Endo- and epiphytic bacteria from olive tree phyllosphere with biocontrol abilities against olive knot

Abstract

A tuberculose da oliveira, causada pela bactéria Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi (Pss), é uma importante doença do olival ainda sem tratamento conhecido. Esta doença afeta a parte aérea das oliveiras e caracteriza-se por um crescimento anormal dos tecidos, principalmente no tronco e ramos. Neste trabalho foi caracterizada a comunidade bacteriana que habita a filosfera da oliveira, de modo a elucidar o seu possível papel na defesa da planta contra a tuberculose da oliveira. Uma abordagem dependente de cultivo foi usada para descrever as populações da superfície (epífitos) e do interior (endófitos) de folhas, caules e nódulos de duas cultivares com diferentes suscetibilidades a esta doença. Para alguns dos isolados obtidos foi testada a sua capacidade antagonista contra Pss em ensaios in vitro, tendo os mecanismos associados a este antagonismo sido também avaliados. A eficácia do isolado mais promissor, Bacillus amyloliquefaciens P41, na redução do desenvolvimento da doença e na melhoria do fitness da planta foi avaliada através de ensaios in planta. No geral, a comunidade bacteriana da filosfera da oliveira inclui membros pertencentes principalmente a Proteobacteria, em particular a Gammaproteobacteria. A composição bacteriana foi principalmente afetada pela cultivar do hospedeiro e em menor grau pelo órgão, que teve um maior impacto nos epífitos. Adicionalmente, cada cultivar/órgão foi aparentemente seletiva através de OTUs bacterianos específicos. A tuberculose da oliveira revelou ter também um impacto na estrutura da comunidade bacteriana, mas com diferentes efeitos, dependentes da cultivar e do habitat na planta hospedeira. Na verdade, o seu efeito foi mais notório na cultivar mais suscetível à doença e nos endófitos. Um total de 27 isolados inibiram significativamente o crescimento de Pss, tendo os isolados com uma maior capacidade antagonista sido isolados da cultivar suscetível. Esta capacidade antagonista deveu-se provavelmente à produção de compostos voláteis, enzimas líticas e sideróforos. B. amyloliquefaciens P41 reduziu a severidade da doença em até 43.7% e a população de Pss em até 26.8%, e simultaneamente melhorou o fitness da planta hospedeira, podendo ser possivelmente considerado um candidato promissor no controlo da tuberculose da oliveira. Estudos adicionais são necessários para identificar o papel funcional destas bactérias e dos mecanismos envolvidos na proteção da planta hospedeira contra a tuberculose da oliveira.

Olive knot (OK), caused by Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi (Pss), is an important olive orchard disease with still no treatment known. This disease affects the aerial part of the olive trees and is characterized by overgrowth formations (knots) mainly on trunk and branches. In this work was characterized the bacterial community inhabiting the olive tree phyllosphere, in order to elucidate its possible role on plant defense against OK disease. A culture-dependent approach was used to describe the bacterial populations in (epiphytes) and on (endophytes) leaves, twigs and knots of two cultivars with different susceptibility to OK disease. Some of the isolates obtained were screened for their antagonistic effect against Pss in in vitro assays, and their mechanisms were also evaluated. The efficacy of the most promising isolate, Bacillus amyloliquefaciens P41, in reducing OK development and improving plant fitness was evaluated through in planta assays. Overall, the bacterial community of olive tree phyllosphere comprised members belonging mainly to Proteobacteria, in particular Gammaproteobacteria. Bacterial composition was primarily impact by host cultivar, and, to a lesser extent, by plant organ which had a more control over epiphytes. In addition, each cultivar/organ apparently was selective towards specific bacterial OTUs. OK disease showed also to have an impact on the structure of bacterial communities, but with variable effects depending on the host cultivar and plant habitat. Indeed, its effect was most notorious in OK-susceptible cultivar and within endophytes. A total of 27 isolates inhibited significantly Pss growth, being the ones with the greatest antagonistic activity from the tissues surface of OK-susceptible cultivar. Such ability was potentially due to the production of volatile compounds, lytic enzymes and siderophores. B. amyloliquefacients P41 reduced OK disease’s severity up to 43.7% and Pss population size up to 26.8% and simultaneously increased plant fitness, suggesting to be a promising candidate for controlling OK disease. More research are still required to identify the functional role of these bacteria and the mechanisms involved in conferring host plant protection to OK disease.