Selection of the potential plant growth-promoting and antagonistic bacteria for biocontrol of Fusarium oxysporum ff. spp. lycopersici race 3 or radicis-lycopersici in tomato

Abstract

RESUMEN: El tomate (Solanum lycopersicum L.) es uno de los cultivos hortícolas más importantes que se cultiva a nivel mundial en campos o invernaderos. En el 2020, el estado de Sinaloa generó el 20.30% del volumen de producción total en México Sin embargo, la producción de tomate es afectada por hongos fitopatógenos como Fusarium oxysporum ff. spp. lycopersici (Fol) (1-3) y radicis-lycopersici (Forl) causantes de la pudrición por Fusarium y la pudrición de la corona y raíz del tomate (FCRRT). En base a lo anterior, se seleccionaron cinco bacterias antagonistas potenciales (Acinetobacter calcoaceticus AcDB3, B. amyloliquefaciens BaMA26, B. siamensis BsiDA2, B. subtilis BsTA16 y B. thuringiensis BtMB9) de 2098 rizobacterias aisladas de la rizosfera de tres plantas: Datura sp. (CIIDIR-004), maíz (CIIDIR-003) y tomate (CIIDIR-001), previamente probadas en condiciones de invernadero por sus efectos antagónicos y de promoción del crecimiento de las plantas. Posteriormente, estos cinco aislados fueron probados in vitro en ensayos de antagonismo, ensayos de confrontación dual en PDA y en medio agua agar, pruebas de hemólisis y bioensayos de antagonismo en plántulas. Se probaron tres híbridos de tomate diferentes: uno determinado (N6394) y dos híbridos indeterminados (Pai Pai y SV4401TJ) resistentes a Fol R1 y R2 y susceptibles a Forl en bioensayos de maceta y bandeja de germinación en condiciones de invernadero. Estas bacterias se probaron en dos ensayos de campo durante dos años consecutivos (temporadas de cultivo 2018-2019 y 2019-2020) en condiciones naturales de infestación de Fol y Forl. Se utilizaron 4 híbridos de tomate: uno determinado xv (Katya) y tres indeterminados (DRD 8551, Tisey y SV8579TE) de los cuales dos son susceptibles a la infección por Fol R3 y Forl con la excepción del híbrido SV8579TE en ensayos a nivel de campo durante dos años consecutivos. Se usó una técnica de PCR anidada para detectar razas Fol y Forl en tejidos de plantas enfermas y en los suelos. De las cincuenta y cinco cepas fúngicas, treinta y dos se identificaron como Forl y una cepa como Fol R1, sin embargo, Fol R2 y R3 no se detectaron en las plantas enfermas ni en el suelo del campo. Nuestros estudios en campo revelaron que cuatro de las cepas bacterianas (AcDB3, BaMA26, BsiDA2, BsTA16 y BtMB9) redujeron los síntomas de la enfermedad y la gravedad del marchitamiento por Fusarium y FCRRT bajo condiciones naturales de infestación en campo de Fol y Forl. Con base en diferentes híbridos de tomate, una sola aplicación de BsTA16 o la combinación de BtMB9 + BaMA26 mostró la mayor reducción de la severidad en las plantas enfermas contra el marchitamiento por Fusarium y FCRRT. Nuestro trabajo sugiere que mediante el uso de formulaciones de BsTA16 o la combinación de BtMB9 + BaMA26, la gravedad de estas dos enfermedades en diferentes híbridos de tomate debería disminuir y debería inducir la promoción del crecimiento de las plantas. Desde la perspectiva biotecnológica la aplicación de formulado bacterianos con actividad antagonista contra estos fitopatógenos pueden ser una estrategia para reducir las aplicaciones químicas utilizadas en el manejo de estas enfermedades. ABSTRACT: Tomato (Solanum lycopersicum L.) is one of the most important horticultural crops cultivated worldwide in fields or greenhouses. In 2020, the state of Sinaloa generated 20.30% of the volume of production in Mexico (SIAP, 2020). Tomato production is hampered by the diseases of Fusarium wilt and Fusarium crown root rot caused by Fusarium oxysporum ff. spp. lycopersici (Fol) races (1-3) and radicis-lycopersici (Forl). Five potential antagonistic bacteria (Acinetobacter calcoaceticus AcDB3, B. amyloliquefaciens BaMA26, B. siamensis BsiDA2, B. subtilis BsTA16, and B. thuringiensis BtMB9) were selected following several steps (liquid antagonism tests, dual confrontation tests in PDA and in water agar medium, hemolysis test and antagonistic seedling bioassays) from two thousand and ninety-eight rhizobacteria collected from rhizosphere associated to three plants: Datura sp. (CIIDIR-004), maize (CIIDIR-003) and tomato (CIIDIR-001); tested in greenhouse conditions for their antagonistic and plant growth promotion effects. Three different tomato hybrids: one determinate (N6394), and two indeterminate (Pai Pai, and SV4401TJ) hybrids resistant to Fol R1 and R2 and susceptible to Forl were tested in germination tray and pot bioassays under greenhouse conditions. Four potential antagonistic bacteria (AcDB3, BaMA26, BsTA16, and BtMB9) were selected based on the results obtained from greenhouse experiments. These four bacteria were tested in two consecutive field trials (2018-2019 and 2019-2020 growing seasons) under natural Fol and Forl infestation conditions. Four different tomato hybrids: one determinate (Katya), and three indeterminate (DRD 8551, Tisey, xvii SV8579TE) susceptible to Fol R3 and Forl except for hybrid SV8579TE (resistant to all races of Fol) were used in field trials conducted for two consecutive years. A nested PCR technique was used to detect Fol races and Forl from diseased plant tissues and field soils. Among fifty-five fungal strains, thirty-two were identified as Forl and one strain as Fol R1 but Fol R2 and R3 were not detected in diseased plants or field soil. Our field trial studies revealed that the four antagonistic bacterial strains (AcDB3, BtMB9, BsTA16, and BaMA26) when applied alone or combined with other bacteria in field trials, they reduced the disease symptoms and severity of Fusarium wilt and FCRRT under natural Fol and Forl inoculum conditions, as well as increased fruit yield. Based on different tomato hybrids, a single application of BsTA16 or the combination of BtMB9 + BaMA26 showed the highest severity reduction in diseased plants against both Fusarium wilt and FCRRT diseases. Our work suggests that by using formulations of either BsTA16 or the combination of BtMB9 + BaMA26 the severity of these two diseases in different tomato hybrids should be decreased and should induce plant growth-promotion. This should reduce chemical applications used in the management of these diseases.