisms

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The genus Trichoderma comprised important antagonists of pathogenic fungi and can be used in agriculture to combat various plant diseases. In the course of the present work, two micromycete strains were isolated from wood cuts in Eastern Siberia, which were identified by morphological and molecular genetic characteristics as Trichoderma atroviride and Trichoderma harzianum. These Trichoderma strains efficiently inhibited the development of the pathogenic fungi studied (by up to 80%). The data presented in the paper indicate that Trichoderma atroviride and Trichoderma harzianum may be promising for further study of the means of biocontrol of plant diseases.

Full Text

Во всем мире основные потери сельскохозяйственной продукции связаны с болезнями растений, причем около половины из них ассоциированы с микроскопическими грибами. Используемые на данный момент химические фунгициды токсичны (Kekalo et al., 2023), и их применение приводит к негативным последствиям, загрязнению окружающей среды, возрастанию резистентности возбудителей (Jiang et al., 2022, Rola et al., 2023). Для решения этой проблемы исследуются биологические альтернативы (Haghi et al., 2023). Особый интерес представляют грибы рода Trichoderma, обладающие потенциалом для защиты от ряда грибковых заболеваний у сельскохозяйственных культур (Illescas et al., 2022; Putranto et al., 2021).

Trichoderma — распространенный сапрофитный гриб, обитающий в почве (Kumar et al., 2021), который широко используется в качестве агента биологической борьбы с различными болезнями растений (Arasu et al., 2023; Guzmán-Guzmán et al., 2023). Он способен к продукции антибиотиков, выработке гидролитических ферментов, разрушающих клеточные стенки и споры патогенных грибов (Lyubenova et al., 2023). Кроме того, при колонизации корней Trichoderma способна смягчать абиотические стрессы. Это происходит за счет повышения глобальной устойчивости растений (Harman et al., 2019). Trichoderma может использоваться в качестве биопрепарата на разных стадиях роста растений. При обработке семян микроорганизм способствует улучшению их всхожести (Pani et al., 2021), а в фазу роста растений позволяет уменьшить инфекционную нагрузку, повысить иммунитет растений и улучшить качество урожая.

Целью данного исследования было изучение антагонистических взаимодействий двух микромицетов рода Trichoderma, выделенных со спилов древесины в Восточной Сибири, и фитопатогенных грибов.

Объектами служили культуры фитопатогенных грибов: Fusarium (orthoceras) oxysporum F-845, Alternaria botrytis F-737, Stemphylium botryosum F-3044, Phytophthora drechsleri F-3149 (предоставлены ВКМ, г. Пущино; http://www.vkm.ru/rus), Trichoderma harzianum и Trichoderma atroviride, выделенные нами из зараженной древесины. Культуры идентифицированы на основе анализа последовательности рибосомальных генов (26-sRNA) (ВКПМ, г. Москва) (https://vkpm.genetika.ru). Антагонистическую активность Trichoderma против фитопатогенов тестировали in vitro методом встречных культур в 5 повторностях на картофельно-глюкозном агаре (г/л): картофель 200, глюкоза 20, агар 20 г. Контролем служила монокультура гриба. Все варианты инкубировали в чашках Петри в термостате при 27C в течение 7 сут. По окончании эксперимента производили измерение радиального роста антагонистов и фитопатогенов (Guzmán-Guzmán et al., 2023).

Для корректной оценки антагонистической активности было проведено определение скорости роста каждой культуры (рис. 1).

 

Рис. 1. Скорость роста микроорганизмов на плотной питательной среде (M ± ς): 1 ‒ Fusarium (orthoceras) oxysporum; 2 — Alternaria botrytis; 3 — Stemphylium botryosum; 4 — Phytophthora drechsleri; 5 — Trichoderma atroviride; 6 — Trichoderma harzianum.

 

Максимальной скоростью роста обладала Ph. drechsleri (в экспоненциальной фазе роста 37.23 мм/сут), уже на 4 сут она заполняла всю поверхность питательной среды. У T. harzianum и T. atroviride скорость роста была близка и составляла 17.38 и 19.85 мм/сут, соответственно. Самые медленнорастущие культуры — F. (orthoceras) oxysporum — 10.56 мм/сут, A. botrytis — 8.87 мм/сут и S. botryosum — 10.22 мм/сут; к концу эксперимента площадь поверхности питательной среды, занятой данными культурами, не превышала половины. Интересно, что ярко выраженная лаг-фаза характерна только для T. harzianum.

Следующим этапом работы было определение антагонистической активности культур по проценту ингибирования радиального роста фитопатогенов (рис. 2).

