Efeito do pré-plantio com plantas medicinais e aromáticas no controle de Plasmodiophora brassicae

A "hérnia das crucíferas" é a principal doença na produção de brássicas na Região Metropolitana de Curitiba-PR. Fatores ambientais favoráveis, ausência de cultivares resistentes e de controle químico eficiente, aliados ao plantio sucessivo de espécies da mesma família, têm colaborado para sua disseminação. Com o objetivo de controlar a doença com menor impacto ambiental, o presente estudo verificou o efeito do pré-plantio de plantas medicinais e aromáticas na redução de inóculo de Plasmodiophora brassicae. Dois experimentos foram conduzidos em casa de vegetação no Setor de Ciências Agrárias da Universidade Federal do Paraná, nos períodos de junho a novembro de 2003 e julho a dezembro de 2004. O delineamento foi inteiramente casualizado com nove tratamentos e seis repetições. As plantas utilizadas nos tratamentos foram: menta (Mentha piperita L.); alfavaca (Ocimum basilicum L.); bardana (Arctium minus Hill); calêndula (Calendula officinalis L.); cebolinha (Allium fistulosum L.); salsa (Petroselinum hortense Hoffm) e sálvia (Salvia officinalis L.), e como testemunhas foram utilizados solos sem patógeno e solo infestado, ambos em pousio. Utilizaram-se vasos contendo 3 Kg de solo esterilizado via vapor e como inóculo de P. brassicae foram utilizados 2,5 g de galhas por vaso. A rúcula (Eruca sativa Mill) foi o hospedeiro suscetível utilizado. Após 45 dias do plantio da rúcula foram determinadas a massa aérea fresca, incidência de galhas galhas e o índice de severidade. A maior massa aérea fresca e as menores severidades foram obtidas no experimento de 2003, nos tratamentos com o pré-plantio das medicinais bardana, salsa, menta, alfavaca e cebolinha.

Preservação do inóculo de Plasmodiophora brassicae utilizando o método de congelamento

A preservação das estruturas de resistência de Plasmodiophora brassicae, em condições laboratoriais, é dificultada pelo fato de se tratar de um parasita obrigatório. O método de congelamento, utilizando freezer, comum foi testado com o objetivo de viabilizar a sobrevivência e a preservação de suas características infectivas. Raízes de diferentes brássicas, naturalmente infectadas por P. brassicae, contendo sintomas típicos de hérnia, de uma mesma propriedade localizada no município de Pardinho, Estado de São Paulo, foram coletadas em diferentes épocas e imediatamente congeladas, em freezer, a aproximadamente -20ºC. Os tratamentos foram divididos da seguinte maneira: T1: hérnias congeladas por 389 dias (rúcula); T2: hérnias congeladas por 242 dias (brócolis); T3: hérnias congeladas por 21 dias (couve chinesa) e T4: testemunha (sem inóculo). Os testes de patogenicidade, após diferentes períodos de armazenamento, foram realizados em condições de casa de vegetação (25±2ºC). Cada planta de uma variedade suscetível de couve-chinesa (Pak choi) foi inoculada com 2mL da suspensão de esporos de cada tratamento, na concentração de 10(7) esporos.mL-1. Cada tratamento contou com seis repetições distribuídas em blocos ao acaso. Passadas cinco semanas após a inoculação, as raízes das plantas foram lavadas e avaliadas. Houve diferença significativa entre os tratamentos. Os materiais congelados, entre 21 a 242 dias preservaram suas características infectivas, mostrando que o método de congelamento em freezer, nesse período, pode ser uma boa opção para a preservação das estruturas de resistência deste patógeno.

Efeito do pH do solo em diferentes níveis de concentração de inóculo no controle de Plasmodiophora brassicae

