Home About Browse Search
Svenska


Biological control of plant-parasitic nematodes by the fungus Clonostachys rosea

Iqbal, Mudassir (2019). Biological control of plant-parasitic nematodes by the fungus Clonostachys rosea. Diss. (sammanfattning/summary) Uppsala : Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae, 1652-6880 ; 2019:72
ISBN 978-91-7760-462-4
eISBN 978-91-7760-463-1
[Doctoral thesis]

[img] PDF - Published Version
1MB

Abstract

Plant diseases caused by plant-parasitic nematodes are serious constraints to sustainable crop production due to high yield losses, the persistent nature of these nematodes and a lack of efficient control methods. Biological control is a promising approach to reduce plant diseases caused by nematodes.

This study investigated the effect of the fungus Clonostachys rosea strain IK726 on nematode populations in a naturally nematode-infested soil planted with wheat in a climate chamber under controlled conditions. Populations of plant-parasitic nematodes extracted from soil and roots were 40 to 73% lower in soils when C. rosea was applied than in untreated soils, whereas non-parasitic nematodes were unaffected. Soil inoculation with C. rosea increased the shoot weight and shoot length of wheat plants by 20 and 24%, respectively. Light microscopy of in vitro C. rosea–nematode interactions did not reveal evidence of direct parasitism; however, culture filtrates of C. rosea grown in potato dextrose broth (PDB) exhibited toxicity towards nematodes and immobilized nematodes. A genome-wide analysis of protease genes showed that C. rosea contains more protease genes than other studied biocontrol fungi. A computational analysis of gene family evolution revealed a high gene copy number of serine protease subfamilies S8A, S9X and S33 in C. rosea, suggesting the involvement of these proteases in biotic interactions. A genome-wide association analysis of 53 strains of C. rosea further identified 279 single-nucleotide polymorphism markers that were significantly associated with the in vitro antagonism trait against plant-parasitic nematodes. Two non-ribosomal peptide synthetase (NRPS) genes (nps4 and nps5) were identified in genomic regions associated with nematicidal activity whereas nps1 was included based on previous published reports of functional studies. Gene deletion strains of nps1, nps4 and nps5 were generated and showed increased growth and conidiation rates. Culture filtrates from C. rosea Δnps1, Δnps4 and Δnps5 strains exhibited reduced nematicidal activity and immobilized lower numbers of nematodes compared with the wild type after 24 h of incubation. However, NRPS deletion strains still possessed some nematicidal activity compared with the PDB control treatment, which may be due to the presence of additional nematicidal compounds or enzymes (e.g., serine proteases). Furthermore, Δnps1, Δnps4 and Δnps5 strains showed reduced biocontrol efficacy in a naturally nematode-infested soil in a pot experiment and failed to reduce populations of nematodes in soil or in roots of wheat as efficiently as the wild type strain.

This study demonstrates that C. rosea can control plant-parasitic nematodes and improve the growth of plants at the same time. The antagonistic potential of C. rosea could be used to control plant-parasitic nematodes, which may contribute to reduced applications of chemicals as part of an integrated pest management programme.

Authors/Creators:Iqbal, Mudassir
Title:Biological control of plant-parasitic nematodes by the fungus Clonostachys rosea
Alternative abstract:
LanguageAbstract
Swedish

Sjukdomar på växter som orsakas av växtparasitiska nematoder är ett allvarligt hot mot en hållbar växtproduktion genom höga skördeförluster och brist på effektiva växtskyddsmetoder. Biologisk bekämpning är en lovande metod för att minska skördeförluster orsakade av växtparasitiska nematoder. I den här studien undersöktes hur svampen Clonostachys rosea isolat IK726 påverkar nematod-populationer i en naturligt infekterad jord i ett försök med vete i klimatkammare med kontrollerad miljö. Populationerna av växtparasitiska nematoder i jorden minskade med 40 till 73% när C. rosea applicerades jämfört med jord utan C. rosea. Icke-växtparasitiska nematoder påverkades inte. Applicering av C. rosea i jorden ökade vikten och längden på veteplantorna med 20 respektive 24%. Undersökningar av interaktionen mellan C. rosea och nematoder med mikroskop resulterade inte i några bevis för direkt parasitism. Filtrat av potatis dextros vätskekulturer från C. rosea uppvisade dock toxicitet mot nematoder. En jämförande analys av proteas-gener i svampars arvsmassa visade att C. rosea innehåller fler proteas-gener än andra svampar som används för biologisk bekämpning. En evolutionär analys av genfamiljer av proteaser visade att underfamiljerna S8A, S9X och S33 innehåller höga antal gener i C. rosea, vilket indikerar att dessa proteaser har en viktig funktion i biotiska interaktioner. En storskalig associationsanalys av 53 isolat av C. rosea identifierade vidare 279 mutationer som segregerade med in vitro antagonism mot växtparasitiska nematoder. Två gener (nps4 och nps5) för icke-ribosomala peptidsyntaser (NRPS) identifierades i de genomiska regioner som segregerade med antagonism, och ytterligare en NRPS gen (nps1) valdes ut för fortsatta funktionella studier baserat på befintlig litteratur. Mutanter av C. rosea där nps1, nps4 respektive nps5 inaktiverats med genetisk transformering uppvisade högre tillväxt och högre konidiering, jämfört med vildtypen. Filtrat från vätskekulturer av C. rosea mutanterna hade minskad toxicitet mot nematoder jämfört med vildtypen efter 24 timmars inkubation. Kulturfiltraten uppvisade dock fortfarande en viss toxicitet mot nematoder jämfört med kontrollbehandlingen, vilket indikerade att andra toxiska ämnen eller enzymer (t.ex. proteaser) fortfarande producerades av mutanterna. Inaktiveringen av nps1, nps4 och nps5 resulterade också i minskad förmåga till biologisk bekämpning av rotsjukdom hos vete orsakad av växtparasitiska nematoder hos mutanterna, jämfört med vildtypen.

