Antibacterial activity of essential oils on Xanthomonas vesicatoria and control of bacterial spot in tomato

The objective of this work was to evaluate the effects of plant essential oils (EOs) on the growth of Xanthomonas vesicatoria, on bacterial morphology and ultrastructure, and on the severity of tomato bacterial spot. EOs from citronella, clove, cinnamon, lemongrass, eucalyptus, thyme, and tea tree were evaluated in vitro at concentrations of 0.1, 1.0, 10, and 100% in 1.0% powdered milk. The effect of EOs, at 0.1%, on the severity of tomato bacterial spot was evaluated in tomato seedlings under greenhouse conditions. The effects of citronella, lemongrass, clove, and tea tree EOs, at 0.1%, on X. vesicatoria cells were evaluated by transmission electron microscopy. All EOs showed direct toxic effect on the bacteria at a 10%-concentration in vitro. Under greenhouse conditions, the EOs of clove, citronella, tea tree, and lemongrass reduced disease severity. EOs of clove and tea tree, and streptomycin sulfate promoted loss of electron-dense material and alterations in the cytoplasm, whereas EO of tea tree promoted cytoplasm vacuolation, and those of citronella, lemongrass, clove, and tea tree caused damage to the bacterial cell wall. The EOs at a concentration of 0.1% reduce the severity of the disease.

Acibenzolar-S-Metil e Ecolife® na indução de respostas de defesa do tomateiro contra a mancha bacteriana (Xanthomonas vesicatoria)

Foi investigada a eficácia comparativa da pulverização foliar em tomateiro de acibenzolar-S-metil (ASM) e Ecolife® na proteção contra Xanthomonas vesicatoria, bem como avaliada a ativação de algumas respostas bioquímicas de defesa de planta. Plantas de tomateiro cv. Santa Cruz Kada foram pulverizadas com acibenzolar S-metil (0,2 g l-1 ASM) e uma formulação natural proveniente de biomassa cítrica denominada Ecolife® (5 ml l-1). Quatro dias após as pulverizações, as plantas foram inoculadas com um isolado patogênico de Xanthomonas vesicatoria. Em experimentos de quantificação de doença, a pulverização foliar de Ecolife® e ASM conferiu 39,2% e 47,7% de proteção, respectivamente. A resistência induzida em plantas pulverizadas com ASM e Ecolife® foi evidenciada pelo aumento da atividade de peroxidases (POX) e oxidases de polifenóis (PPO), iniciado logo às primeiras horas após as pulverizações, continuando até 12 dias de avaliação. A despeito da tendência de queda nas atividades de amônia-liases de fenilalanina (PAL) a partir de 3 dias após as pulverizações, plantas tratadas com ASM e Ecolife® tiveram discreto aumento no acúmulo de lignina, principalmente aquelas pulverizadas com Ecolife® e inoculadas com X. vesicatoria. Teores de fenóis solúveis totais decresceram significativamente, 9 e 12 dias após pulverizações. O aumento nas atividades de POX e PPO poderia resultar em lignificação, a qual estaria associada a uma estratégia de defesa do tomateiro contra a mancha bacteriana.

Inoculação e sobrevivência de Xanthomonas vesicatoria em sementes de tomateiro

Para avaliar o efeito de métodos de inocuação de Xanthomonas vesicatoria (Doidge) (9) em sementes de tomate sobre a qualidade da semente e transmissão da fitobactéria compararam-se os tratamentos: 1) inoculação a vácuo com suspensão de células de X. vesicatoria em STP (0,005M, pH 7,4 e NaCl 0,85%); 2) imersão por 24 horas em suspensão de células de X. vesicatoria em STP; 3) vácuo em solução STP; 4) imersão por 24 horas em STP; 5) imersão por 5 min. em álcool etílico e 6) semente original. As avaliações foram realizadas por testes de germinação e isolamentos em meio Nutriente Agar Modificado (NAM) aos 1, 15, 30 e 45 dias após aplicação dos tratamentos. Em seguida, avaliou-se o efeito da umidade (4% e 8%) e o armazenamento das sementes inoculadas e variações de umidade antes da realização dos testes sobre a sobrevivência e recuperação de X. vesicatoria. Os métodos de inoculação testados podem ser utilizados em trabalhos de rotina, porém, as sementes devem ser utilizadas até 30 dias após a inoculação a partir de quando ocorre uma redução acentuada na taxa de recuperação da fitobactéria. A umidade das sementes interfere na sobrevivência e na transmissão de X. vesicatoria pelas sementes de tomate.