A hérnia das crucíferas causada por Plasmodiophora brassicae é uma das mais importantes doenças no cultivo de espécies de Brassicas no Brasil. Nos Municípios da Região Metropolitana de Curitiba, PR a maioria dos solos está contaminada pelo patógeno Plasmodiophora brassicae agente causal da hérnia das crucíferas, inviabilizando o cultivo de espécies de Brassicas em diversas propriedades. A calagem utilizada para elevar o pH do solo é uma das medidas de controle mais indicadas. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do pH do solo em diferentes concentrações de inóculo, no controle de P. brassicae. Foram utilizados quatro níveis de pH do solo: 4,3; 5,5; 6,2 e 7,3 e três concentrações de inóculo:1.2 x 10(7) ; 2.5 x 10(7); e 5 x 10(7) esporos.mL-1 e testemunha não inoculada. A suspensão de esporos foi obtida a partir de raízes de couve-chinesa com sintomas de hérnias e adicionado no colo das plantas, por ocasião do transplante das mudas de couve-chinesa (Brassica rapa var. pekinensis), para os vasos. Aos 45 dias após a inoculação, foram realizadas as avaliações. O efeito do pH sobre a severidade da doença foi mais expressivo em concentrações médias de inóculo (1.2 x 10(7) a 2.5 x 10(7) esporos.mL-1). Em concentrações elevadas de inóculo, a severidade da doença foi reduzida em pH do solo de 6.2 e 7.3. O melhor desenvolvimento das plantas, quantificado pelo acúmulo de massa seca foliar foi obtido nos tratamentos onde o solo apresentou pH 6,2 e 7,3 e com a menor concentração de inóculo.

Efeito da temperatura sobre a severidade de Plasmodiophora brassicae

A temperatura é um dos parâmetros importantes para que ocorra a infecção, processo primordial para que haja doença, visando-se verificar a influência deste parâmetro sobre a severidade de Plasmodiophora brassicae em plantas de couve chinesa Pak choi, montou-se testes de infecção em temperaturas variando de 5 em 5ºC, indo de 10 a 40ºC, e observou-se uma redução da severidade da doença nas mudas de 28 dias de idade, nas temperaturas acima de 30ºC, verificando-se que nas temperaturas de 20 a 25ºC a ocorrência da condição ótima para o desenvolvimento da doença.

Comportamento de híbridos de couve chinesa à isolados de Plasmodiophora brassicae

Analisou-se o comportamento de cinco híbridos comerciais de couve chinesa perante a agressividade de 24 isolados de Plasmodiophora brassicae provenientes de diferentes regiões do estado de São Paulo. O ensaio foi conduzido em casa de vegetação e delineado em blocos ao acaso. Verificou-se que os cinco híbridos foram suscetíveis a todos os isolados de P.brassicae, sendo o hibrido 3 com comportamento mais resistente e o hibrido 2 com o comportamento mais suscetível. Dentre os isolados, verificou-se que os isolados de Piedade-SP foram os mais agressivos e os isolados Ribeirão Preto-SP foram os menos agressivos perante os cinco híbridos.

The occurrence and economic impact of plasmodiophora brassicae and clubroot disease

The significance of Plasmodiophora brassicae Woronin and clubroot disease which it incites in members of the family Brassicaceae is reviewed as the focus for this special edition of the Journal of Plant Growth Regulation. This is a monographic treatment of recent research into the pathogen and disease; previous similar treatments are now well over half a century old. Vernacular nomenclature of the disease indicates that it had a well-established importance in agriculture and horticulture from at least the Middle Ages onward in Europe and probably earlier. Subsequently, the pathogen probably spread worldwide as a result of transfer on and in fodder taken by colonists as livestock feed. It is a moot point, however, whether there was much earlier spread by P. brassicae into China and subsequently Japan as Brassica rapa (Chinese cabbage and many variants) colonized those lands in archaeological time. Symptoms, worldwide distribution, and economic impact are briefly described here to provide a basis for understanding subsequent papers. Clubroot disease devastates both infected field and protected vegetable and agricultural Brassica crops. Particular importance is placed on recent reports of crop losses in tropical countries, albeit where the crops are grown in cooler altitudes, and in the Canadian prairie land canola crops. The latter is of enormous importance because this crop is the single most important and essential source of vegetable oils used in human foodstuffs and in industrial lubricants where mineral oils are inappropriate.