Den här studien visar att C. rosea kan bekämpa sjukdomar orsakade av växtparasitiska nematoder och förbättra tillväxten hos växter. Dessa egenskaper kan potentiellt användas inom integrerat växtskydd och därmed bidra till minskad användning av kemiska växtskyddsmedel.

Series/Journal:Acta Universitatis Agriculturae Sueciae (1652-6880)
Year of publishing :2019
Number:2019:72
Number of Pages:71
Papers/manuscripts:
NumberReferences
IIqbal, M*., Dubey, M., McEwan, K., Menzel, U., Franko, M. A., Viketoft, M., Jensen, D. F. and Karlsson, M. (2018). Evaluation of Clonostachys rosea for control of plant-parasitic nematodes in soil and in roots of carrot and wheat. Phytopathology, 108(1), pp. 52-59.
IIIqbal, M*., Dubey, M., Gudmundsson, M., Viketoft, M., Jensen, D. F. and Karlsson, M. (2018). Comparative evolutionary histories of fungal proteases reveal gene gains in the mycoparasitic and nematode-parasitic fungus Clonostachys rosea. BMC Evolutionary Biology, 18, 171.
IIIIqbal, M*., Dubey, M., Broberg, A., Viketoft. M., Jensen, D. F. and Karlsson, M. (2019). Deletion of the non-ribosomal peptide synthetase gene nps1 in the fungus Clonostachys rosea attenuates antagonism and biocontrol of plant pathogenic Fusarium and nematodes. Phytopathology, 109(10), pp. 1698-1709.
IVIqbal, M*., Broberg, M., Haarith, D., Broberg, A., Bushley, K., Durling, M. B., Viketoft, M., Jensen, D. F., Dubey, M. and Karlsson, M. A genome-wide association study for in vitro antagonism of Pratylenchus penetrans nematodes identifies non-ribosomal peptide synthetases as biocontrol factors in the fungus Clonostachys rosea (submitted).
Place of Publication:Uppsala
Publisher:Department of Forest Mycology and Plant Pathology, Swedish University of Agricultural Sciences
ISBN for printed version:978-91-7760-462-4
ISBN for electronic version:978-91-7760-463-1
ISSN:1652-6880
Language:English
Publication Type:Doctoral thesis
Article category:Scientific peer reviewed
Full Text Status:Public
Agris subject categories.:H Protection of plants and stored products > H10 Pests of plants
Subjects:(A) Swedish standard research categories 2011 > 4 Agricultural Sciences > 401 Agricultural, Forestry and Fisheries > Agricultural Science
Keywords:antagonism, antibiosis, biocontrol, fungi, nematodes, NRPS, proteases
URN:NBN:urn:nbn:se:slu:epsilon-p-102565
Permanent URL:
http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:slu:epsilon-p-102565
ID Code:16430
Faculty:NJ - Fakulteten för naturresurser och jordbruksvetenskap
Department:(NL, NJ) > Dept. of Forest Mycology and Plant Pathology
(S) > Dept. of Forest Mycology and Plant Pathology
Deposited By: SLUpub Connector
Deposited On:14 Nov 2019 12:13
Metadata Last Modified:28 Aug 2020 19:53

Repository Staff Only: item control page

Downloads

Downloads per year (since September 2012)

View more statistics

Downloads
Hits