Bacterial spot and early blight biocontrol by epiphytic bacteria in tomato plants

The objective of this work was to evaluate in vitro and in vivo biocontrol of bacterial spot (Xanthomonas vesicatoria) and early blight (Alternaria solani) by the epiphytic bacteria Paenibacillus macerans and Bacillus pumilus. Tomato plants were previously sprayed with epiphytic bacteria, benzalkonium chloride and PBS buffer and, after four days, they were inoculated with A. solani and X. vesicatoria. To determine the phytopathogenic bacteria population, leaflet samples were collected from each treatment every 24 hours, for seven days, and plated on semi-selective medium. The effect of epiphytic bacteria over phytopathogens was performed by the antibiosis test and antagonistic activity measured by inhibition zone diameter. The epiphytic and benzalkonium chloride drastically reduced the severity of early blight and bacterial spot in comparison to the control (PBS). In detached leaflets, the epiphytic bacteria reduced in 70% the number of phytopathogenic bacteria cells in the phylloplane. The antibiosis test showed that the epiphytic bacteria efficiently inhibit the phytopathogens growth. In all the bioassays, the epiphytic bacteria protect tomato plants against the phytopathogens

Métodos de isolamento de bactérias do filoplano de tomateiro visando populações específicas e implicações como agentes de biocontrole

Em um processo de seleção de bactérias do filoplano de tomateiro (Lycopersicon esculentum) com potencial para o controle de doenças da parte aérea da cultura, diferentes métodos de isolamento foram utilizados visando obter isolados da população total, da população da superfície foliar e isolados que habitam locais protegidos do filoplano e/ou que toleram fatores de estresse. Foi testada a capacidade de 300 isolados em controlar in vivo, as doenças causadas por Alternaria solani, Pseudomonas syringae pv. tomato e Phytophthora infestans. Os testes foram repetidos para cada um dos antagonistas selecionados, estudando-se, também, a capacidade de controlar a mancha-bacteriana, causada por Xanthomonas vesicatoria. Os resultados demonstraram haver predomínio de antagonistas provenientes de folíolos do terço superior da planta de população total ou da superfície. Entretanto, o único antagonista selecionado, isolado de folíolos do terço inferior, foi obtido de locais protegidos do filoplano e/ou capaz de tolerar fatores de estresse.

Pèptids biarílics a partir de 4-iodofenilalanina o 3-iodotirosina per borilació i reacció de Suzuki-Miyaura en fase sòlida. Avaluació de l'activitat antimicrobiana

En aquesta tesi doctoral es va estudiar la preparació de pèptids biarílics en fase sòlida. En primer lloc, es varen borilar residus de fenilalanina o tirosina presents a la seqüència peptídica a través d’una reacció de Miyaura. A continuació, es varen arilar els boronats resultants a través d’una reacció de Suzuki-Miyaura sota irradiació de microones, utilitzant diversos halurs d’aril i haloaminoàcids. La metodologia trobada es va estendre a la preparació de pèptids biarílics cíclics. Aquesta aproximació presenta l’avantatge d’evitar la síntesi en dissolució i la purificació del boronoaminoàcid. A més, permet la preparació d’una àmplia diversitat de pèptids biarílics a partir d’un únic boronopèptid. L’avaluació de l’activitat biològica dels pèptids sintetitzats va permetre idenficar seqüències actives enfront dels bacteris Erwinia amylovora, Xanthomonas vesicatoria, i Pseudomonas syringae, que són responsables de malalties greus en plantes d’interès econòmic com pereres i pomeres, i que varen resultar ser molt poc tòxics enfront cèl•lules eucariotes.

