Efficient Biocontrol of Gaeumannomyces graminis var. Tritici in Wheat: Using Bacteria Isolated from Suppressive Soils

“Take-all” disease is the most important biotic factor affecting cereal productivity, causing 30–50% of crop losses. The causal agent is the ascomycete soil-borne pathogen Gaeumannomyces graminis var. tritici (Ggt). Current control measures are ineffective, because Ggt can remain saprophytic in soils for long periods. Therefore, the study of the microbiome residing in suppressive soils (SS) is a promising niche of Ggt biocontrol. Here, we evaluated the efficiency of Serratia sp., Bacillus sp., and Acinetobacter sp. isolated from SS against the incidence of Ggt on wheat. Our results demonstrated that plants inoculated with the bacterial consortium in both greenhouse and field conditions were highly efficient in Ggt biocontrol, more so than individual strains. The disease reduction was evidenced by higher biomass production, fewer copies of the Ggt genome with a concomitant curtailment of blackening of roots, a decrease of lipid peroxidation, and an increase of superoxide dismutase activity. The ability of the microbial consortium over that of single strains could be attributable to interspecies communication as a strategy to biocontrol; i.e., higher chitinase activity. In conclusion, bacterial consortia from SS are an important niche of Ggt biocontrol, serving as a model for other soil-borne pathogens.

Biological Control of Take-All and Growth Promotion in Wheat by Pseudomonaschlororaphis YB-10

Wheat is a worldwide staple food crop, and take-all caused by Gaeumannomyces graminis var. tritici can lead to a tremendous decrease in wheat yield and quality. In this study, strain YB-10 was isolated from wheat rhizospheric soil and identified as Pseudomonas chlororaphis by morphology and 16S rRNA gene sequencing. Pseudomonas chlororaphis YB-10 had extracellular protease and cellulase activities and strongly inhibited the mycelium growth of Gaeumannomyces graminis var. tritici in dual cultures. Up to 87% efficacy of Pseudomonas chlororaphis YB-10 in controlling the take-all of seedlings was observed in pot experiments when wheat seed was coated with the bacterium. Pseudomonas chlororaphis YB-10 was also positive for indole acetic acid (IAA) and siderophore production, and coating wheat seed with the bacterium significantly promoted the growth of seedlings at 107 and 108 CFU/mL. Furthermore, treatment with Pseudomonas chlororaphis YB-10 increased activities of the wheat defense-related enzymes POD, SOD, CAT, PAL and PPO in seedlings, indicating induced resistance against pathogens. Overall, Pseudomonas chlororaphis YB-10 is a promising new seed-coating agent to both promote wheat growth and suppress take-all.

ДОСЛІДЖЕННЯ ОРГАНІЧНИХ КИСЛОТ У ТРАВІ ТА ПІДЗЕМНИХ ОРГАНАХ SAPONARIA OFFICINALIS L.

Вступ. Мильнянка лікарська (Saponaria officinalis L.) – багаторічна трав’яниста рослина, представник родини гвоздикові (Caryophyllaceae). Вона поширена по всій території Європи, у Північній Африці та на заході до Середньої Азії, але на даний час також культивується в багатьох країнах світу. В Saponaria officinalis L. спостерігають високий рівень сапонінів, також рослина містить флавоноїди, квайлову кислоту, жирні кислоти та різні фенольні сполуки. У джерелах літератури є інформація про протигрибкову активність сапонінової фракції мильнянки лікарської проти Gaeumannomyces graminis var. tritici й Fusarium culmorum та її антимікробні властивості. Відомостей про хімічний склад первинних метаболітів, а саме органічних кислот, у траві та підземних органах Saponaria officinalis L. у доступній літературі не знайдено, хоча ці речовини є одними з важливих класів природних сполук і мають широкий спектр біологічної та фармакологічної дій. Мета дослідження – виявити і визначити методом високоефективної рідинної хроматографії (ВЕРХ) кількісний вміст окремих компонентів органічних кислот у траві та кореневищах мильнянки лікарської. Методи дослідження. Кількісний вміст органічних кислот визначали методом ВЕРХ на рідинному хроматографі Agilent 1200 (Agilent Technologies, США). Результати й обговорення. Методом ВЕРХ у траві мильнянки лікарської ідентифіковано та визначено кількісний вміст винної, піровиноградної, ізолимонної, бурштинової і фумарової кислот, у підземних органах – піровиноградної, ізолимонної, лимонної, бурштинової та фумарової. Серед органічних кислот у траві рослини домінували ізолимонна та піровиноградна кислоти, вміст яких становив 120,83 і 25,14 мг/г відповідно. У підземних органах Saponaria officinalis L. в найбільшій кількості було визначено бурштинову кислоту (0,79 мг/г). Висновки. Уперше методом ВЕРХ досліджено якісний склад та кількісний вміст органічних кислот у мильнянці лікарській. Встановлено, що трава і підземні органи досліджуваної рослини містять винну, піровиноградну, ізолимонну, лимонну, фумарову та бурштинову кислоти. Серед органічних кислот у траві мильнянки лікарської домінувала ізолимонна кислота, вміст якої становив 120,83 мг/г. У кореневищах досліджуваного об’єкта переважала бурштинова кислота (0,79 мг/г). Отримані результати свідчать про перспективність подальших поглиблених фітохімічних досліджень біологічно активних речовин мильнянки лікарської (Saponaria officinalis L.).