Plasmodiophora brassicae in its Environment

Plasmodiophora brassicae Wor. is viewed in this article from the standpoint of a highly evolved and successful organism, well fitted for the ecological niche that it occupies. Physical, chemical, and biological components of the soil environment are discussed in relation to their effects on the survival, growth, and reproduction of this microbe. It is evident that P. brassicae is well equipped by virtue of its robust resting spores for survival through many seasonal cycles. Germination is probably triggered as a result of signals initiated by root exudates. The resultant motile zoospore moves rapidly to the root hair surface and penetration and colonization follow. The short period between germination and penetration is one of greatest vulnerability for P. brassicae. In this phase survival is affected at the very least by soil texture and structure; its moisture; pH; calcium, boron, and nitrogen content; and the presence of active microbial antagonists. These factors influence the inoculum potential (sensu Garrett, 1956) and its viability and invasive capacity. There is evidence that these effects may also influence differentially the survival of some physiologic races of P. brassicae. Considering the interaction of P. brassicae with the soil environment from the perspective of its biological fitness is an unusual approach; most authors consider only the opportunities to destroy this organism. The approach adopted here is borne of several decades spent studying P. brassicae and the respect that has been engendered for it as a biological entity. This review stops at the point of penetration, although some of the implications of the environment for successful colonization are included because they form a continuum. Interactions with the molecular and biochemical cellular environment are considered in other sections in this special edition.

Detection and molecular characterisation of Pyrenopeziza brassicae isolates resistant to methyl benzimidazole carbamates

BACKGROUND Methyl benzimidazole carbamate (MBC) fungicides are used to control the oilseed rape pathogen Pyrenopeziza brassicae. Resistance to MBCs has been reported in P. brassicae, but the molecular mechanism(s) associated with reductions in sensitivity have not been verified in this species. Elucidation of the genetic changes responsible for resistance, hypothesised to be target-site mutations in β-tubulin, will enable resistance diagnostics and thereby inform resistance management strategies. RESULTS P. brassicae isolates were classified as sensitive, moderately resistant or resistant to MBCs. Crossing P. brassicae isolates of different MBC sensitivities indicated that resistance was conferred by a single gene. The MBC-target encoding gene β-tubulin was cloned and sequenced. Reduced MBC sensitivity of field isolates correlated with β-tubulin amino acid substitutions L240F and E198A. The highest level of MBC resistance was measured for isolates carrying E198A. Negative cross-resistance between MBCs and the fungicides diethofencarb and zoxamide was only measured in E198A isolates. PCR-RFLP was used to screen isolates for the presence of L240F and E198A. The substitutions E198G and F200Y were also detected in DNA samples from P. brassicae populations after cloning and sequencing of PCR products. The frequencies of L240F and E198A in different P. brassicae populations were quantified by pyrosequencing. There were no differences in the frequencies of these alleles between P. brassicae populations sampled from different locations or after fungicide treatment regimes. CONCLUSIONS The molecular mechanisms affecting sensitivity to MBCs in P. brassicae have been identified. Pyrosequencing assays are a powerful tool for quantifying fungicide-resistant alleles in pathogen populations.

Alterations in predicted regulatory and coding regions of the sterol 14α-demethylase gene (CYP51) confer decreased azole sensitivity in the oilseed rape pathogen Pyrenopeziza brassicae

The incidence and severity of light leaf spot epidemics caused by the ascomycete fungus Pyrenopeziza brassicae on UK oilseed rape crops is increasing. The disease is currently controlled by a combination of host resistance, cultural practices and fungicide applications. We report decreases in sensitivities of modern UK P. brassicae isolates to the azole (imidazole and triazole) class of fungicides. By cloning and sequencing the P. brassicae CYP51 (PbCYP51) gene, encoding the azole target sterol 14α-demethylase, we identified two non-synonymous mutations encoding substitutions G460S and S508T associated with reduced azole sensitivity. We confirmed the impact of the encoded PbCYP51 changes on azole sensitivity and protein activity by heterologous expression in a Saccharomyces cerevisiae mutant YUG37::erg11 carrying a controllable promoter of native CYP51 expression. In addition, we identified insertions in the predicted regulatory regions of PbCYP51 in isolates with reduced azole sensitivity. The presence of these insertions was associated with enhanced transcription of PbCYP51 in response to sub-inhibitory concentrations of the azole fungicide tebuconazole. Genetic analysis of in vitro crosses of sensitive and resistant isolates confirmed the impact of PbCYP51 alterations in coding and regulatory sequences on a reduced sensitivity phenotype, as well as identifying a second major gene at another locus contributing to resistance in some isolates. The least sensitive field isolates carry combinations of upstream insertions and non-synonymous mutations, suggesting PbCYP51 evolution is on-going and the progressive decline in azole sensitivity of UK P. brassicae populations will continue. The implications for the future control of light leaf spot are discussed.