Essential oils and hydrolates as potential tools for integrated prevention of bacterial diseases in plants

The present work aims to investigate the potential use of natural substances against bacterial plant pathogens. Microdilution tests were therefore carried out in vitro to identify the minimum inhibitory and bactericidal concentrations (MIC and MBC) of several EOs and Hys against selected bacterial pathogens. Commercial products based on a mixture of EOs were in addition assayed with macrodilution experiments against Erwinia amylovora (Ea-causal agent of fire blight). Subsequently, using selected EOs, Hys, and commercial products, ex vivo tests on disease incidence and Ea population dynamics were carried out; the latter experiment was followed by SEM observations. In addition, in vivo resistance induction test was carried out against bacterial leaf of tomato, caused by Xanthomonas vesicatoria (Xv). EOs and Hys showed high bactericidal activity in vitro (MBC <0.1 and <10% for the most active EOs and Hys: Origanum compactum and Thymus vulgaris EOs and Citrus aurantium var. amara Hy, respectively), but they were not effective ex vivo, while resulted very active when used in vivo as resistance inducers in the tomato-Xv pathosystem (relative protection >40%). Differently, commercial products resulted active in all tests, but not as resistance inducers against Xv. An open field trial with commercial products was carried out on strawberry plants naturally infected with Xanthomonas fragariae; the results showed discrete relative protection, concerning that provided by the conventional products based on copper; mostly, the disease severity reduction on those plants treated with EOs commercial products was significant when disease severity resulted high. The papers already published described in the present work investigate (1)the activity of Hys in comparison to EOs with respect to their active volatile content; (2) the potential use of EOs and Hys in cultural heritage; for the restoration of paintings; (3) the induction of resistance caused by plasma-activated water-based root treatments.

Seleção de genótipos de pimentão resistentes à Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Doidge) Dye. sob condições naturais de infecção

Devido à ocorrência de epidemias severas de pústula bacteriana ou mancha bacteriana no pimentão, causada pela bactéria Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Doidge) Dye., o cultivo do pimentão na várzea do Rio Solimões, próximo à Manaus, encontra-se em decadência. O INPA, desde 1976, desenvolve um Programa de Melhoramento Genético do Pimentão visando incorporar resistência ao patógeno. Neste trabalho são relatados os resultados obtidos em três ensaios, nas áreas de terra firme e várzea do Estado do Amazonas, envolvendo progênies F13 e F14 do cruzamento interespecífico entre Capsicum annuum e C. chinense, denominado HP-12, em cujas progênies vêm sendo realizadas seleções genealógicas visando obter variedades resistentes ao patógeno X. campestris pv. vesicatoria e alta capacidade produtiva, sob condição de cultivo em ambientes quentes e úmidos. Quando a população de hospedeiros foi constituída por indivíduos resistentes e suscetíveis, a curva de progresso da doença adaptou-se melhor ao modelo monomolecular, onde níveis mais elevados de resistência, conferidos por um genótipo, foram devidos à sua capacidade de restringir a velocidade do progresso da doença. Nos três ensaios, as progênies selecionadas pelo Programa apresentaram maior resistência e capacidade produtiva, quando comparadas à testemunha suscetível (Cascadura Ikeda), em condições de ocorrência da doença e verificou-se que a capacidade de produção de frutos está relacionada aos níveis de resistência do hospedeiro ao patógeno. Por outro lado, levando-se em conta os caracteres de resistência e capacidade produtiva das progênies inferiu-se que a espécie C. chinense é um recurso genético importante como fonte de resistência a X. campestris pv. vesicatoria nos programas de melhoramento do pimentão.

Termoterapia via calor seco no tratamento de sementes de tomate: eficiência na erradicação de Xanthomonas campestris pv. vesicatoria e efeitos sobre a semente

Sementes infetadas constituem fonte primária de inóculo para epidemias da mancha bacteriana do tomate (Lycopersicon esculentum)que sob condições favoráveis podem resultar em rápido desenvolvimento da doença e severas perdas. O presente trabalho objetivou avaliar a eficiência do tratamento térmico a 70 ºC por 96 h na erradicação de Xanthomonas campestris pv. vesicatoria de sementes de tomate e seu efeito sobre a qualidade fisiológica e estrutura das sementes, por meio de microscopia eletrônica de varredura (MEV). Realizaram-se dois ensaios, e utilizando-se sementes inoculadas pelo método a vácuo com o isolado ENA 4463 a 10(7) ufc/ml em NaCl (0,85%). No primeiro ensaio compararam-se quatro tratamentos: sementes inoculadas (1), sementes inoculadas e tratadas a 70 ºC/96 h em estufa com circulação forçada de ar (2), sementes não inoculadas e não tratadas (3) e sementes não inoculadas e tratadas (70 ºC/96 h) (4). No segundo ensaio, apenas os tratamentos (1), (2) e (3) foram comparados. As amostras foram avaliadas quanto à qualidade fisiológica e recuperação da fitobactéria por meio de extração a vácuo seguido de riscagem em meios semi-seletivos, além de observações em MEV. Constatou-se eficiência de 100% e 99,96% na erradicação da bactéria no primeiro e segundo ensaio, respectivamente. Não houve nenhum efeito do tratamento térmico sobre a germinação. Observações ao MEV, revelaram alterações na estrutura superficial das sementes, com remoção, quebra e fusão de tricomas, além de danos à integridade das células bacterianas associadas à superfície do tegumento.