 

Рис. 2. Ингибирование радиального роста фитопатогена через 7 сут культивирования, %; (M ± ς). 1 — Fusarium (orthoceras) oxysporum; 2 — Alternaria botrytis; 3 — Stemphylium botryosum; 4 — Phytophthora drechsleri.

 

Обе исследованные культуры эффективно (более чем на 50%) подавляли рост патогенов. Максимальное подавление характерно для T. harzianum против F. oxysporum и A. botrytis (более 80%). Следует отметить, что развитие колоний фитопатогенов идет примерно на одном уровне (рис. 3).

 

Рис. 3. Антагонизм in vitro: ряд (а) справа (Th) Trichoderma harzianum; ряд (б) справа (Ta) Trichoderma atroviride, фитопатогены слева (Fo) Fusarium (orthoceras) oxysporum, (Ab) Alternaria botrytis, (Sb) Stemphylium botryosum, (Pd) Phytophthora drechsleri (возраст культур 7 сут); ряд (в) (Pd) Phytophthora drechsleri и (Ta) Trichoderma atroviride. Возраст культур 14 сут.

 

Интересно, что мицелий T. harzianum расположен поверх колоний патогенов (рис. 3а), а для T. atroviride характерна полоса чистого агара 3–8 мм, с последующим ростом на колонии патогена (рис. 3а). Это, вероятно, связано с продукцией T. atroviride антибиотиков (Manzar et al., 2022). Также можно отметить, что в двойных культурах патогены (A. botrytis, S. botryosum) не успевали синтезировать пигмент, что может свидетельствовать о замедлении роста культуры патогена, предположительно, связанного с синтезом Trichoderma хитинолитических ферментов (Manzar et al., 2022).

Подавление роста Ph. drechsleri обоими антагонистами в первую неделю культивирования существенно ниже. Ph. drechsleri, как более быстро растущий микромицет, успевает колонизировать около 50% питательной среды до контакта с антагонистом. Однако при более длительной инкубации (14 сут) поверхность фитопатогена оказывается покрыта мицелием и спорами Trichoderma (рис. 3с).

Таким образом, оба исследуемых штамма Trichoderma эффективно (на 52‒82%) подавляют исследованные культуры фитопатогенов. Ингибирование Ph. drechsleri происходит с задержкой, связанной со скоростью роста патогена. Различия между штаммами Trichoderma в подавлении исследуемых патогенов связано с разнообразными стратегиями в подавлении фитопатогенов. Предположительно, T. atroviride способна к синтезу антибиотиков, а T. harzianum ‒ хитинолитических ферментов (Manzar et al., 2022).

Представленные в работе данные позволяют сделать вывод о возможности использования в сельском хозяйстве T. atroviride и T. harzianum в качестве средств биологического контроля как для профилактики болезни, так и на начальном этапе заражения растений в отношении распространенных фитопатагенов.

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РНФ № 23-26-10008.

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Настоящая статья не содержит результатов исследований с использованием животных в качестве объектов.

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

×

About the authors

V. Е. Kuznetsova

Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: uchiha-viksya@mail.ru
Russian Federation, Irkutsk, 664033

E. A. Matveeva

Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: uchiha-viksya@mail.ru
Russian Federation, Irkutsk, 664033

L. A. Belovezhets

Favorsky Irkutsk Institute of Chemistry, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences

