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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.11.2009.tde-12022009-085637
Document
Author
Full name
Mauricio Batista Fialho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2008
Supervisor
Committee
Pascholati, Sergio Florentino (President)
Carrer, Helaine
Goes, Antonio de
Guzzo, Sylvia Dias
Silva, Eliane Aparecida Benato Rodrigues da
Title in Portuguese
Mecanismos de ação de compostos orgânicos voláteis antimicrobianos produzidos por Saccharomyces cerevisiae sobre o desenvolvimento de Guignardia citricarpa, agente causal da pinta preta dos citros
Keywords in Portuguese
Compostos orgânicos
Controle biológico (Fitossanidade)
Frutas cítricas
Fungos fitopatogênicos
Levedura - Antagonistas e inibidores
Pinta preta
Saccharomyces
Abstract in Portuguese
A pinta preta dos citros tem como agente causal o fungo G. citricarpa. A doença causa depreciação estética dos frutos e praticamente inviabiliza a exportação de laranja in natura principalmente para a União Européia, por ser considerada uma doença quarentenária. Frutos colhidos contendo infecções quiescentes, embora sem sintomas, podem desenvolvê-los durante o processo de exportação. A utilização de fungicidas é o principal método de controle utilizado em pré e pós-colheita. No entanto, o custo do controle químico é significativamente alto e já foi relatado o surgimento de isolados resistentes. A levedura S. cerevisiae é capaz de inibir o desenvolvimento in vitro de G. citricarpa e o antagonismo se deve a produção de compostos orgânicos voláteis de ação fungistática. Em virtude da procura por novos métodos de controle menos danosos à saúde humana e meio ambiente, dos prejuízos causados pela doença e do potencial dos compostos voláteis no controle da doença na pós-colheita, o trabalho visou identificar os compostos voláteis produzidos pela levedura e elucidar os mecanismos envolvidos na inibição do fitopatógeno. Esse conhecimento é fundamental para o desenvolvimento de técnicas inovativas de controle. A produção de compostos voláteis antimicrobianos por S. cerevisiae foi dependente do substrato utilizado para o seu cultivo, sendo a glicose, sacarose e maltose fontes de carbono favoráveis. Foi verificado através da análise em SPME-GC-MS que a levedura produziu em meio BDA, principalmente compostos pertencentes ao grupo dos álcoois, constituindo 95% da composição total, além de ésteres em menor proporção. A mistura artificial de voláteis mimetizou os efeitos dos voláteis produzidos pela levedura, sendo os valores de MIC50 e MIC100 de 0,48 µL mL-1 e 2,84 µL mL-1, respectivamente. A exposição do fitopatógeno aos compostos voláteis reduziu a síntese de proteínas e inibiu a atividade de enzimas associadas à morfogênese (quitinase, b-1,3-glucanase, lacase e tirosinase). Os compostos voláteis desencadearam o processo de estresse oxidativo no fungo, fato observado através da elevação da atividade de enzimas (superóxido dismutase e catalase) associadas a mecanismos de detoxificação de espécies ativas de oxigênio. A análise das proteínas diferencialmente expressas de G. citricarpa, através de eletroforese bidimensional, indicou que os compostos voláteis alteraram a expressão de 40 proteínas, sendo 29 inibidas e 11 superexpressas. A mistura artificial de voláteis também foi ativa contra fungos de diversos grupos taxonômicos, no entanto, não apresentou atividade sobre as bactérias testadas. Os compostos 3-metil-1-butanol e 2- metil-1-butanol foram os mais ativos quando utilizados isoladamente contra Colletotrichum gloesporioides, Penicillium digitatum, Sclerotinia sclerotiorum e Fusarium oxysporum. Sementes de feijão fumigadas com a mistura artificial de voláteis exibiram redução na incidência de S. sclerotiorum. A mistura também exibiu efeito nematicida sobre Meloidogyne javanica. Portanto, os resultados demonstram que os voláteis identificados em S. cerevisiae afetam a síntese de proteínas e a atividade de enzimas associadas ao crescimento vegetativo de G. citricarpa. Finalmente, fumigação utilizando compostos voláteis apresenta potencial no controle de G. citricarpa em pós-colheita, bem como de outros organismos de importância agronômica. O trabalho também contribuiu com novos elementos sobre o papel dos voláteis na interação entre microrganismos na natureza.
Title in English
Action mechanisms of antimicrobial volatile organic compounds produced by Saccharomyces cerevisiae on the development of Guignardia citricarpa, causal agent of the citrus black spot
Keywords in English
Biological control (Phytosanity)
Citric fruits
Organic compounds
Phytopathogenic fungi
Saccharomyces.
Yeast antagonists and inhibitors Black spot
Abstract in English
The citrus black spot has as causal agent the fungus G. citricarpa. The disease causes aesthetic depreciation of fruits and practically makes them unviable for exportation mainly to European Union where the disease is considered a quarantine pest. Harvested fruits can have quiescent infections although without symptoms and can develop them during the exportation process. The use of fungicides is the main chemical control method used in pre and post-harvest, however the cost is significantly high and it was already described the development of fungicide resistant strains. The yeast S. cerevisiae is able to inhibit the in vitro G. citricarpa growth, and the antagonism is due to production of volatile organic compounds (VOCs) of fungistatic effect. Because of the search for new control methods less harmful for human health and environment, the losses caused by the disease and the potential of the VOCs in the control of the pathogen in the post-harvest, the aim of this work was to identify the VOCs produced by the yeast and to elucidate the mechanisms involved in the inhibition of the fungus. This knowledge is essential for the development of innovative control techniques. The results showed that the production of antimicrobial VOCs by S. cerevisiae was dependent on the substrate used, being glucose, sucrose and maltose favorable carbon sources. It was verified through analysis in SPME-GC-MS that the yeast, grown on PDA medium, produced mainly compounds belonging to the group of alcohols (95% of the total composition), besides esters in smaller proportion. An artificial volatile mixture reproduced the effects of the VOCs produced by the yeast, being the values of MIC50 and MIC100 of 0.48 µL mL-1 and 2.84 µL mL-1, respectively. The phytopathogen exposition to the VOCs reduced protein synthesis and inhibited the activity of morphogenesis associated enzymes like chitinase, b-1,3-glucanase, laccase and tyrosinase. The VOCs initiated the oxidative stress process, which was observed through the increase in the activity of superoxide dismutase and catalase, enzymes associated to the detoxification of active oxygen species. The analysis of the differentially expressed proteins of G. citricarpa, through two-dimensional gel electrophoresis, indicated that the VOCs modified the expression of 40 proteins, being 29 down regulated and 11 up regulated. The artificial mixture of VOCs was also active against fungi of several taxonomic groups, however, there were no activity against bacteria. The compounds 3-methyl-1-butanol and 2-methyl-1-butanol were the most active when tested alone against Colletotrichum gloesporioides, Penicillium digitatum, Sclerotinia sclerotiorum and Fusarium oxysporum. Bean seeds fumigated with the artificial mixture of VOCs showed reduction in S. sclerotiorum incidence. In addition, the VOCs exhibited nematicidal effect against Meloidogyne javanica. The results demonstrate that the VOCs produced by S. cerevisiae affect protein synthesis and the activity of enzymes associated to the vegetative growth in G. citricarpa. Thus, the fumigation using VOCs presents potential in the control of citrus black spot disease in post-harvest as well as of other organisms of agronomic importance. The present workalso contributed with new information regarding the role of the VOCs in the interactions among microorganisms in nature.
 
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Mauricio_Fialho.pdf (10.94 Mbytes)
Publishing Date
2009-02-27
 
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