Componentes da resistência à mancha-bacteriana e crescimento de Xanthomonas campestris pv. vesicatoria, raça T2, em genótipos de tomateiro

Componentes da resistência e crescimento da população bacteriana de Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv), raça T2, foram quantificados em genótipos de tomateiro (Lycopersicon esculentum) resistentes ('Ohio 8245', 'Agrocica 30' e 'Hawaii 7998') e suscetíveis ('CNPH 401-08'e 'CNPH 416.81.01.02'). A população bacteriana de Xcv evoluiu diferentemente em genótipos resistentes e suscetíveis, atingindo valor até 100 vezes maior no genótipo suscetível 'CNPH 401-08', sete dias após a inoculação. Os componentes de resistência avaliados foram tamanho de lesão, número de lesões, área lesionada e período latente. Os genótipos resistentes e suscetíveis diferiram estatisticamente entre si para todos os componentes avaliados, exceto para o diâmetro da lesão, onde somente o genótipo 'CNPH 416.81.01.02' diferiu dos genótipos resistentes. O período latente foi significativamente diferente em genótipos resistentes e suscetíveis no campo, casa de vegetação e câmara de crescimento, e variou entre seis e 11 dias. Tamanho de lesão não foi um bom indicador para separar genótipos quanto à resistência, por ser um caráter bastante influenciado pelo ambiente. O número de lesões e o período latente apresentaram-se como caracteres fáceis e rápidos de serem avaliados; estes componentes explicam, em grande parte, a resistência observada nos genótipos avaliados pelo sistema de notas.

Copper accumulation in Xanthomonas campestris pv. vesicatoria

A strain of Xanthomonas campestris pv. vesicatoria showing resistance to 1.2 mM cupric sulfate was analyzed by atomic absorption spectroscopy and ESI (electron spectrophotometry imaging). Accumulation of copper was detected in the periphery of the cell membrane region, suggesting that the mechanism of copper resistance is similar to that previously described for Pseudomonas species. The ESI technique was used to detect copper in the membrane region. Copper-resistance in X. campestris pv. vesicatoria 484 is inducible and occurs by accumulation of the metal and not by efflux mechanism as has been suggested. The growth curve also showed that this system is inducible.

Métodos para detecção de Clavibacter michiganense subsp. michiganense e Xanthomonas campestris pv. vesicatoria em sementes de tomate.

Visando detectar Clavibacter michiganense subsp. michiganense (Cm) e Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (Xcv) em sementes de tomate, duas técnicas foram comparadas: meio semi-seletivo e planta indicadora. Os seguintes parâmetros foram avaliados: soluções extratoras de Cm e Xcv de sementes inteiras e moídas, especificidade e sensibilidade. Os resultados mostraram que os meios semi-seletivos MB1M (MB1 + telurito de potássio, ácido borico e benomil) e TAM (peptona, brometo de potássio, cloreto de cálcio, agar + Tween 80, cefalexina e clorotalonil), foram mais eficientes para detecção de Cm e Xcv, a partir de sementes moídas em tampão fosfato do que os meios disponíveis e, apresentaram maior especificidade e sensibilidade, detectando 10(2) - 10(3) ufc/ml de Cme Xcv em comparacao a 10(3) - 10(4) ufc/ml da inoculação em plântulas de tomateiro (cvs. Angela Gigante e Santa Cruz).