Email: uchiha-viksya@mail.ru
Russian Federation, Irkutsk, 664033

References

  1. Всероссийская коллекция микроорганизмов. [Электронный ресурс] URL: http://www.vkm.ru/rus. (дата обращ. 25.04.2023).
  2. Научный центр “Курчатовский институт”. Научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов. [Электронный ресурс] URL: https://vkpm.genetika.ru. (дата обращ. 25.04.2023).
  3. Arasu M.V., Vijayaraghavan P., Al-Dhabi N.A., Choi K.C., Moovendhan M. Biocontrol of Trichoderma gamsii induces soil suppressive and growth-promoting impacts and rot disease-protecting activities // J. Basic Microbiol. 2023. V. 63. Р. 801‒813.
  4. https://doi.org/10.1002/jobm.202300016
  5. Guzmán-Guzmán P., Kumar A., de los Santos-Villalobos S., Parra-Cota F.I., Orozco-Mosqueda Md.C., Fadiji A.E., Hyder S., Babalola O.O., Santoyo G. Trichoderma species: our best fungal allies in the biocontrol of plant diseases — a review // Plants. 2023. V. 12. Art. 432.
  6. https://doi.org/10.3390/plants12030432
  7. Haghi Z., Mostowfizadeh-Ghalamfarsa R., Steinberg C. The efficacy of Iranian Pythium oligandrum isolates in biocontrol of soil-borne fungal pathogens of tomato // J. Plant Pathol. 2023. V. 105. Р. 185‒196.
  8. https://doi.org/10.1007/s42161-022-01245-5
  9. Harman G.E., Doni F., Khadka R.B., Uphoff N. Endophytic strains of Trichoderma increase plants’ photosynthetic capability // J. Appl. Microbiol. 2019. V. 130. Р. 529‒546.
  10. https://doi.org/10.1111/jam.14368
  11. Illescas M., Morán-Diez M.E., Martínez de Alba Á.E., Hermosa R., Monte E. Effect of Trichoderma asperellum on wheat plants’ biochemical and molecular responses, and yield under different water stress conditions // Int. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. Art. 6782.
  12. https://doi.org/10.3390/ijms23126782
  13. Jiang F., Peng Ye., Sun Q. Pesticides exposure induced obesity and its associated diseases: recent progress and challenges // J. Future Foods. 2022. V. 2. Р. 119‒124.
  14. https://doi.org/10.1016/j.jfutfo.2022.03.005
  15. Kekalo A.Yu., Zargaryan N.Yu., Nemchenko V.V. Effectiveness of fungicidal protection of spring wheat against powdery mildew and tan spot // Siberian Herald of Agricultural Science. 2023. V. 53. № 1. Р. 45‒52. https://doi.org/10.26898/0370-8799-2023-1-6
  16. Kumar J., Kumar M., Tomar A., Vaishali, Kumar P., Chand P. Morphological and molecular characterization of Trichoderma spp. from rhizosphere soil and their antagonistic activity against Fusarium spp. // Int. J. Plant Soil Sci. 2021. V. 33. Р. 100‒112.
  17. https://doi.org/10.9734/ijpss/2021/v33i1930605
  18. Lyubenova A., Rusanova М., Nikolova M., Slavov S.B. Plant extracts and Trichoderma spp.: possibilities for implementation in agriculture as biopesticides // Biotechnology and Biotechnological Equipment. 2023. V. 37. Р. 159‒166.
  19. https://doi.org/10.1080/13102818.2023.2166869
  20. Manzar N., Kashyap A.S., Goutam R.S., Rajawat M.V.S., Sharma P.K., Sharma S.K., Singh H.V. Trichoderma: Advent of versatile biocontrol agent, its secrets and insights into mechanism of biocontrol potential // Sustainability. 2022. V. 14. Art. 12786.
  21. Pani S., Kumar A., Sharma A. Trichoderma harzianum: an overview // Bull. Environ. Pharmacol. Life Sci. 2021. V. 10. № 6. Р. 32‒39.
  22. Putranto W.A., Nugroho R.A., Hardiyanta S.P., Cahyaningrum D.Ch. Are Trichoderma atroviride and Trichoderma harzianum effective to control Fusarium associated with tomato wilt? // Microbiology Indonesia. 2021. V. 15. № 3. Р. 84‒90.
  23. https://doi.org/10.5454/mi.15.3.2
  24. Rola K., Majewska E., Chowaniec K. Interaction effect of fungicide and chitosan on non-target lichenized fungi // Chemosphere. 2023. V. 316. Р. 137772.
  25. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2023.137772

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The growth rate of microorganisms on a dense nutrient medium (M ± ς): 1 ‒ Fusarium (orthoceras) oxysporum; 2 — Alternaria botrytis; 3 — Stemphylium botryosum; 4 — Phytophthora drechsleri; 5 — Trichoderma atroviride; 6 — Trichoderma harzianum.

Download (129KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Inhibition of the radial growth of the phytopathogen after 7 days of cultivation, %; (M ± ς). 1 — Fusarium (orthoceras) oxysporum; 2 — Alternaria botrytis; 3 — Stemphylium botryosum; 4 — Phytophthora drechsleri.

Download (64KB)
Indexing metadata
4. 3. In vitro antagonism: row (a) on the right (Th) Trichoderma harzianum; row (b) on the right (Ta) Trichoderma atroviride, phytopathogens on the left (Fo) Fusarium (orthoceras) oxysporum, (Ab) Alternaria botrytis, (Sb) Stemphylium botryosum, (Pd) Phytophthora drechsleri (age cultures 7 days); row (b) (Pd) Phytophthora drechsleri and (Ta) Trichoderma atroviride. The age of crops is 14 days.

Download (183KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».