Resumo: Um dos aspectos cruciais da agricultura moderna é reduzir o uso de fertilizantes químicos e pesticidas que, além do alto custo, têm um impacto negativo na saúde humana e no meio ambiente, causando, por exemplo, degradação do solo e contaminação dos recursos hídricos. Devido ao crescimento da população e a necessidade de uma agricultura mais sustentável, são necessários investimentos na área de biotecnologia agrícola, onde as bactérias promotoras de crescimento vegetal (BPCVs) certamente desempenharão um papel importante na revolução da agricultura nas próximas décadas. Muitas das interações BPCV-planta são baseadas na relação direta ou muito próxima do microrganismo com a planta, mas, recentemente, interações à distância através de compostos orgânicos voláteis (COVs) emergiram como um novo mecanismo pelo qual os microrganismos podem promover o crescimento vegetal e inibir fitopatógenos. Devido à sua natureza gasosa, ocorre uma distribuição eficiente dos voláteis através da porosidade do solo, permitindo que alcancem longas distâncias. Isso melhora a eficácia da ação antagônica nos microrganismos alvo, tornando os COVs excelentes candidatos para o biocontrole. Assim, esse estudo teve como objetivo principal avaliar o efeito dos COVs bacterianos no antagonismo ao fungo fitopatogênico Thielaviopsis ethacetica, agente etiológico da podridão abacaxi na cana-de-açúcar. Identificamos 3 Pseudomonas que foram capazes de inibir, in vitro, até 80% do crescimento micelial de T. ethacetica. Usando uma abordagem de metabolômica por GC/MS, verificamos que essas bactérias produziram, no total, 62 COVs, e os testes de validação funcional revelaram compostos que inibiram significativamente o crescimento e até mesmo levaram à morte de T. ethacetica. A análise transcriptômica por RNA-seq da resposta do fungo aos COVs indicou que esses metabólitos regularam negativamente os genes relacionados ao metabolismo central dos fungos, como aqueles envolvidos no metabolismo dos carboidratos. Curiosamente, os genes relacionados à resposta ao dano ao DNA foram regulados positivamente, e a análise de micro-FTIR corroborou nossa hipótese de que os COVs desencadearam dano ao DNA. A análise de microscopia eletrônica mostrou mudanças morfológicas críticas em micélios tratados com COVs. Juntos, esses resultados indicam que os COVs suprimiram o crescimento dos fungos e causaram a morte celular. Este estudo representa a primeira demonstração dos mecanismos moleculares envolvidos no antagonismo de fitopatógenos da cana-de-açúcar por COVs bacterianos e reforça que esses compostos podem ser uma alternativa sustentável para uso no biocontrole em cana-de-açúcar e outras culturas Ver menos

Abstract: One of the crucial aspects of modern agriculture is to reduce the use of chemical fertilizers and pesticides, which, in addition to their high cost, have a negative impact on human health and the environment, causing, for example, soil degradation and contamination of water resources. Therefore, investments in agricultural biotechnology are needed, where plant growth promoting bacteria (PGPBs) will certainly play an important role in the agricultural revolution in the coming decades, due to population growth and the need for more sustainable agriculture. Many of the PGPB-plant interactions are based on the direct or very close relationship of the microorganism with the plant, but recently, distance interactions through volatile organic compounds (VOCs) have emerged as a new mechanism by which microorganisms can promote plant growth and inhibit phytopathogens. Due to their gaseous nature, there is an efficient distribution of volatiles through the porosity of the soil, allowing them to reach long distances. This improves the effectiveness of antagonistic action on target microorganisms, making VOCs excellent candidates for biocontrol. Thus, this study aimed to evaluate the effect of bacterial VOCs on antagonism to the phytopathogenic fungus Thielaviopsis ethacetica, the causal agent of pineapple sett rot disease in sugarcane. In this study, we identified 3 Pseudomonas that were able to inhibit, in vitro, up to 80% of mycelial growth of the phytopathogenic fungus T. ethacetica. Using a metabolomics approach by GC/MS, we found that these bacteria produced 62 different VOCs, and further functional validation revealed compounds that inhibited growth and even led to death of the T. ethacetica. Transcriptomic analysis by RNA-seq of the fungal response to VOCs indicated that these metabolites downregulated genes related to fungal central metabolism, such as those involved in carbohydrate metabolism. Interestingly, genes related to the DNA damage response were upregulated, and micro-FTIR analysis corroborated our hypothesis that VOCs triggered DNA damage. Electron microscopy analysis showed critical morphological changes in mycelia treated with VOCs. Altogether, these results indicated that VOCs hampered fungal growth and could lead to cell death. This study represents the first demonstration of the molecular mechanisms involved in the antagonism of sugarcane phytopathogens by VOCs and reinforces that VOCs can be a sustainable alternative for use in crop pathogen biocontrol Ver menos