Structure-Function Analysis of the HrpB2-HrcU Interaction in the Xanthomonas citri Type III Secretion System

Bacterial type III secretion systems deliver protein virulence factors to host cells. Here we characterize the interaction between HrpB2, a small protein secreted by the Xanthomonas citri subsp. citri type III secretion system, and the cytosolic domain of the inner membrane protein HrcU, a paralog of the flagellar protein FlhB. We show that a recombinant fragment corresponding to the C-terminal cytosolic domain of HrcU produced in E. coli suffers cleavage within a conserved Asn264-Pro265-Thr266-His267 (NPTH) sequence. A recombinant HrcU cytosolic domain with N264A, P265A, T266A mutations at the cleavage site (HrcU(AAAH)) was not cleaved and interacted with HrpB2. Furthermore, a polypeptide corresponding to the sequence following the NPTH cleavage site also interacted with HrpB2 indicating that the site for interaction is located after the NPTH site. Non-polar deletion mutants of the hrcU and hrpB2 genes resulted in a total loss of pathogenicity in susceptible citrus plants and disease symptoms could be recovered by expression of HrpB2 and HrcU from extrachromossomal plasmids. Complementation of the Delta hrcU mutant with HrcU(AAAH) produced canker lesions similar to those observed when complemented with wild-type HrcU. HrpB2 secretion however, was significantly reduced in the Delta hrcU mutant complemented with HrcU(AAAH), suggesting that an intact and cleavable NPTH site in HrcU is necessary for total functionally of T3SS in X. citri subsp. citri. Complementation of the Delta hrpB2 X. citri subsp. citri strain with a series of hrpB2 gene mutants revealed that the highly conserved HrpB2 C-terminus is essential for T3SS-dependent development of citrus canker symptoms in planta.

New genes of Xanthomonas citri subsp citri involved in pathogenesis and adaptation revealed by a transposon-based mutant library

Background: Citrus canker is a disease caused by the phytopathogens Xanthomonas citri subsp. citri, Xanthomonas fuscans subsp. aurantifolli and Xanthomonas alfalfae subsp. citrumelonis. The first of the three species, which causes citrus bacterial canker type A, is the most widely spread and severe, attacking all citrus species. In Brazil, this species is the most important, being found in practically all areas where citrus canker has been detected. Like most phytobacterioses, there is no efficient way to control citrus canker. Considering the importance of the disease worldwide, investigation is needed to accurately detect which genes are related to the pathogen-host adaptation process and which are associated with pathogenesis. Results: Through transposon insertion mutagenesis, 10,000 mutants of Xanthomonas citri subsp. citri strain 306 (Xcc) were obtained, and 3,300 were inoculated in Rangpur lime (Citrus limonia) leaves. Their ability to cause citrus canker was analyzed every 3 days until 21 days after inoculation; a set of 44 mutants showed altered virulence, with 8 presenting a complete loss of causing citrus canker symptoms. Sequencing of the insertion site in all 44 mutants revealed that 35 different ORFs were hit, since some ORFs were hit in more than one mutant, with mutants for the same ORF presenting the same phenotype. An analysis of these ORFs showed that some encoded genes were previously known as related to pathogenicity in phytobacteria and, more interestingly, revealed new genes never implicated with Xanthomonas pathogenicity before, including hypothetical ORFs. Among the 8 mutants with no canker symptoms are the hrpB4 and hrpX genes, two genes that belong to type III secretion system (TTSS), two hypothetical ORFS and, surprisingly, the htrA gene, a gene reported as involved with the virulence process in animal-pathogenic bacteria but not described as involved in phytobacteria virulence. Nucleic acid hybridization using labeled cDNA probes showed that some of the mutated genes are differentially expressed when the bacterium is grown in citrus leaves. Finally, comparative genomic analysis revealed that 5 mutated ORFs are in new putative pathogenicity islands. Conclusion: The identification of these new genes related with Xcc infection and virulence is a great step towards the understanding of plant-pathogen interactions and could allow the development of strategies to control citrus canker.

Characterization of Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli isolates

A simple, quick and easy protocol was standardized for extraction of total DNA of the bacteria Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli. The DNA obtained by this method had high quality and the quantity was enough for the Random Amplified Polymorphic DNA (RAPD) reactions with random primers, and Polymerase Chain Reaction (PCR) with primers of the hypersensitivity and pathogenicity gene (hrp). The DNA obtained was free of contamination by proteins or carbohydrates. The ratio 260nm/380nm of the DNA extracted ranged from 1.7 to 1.8. The hrp gene cluster is required by bacterial plant pathogen to produce symptoms on susceptible hosts and hypersensitive reaction on resistant hosts. This gene has been found in different bacteria as well as in Xanthomonas campestris pv. vesicatoria (9). The primers RST21 and RST22 (9) were used to amplify the hrp gene of nine different isolates of Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli from Botucatu, São Paulo State, Brazil, and one isolate, "Davis". PCR amplified products were obtained in all isolates pathogenic to beans.