Analysis of antifungal plant extracts against phytopathogenic fungi

Abstract

A segurança alimentar é uma questão que preocupa cientistas e governos em todo o mundo nas últimas décadas. O crescimento da população humana forçou-nos a intensificar a capacidade agrícola para atender à crescente demanda global por alimentos de forma sustentável. As doenças fúngicas são uma grande ameaça à produção agrícola, por isso a aplicação de fungicidas é frequentemente considerada essencial para garantir o abastecimento alimentar global. No entanto, o seu uso excessivo também pode causar doenças no homem a longo prazo, bem como impactos negativos no meio ambiente, principalmente no que diz respeito à contaminação do solo e da água, podendo gerar resistência a patógenos. Os extratos de plantas podem ser uma alternativa natural virtuosa aos fungicidas sintéticos, pois são ricos em compostos com propriedades antimicrobianas. Além disso, são inofensivos para a saúde humana e, como se degradam na natureza mais rapidamente do que os fungicidas sintéticos, são considerados amigos do ambiente e têm pouca probabilidade de matar organismos benéficos para a planta. Neste trabalho, avaliamos os extratos aquoso e etanólico de quatro espécies vegetais, Laurus nobilis, Taraxacum officinale, Trifolium pratense e Rosmarinus officinalis, contra Saccharomyces cerevisiae, um modelo eucariótico unicelular bem estabelecido. Apenas o extrato etanólico de R. officinalisfoi capaz de afetar a viabilidade das células de S. cerevisiae, portanto, foi testado em seis espécies de fungos filamentosos, Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides, Colletotrichum acutatum, Colletotrichum godetiae, Colletotrichum nymphaeae, Diplodia corticola e uma estirpe de oomicete, Phytophthora cinnamomi. O extrato foi capaz de inibir, in vitro, a proliferação de todos os fungos, aproximadamente, em 50%, sendo C. gloeosporioides o mais sensível e P. cinnamomi, um oomicete, o mais resistente, sendo inibido em apenas em 20%. Foram realizados testes ex vivo em folhas de morangueiro e estacas de sobreiro e, verificamos que o extrato de alecrim foi eficaz tanto em manter as folhas de morango saudáveis, após inoculação com esporos de C. acutatum, como na diminuição de sintomas de infeção por D. corticola em estacas de sobreiro. De forma geral, com os resultados obtidos, é possível supor que o extrato etanólico de R. officinalis seja uma fonte de compostos com propriedades antifúngicas capazes de controlar pelo menos algumas doenças patogénicas importantes na produção agrícola, sendo, portanto, um recurso natural promissor para aplicações agrícolas.

Food security is an issue that has concerned scientists and governments around the world for the past few decades. Human population growth has forced us to intensify the agricultural ability to meet the crescent global demand for food in a sustainable way. Fungal diseases are a major threat to crop production so, the application of fungicides is often considered essential to secure global food supply. However, its excessive use can also cause illnesses in humans in the long term as well as negative impacts on the environment, especially with regard to soil and water contamination, and may give rise to pathogen resistance. Plant extracts can be a virtuous natural alternative to synthetic fungicides as they are rich in compounds with antimicrobial properties. Also, these are harmless to human health and, as they degrade faster in nature than synthetic fungicides, they are considered to be environmentally friendly and unlikely to kill beneficial organisms to the plant. In this work, we evaluate the aqueous and ethanolic extracts of four plant species, Laurus nobilis, Taraxacum officinale, Trifolium pratense e Rosmarinus officinalis, against Saccharomyces cerevisiae, a well-established unicellular eukaryotic model. Only ethanol extract from R. officinalis was able to affect viability of S. cerevisiae cells, therefore it was tested on six species of filamentous fungi, Botrytis cinerea, Colletotrichum gloeosporioides, Colletotrichum acutatum, Colletotrichum godetiae, Colletotrichum nymphaeae, Diplodia corticola and one strain of oomycete, Phytophthora cinnamomi. The extract was able to inhibit, in vitro, the proliferation of all fungi, approximately, by 50%, being C. gloeosporioides the most sensitive and P. cinnamomi, an oomycete, the most resistant, being inhibited in only 20%. Ex vivo tests were carried out on strawberry leaves and cork oak cuttings and, we verify that rosemary extract was effective both in maintaining healthy strawberry leaves, after inoculation with Colletotrichum acutatum spores, as well as in decreasing the symptoms of infection caused by Diplodia corticola in cork oak cuttings. Overall, with the results obtained, it is possible to assume that ethanol extract of R. officinalis is a source of compounds with antifungal properties able to control at least some important pathogen diseases in crop production, therefore a promising natural resource for agriculture applications.