Premature germination of resting spores as a means of Protecting brassica crops from Plasmodiophora brassicae Wor., (clubroot)

Premature germination of resting spores as a means of protecting brassica crops from Plasmodiphora brassicae Wor., (Clubroot). Crop Protection. Clubroot disease causes substantial yield and quality losses in broadacre oil seed and intensive vegetable brassica crops worldwide. The causal microbe Plasmodiophora brassicae Wor., perennates as soil-borne dormant resting spores. Their germination is triggered by exudates from host roots. A valuable addition to sustainable integrated control strategies could be developed by identifying and synthesising the molecules responsible for stimulating resting spore germination. This paper reports experiments in which stimulatory exudates were collected from brassica roots following exposure to infective stages of P. brassicae. Analyses identified a germination signalling molecule of circa 1 kDa formed of glucose sub-units. Mass spectral analyses showed this to be a complex hexasaccharide carbohydrate with structural similarities to the components of plant cell walls. This is the first report of a host generated hexasaccharide which is capable of stimulating the germination of resting spores of P. brassicae. The implications for environmentally benign control of clubroot are discussed briefly.

Clubroot (Plasmodiophora brassicae Woronin): an agricultural and biological challenge worldwide

Clubroot disease and the causal microbe Plasmodiophora brassicae offer abundant challenges to agriculturists and biological scientists. This microbe is well fitted for the environments which it inhabits. Plasmodiophora brassicae exists in soil as microscopic well protected resting spores and then grows actively and reproduces while shielded inside the roots of host plants. The pathogen is active outside the host for only short periods. Consequently, scientific studies are made challenging by the biological context of the host and pathogen and the technology required to investigate and understand that relationship. Controlling clubroot disease is a challenge for farmers, crop consultants and plant pathology practitioners because of the limited options which are available. Full symptom expression happens solely in members of the Brassicaceae family. Currently, only a few genes expressing strong resistance to P. brassicae are known and readily available. Agrochemical control is similarly limited by difficulties in molecule formulation which combines efficacy with environmental acceptability. Manipulation of husbandry encouraging improvements in soil structure, texture, nutrient composition and moisture content can reduce populations of P. brassicae. Integrating such strategies with rotation and crop management will reduce but not eliminate this disease. There are indications that forms of biological competition may be mobilised as additions to integrated control strategies. The aim of this review is to chart key themes in the development of scientific biological understanding of this host-pathogen relationship by offering signposts to grapple with clubroot disease which devastates crops and their profitability. Particular attention is given to the link between soil and nutrient chemistry and activity of this microbe.

Comportamento de híbridos de couve chinesa à isolados de Plasmodiophora brassicae

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Preservação do inóculo de Plasmodiophora brassicae utilizando o método de congelamento

A preservação das estruturas de resistência de Plasmodiophora brassicae, em condições laboratoriais, é dificultada pelo fato de se tratar de um parasita obrigatório. O método de congelamento, utilizando freezer, comum foi testado com o objetivo de viabilizar a sobrevivência e a preservação de suas características infectivas. Raízes de diferentes brássicas, naturalmente infectadas por P. brassicae, contendo sintomas típicos de hérnia, de uma mesma propriedade localizada no município de Pardinho, Estado de São Paulo, foram coletadas em diferentes épocas e imediatamente congeladas, em freezer, a aproximadamente -20ºC. Os tratamentos foram divididos da seguinte maneira: T1: hérnias congeladas por 389 dias (rúcula); T2: hérnias congeladas por 242 dias (brócolis); T3: hérnias congeladas por 21 dias (couve chinesa) e T4: testemunha (sem inóculo). Os testes de patogenicidade, após diferentes períodos de armazenamento, foram realizados em condições de casa de vegetação (25±2ºC). Cada planta de uma variedade suscetível de couve-chinesa (Pak choi) foi inoculada com 2mL da suspensão de esporos de cada tratamento, na concentração de 10(7) esporos.mL-1. Cada tratamento contou com seis repetições distribuídas em blocos ao acaso. Passadas cinco semanas após a inoculação, as raízes das plantas foram lavadas e avaliadas. Houve diferença significativa entre os tratamentos. Os materiais congelados, entre 21 a 242 dias preservaram suas características infectivas, mostrando que o método de congelamento em freezer, nesse período, pode ser uma boa opção para a preservação das estruturas de resistência deste patógeno.