Characterization of antifungal activity of a plant extract of medicago genus

Abstract

Medicago L., has been one of the most widely studied legumes for its agricultural importance. These plants contain typical secondary metabolites, such as saponins, which possess several biological properties, namely antifungal activity. Phytopathogenic fungi are pathogens that induce a substantial damage in several economically important crops. Thus, the protection of harvests is essential. The use of chemical fungicides has been banned due to the problems associated with them. Consequently, the search for alternative solutions is increasing, in particularly in the search of natural biological compounds. Therefore, this work arises with the main goal of evaluated the antifungal activity of a crude Medicago extract (ME) in several phytopathogenic fungi. The mycelial growth of Botrytis cinerea, Colletotrichum species (C. acutatum, C. gloeosporioides, C. godetiae and C. nymphaea), Diplodia corticola and Phythophthora cinnamomi, exposed to ME were measured. The extract exhibited an evident fungitoxic effect against all fungi, showing that the most sensitive was D. corticola, with an inhibition rate of 70%. In order to evaluate the phytotoxicity of ME in germination of plants, it was used, under in vitro conditions, seedlings of flax (Linum usitatissimum L.) plants. ME induced a significant inhibition in the growth of its primary organs. The ME phytotoxic effect in the leaves of strawberry plants, was also evaluated. The results suggested that ME did not cause damage to adult plants. The organism model Saccharomyces cerevisiae was also used to understand the toxicity mechanism that ME caused in fungi cells. Through several assays involving the two processes of cell death (apoptosis and necrosis), such as viability tests, assessment of chromatin condensation and nuclear fragmentation, plasma membrane integrity and translocation nucleus-cytosol of Nhp6Ap protein, we concluded that ME may be inducing necrotic death in yeast cells. Overall, based on results obtained in this work, it was possible to infer that ME has potential as a significant source of natural and biodegradable fungicides for control of pathogen diseases in crop production systems, mainly for application in organic agriculture.

Medicago L., tem sido uma das leguminosas mais estudadas devido à sua importância agrícola. Estas plantas contêm metabolitos secundários específicos, como saponinas, que possuem várias propriedades biológicas, nomeadamente atividade antifúngica. Os fungos fitopatogénicos são agentes patógenos que induzem consideráveis danos em várias culturas economicamente importantes. Assim, a proteção das colheitas é essencial. O uso de fungicidas químicos tem sido banido devido aos problemas associados. Consequentemente, a busca de soluções alternativas está aumentando, particularmente na procura de compostos biológicos naturais. Portanto, este trabalho surge com o objetivo principal de avaliar a atividade antifúngica de um extrato de Medicago (ME) em vários fungos fitopatogénicos. Foi medido o crescimento micelial de Botrytis cinerea, espécies de Colletotrichum (C. acutatum, C. gloeosporioides, C. godetiae e C. nymphaea), Diplodia corticola e Phythophthora cinnamomi, expostos a ME. O extrato apresentou um evidente efeito fungitóxico contra todos os fungos, mostrando que o mais sensível foi D. corticola, com uma taxa de inibição de 70%. Para avaliar a fitotoxicidade de ME na germinação de plantas, em condições in vitro, foram utilizadas plântulas de linho (Linum usitatissimum L.). ME induziu uma inibição significativa no crescimento dos seus órgãos primários. Foi avaliado o efeito fitotóxico de ME nas folhas de plantas de morango. Os resultados sugeriram que ME não causou danos às plantas adultas. O organismo modelo Saccharomyces cerevisiae também foi usado para entender o mecanismo de toxicidade que ME causa em células de fungos. Através de vários ensaios que envolvem os dois processos de morte celular (apoptose e necrose), tais como testes de viabilidade, avaliação da condensação da cromatina e fragmentação nuclear, integridade da membrana plasmática e translocação núcleo-citosol da proteína Nhp6Ap, conclui-se que ME poderá induzir morte necrótica em células de levedura. Em geral, com base nos resultados obtidos neste trabalho, foi possível inferir que ME apresenta potencial como fonte de fungicidas naturais e biodegradáveis para o controlo de doenças patogénicas que afetam sistemas de produção de culturas, principalmente para aplicação em agricultura orgânica.