The diploma thesis is focussed on understanding relationships between soil chemical characteristics, actinobacterial communities of agricultural field soils and occurrence of potato common scab, a disease caused by members of the genus Streptomyces. The aim of monitoring study, on thirty-three sites covering main potato- growing regions in the Czech Republic, was to find relationships suitable for prediction of common scab severity. The second part of the thesis compared actinobacterial communities and incidence of Streptomyces harboring a pathogenic determinant, gene txtA (gene of biosynthetic pathway of phytotoxin thaxtomin A), in soils differing in occurrence of common scab. In the screening study, analysis of terminal restriction fragment length polymorphism (T-RFLP) was employed to compare composition of soil actinobacterial communities. Real-time PCR was used to quantify total actinobacteria and streptomycetes harboring txtA gene in soils differing in scab incidence. The screening study revealed negative correlations between the scab severity and (i) available phosphorus in soil and (ii) diversity of actinobaterial community. The results were used to design a model for scab prediction. A qPCR analysis showed difference in numbers of total actinobacteria and the strains harboring txtA gene in...

This diploma thesis focused on screening for bacterial pathogens and antagonists suppressing common scab mainly caused by Streptomyces scabiei. Common scab affects some agricultural crops causing significant economical losses. Bacterial strains, mostly streptomycetes, were isolated from potato rhizosphere because they belong to most important producents of secondary metabolites and the causative agents of the disease are also members of this genus. The isolated bacteria were characterised by PCR amplification and sequencing of 16S rRNA gene to reveal their phylogenetic relationships. The ability of isolated strains to suppress growth of Streptomyces scabiei was tested by a simple co-cultivation experiment. The strains were tested by PCR for presence of specific genes for biosynthesis of thaxtomin A, a common virulence factor found in all described pathogens causing symptoms of this disease on the surface of affected tubers. Genes for synthesis of thaxtomin belong to pathogenicity island. Standard of phytotoxin thaxtomin A was used to optimize its analysis by mass spectroscopy for further in vivo and in vitro experiments. Phylogenetic analysis of strains harboring one of the genes necessary for thaxtomin A biosynthesis supported the hypothesis of sharing the pathogenicity island by horizontal gene...

O gênero Streptomyces constitui-se em um grupo diferenciado de procariotos fitopatogênicos, por serem morfologicamente similares aos fungos e produzirem diversos importantes metabólitos secundários. A sarna comum da batata é principal doença causada pelo gênero. O principal agente causal da doença, Streptomyces scabies, produz fitotoxinas denominadas concanamicinas, porém, não foi comprovada a importância da produção das mesmas na agressividade dos isolados de S. scabies. Dessa forma, neste trabalho procurouse avaliar a reação dos cultivares mais plantados no Brasil a isolados de S. scabies exibindo diferentes níveis de produção de concanamicinas. O nível de produção de concanamicinas A e B de dez isolados de Streptomyces spp. foi avaliado por cromatografia líquida de alta pressão (HPLC) e dois isolados (produtor de alto nível da toxina; baixo produtor) foram selecionados e utilizados na avaliação da resistência de seis cultivares de batata em casa de vegetação. Vasos contendo o substrato esterilizado receberam a suspensão de esporos bacterianos junto com os tubérculos sadios no momento do plantio e após quatro meses, a severidade da doença foi avaliada. Os resultados demonstraram aumento na agressividade do isolado produtor de elevadas quantidades de concanamicinas apenas sobre os cultivares Mondial, Monalisa e Asterix. Por sua vez, os resultados da avaliação do nível de resistência ao patógeno demonstraram que os cultivares Monalisa, Ágata, Asterix e Cupido são suscetíveis e os cultivares Atlantic e Mondial mostraram-se resistentes aos dois isolados de Streptomyces spp. avaliados. Por outro lado, a fitotoxina taxtomina A é a toxina mais frequentemente produzida pelas espécies fitopatogênicas de Streptomyces spp. O estudo do mecanismo de ação desta fitotoxina poderá auxiliar no entendimento de sua contribuição no desenvolvimento da doença. A taxtomina A é uma fitotoxina não específica e causa efeitos semelhantes em plantas de diferentes famílias botânicas. Desta forma, modificações citológicas, ultraestruturais e bioquímicas induzidas pela taxtomina A foram analisadas em plântulas de sorgo. Os tecidos foram tratados com taxtomina A e avaliados após sete dias do tratamento. Observou-se desorganização em todas as células dos tecidos tratados com a taxtomina A. A membrana plasmática das células do mesofilo foliar foi retraída e destacada da parede celular em diversos pontos. Entretanto, o plasmalema não pareceu rompido. O efeito sobre a permeabilidade seletiva da membrana plasmática também foi avaliado bioquimicamente, onde foi observado aumentos na saída de eletrólitos. Os cloroplastos apresentaram deformações na superfície e perda de turgidez. Estas deformações provavelmente contribuíram para a redução do teor de clorofilas A e B. As plântulas também apresentaram elevado acúmulo de fitoalexinas do tipo deoxiantocianidinas. Desta forma, conclui-se que a taxtomina A age principalmente sobre a membrana plasmática e organelas membranosas. Em contrapartida, o acúmulo de fitoalexinas evidencia que concentrações mínimas desta toxina podem ser exploradas como eliciador da resposta de defesa em plantas. / The genus Streptomyces is a different prokaryote phytopathogen group, being morphologically similar to fungi and able to produce several important secondary metabolites. The potato common scabies is the main plant disease caused by the members of the genus. The main causal agent of the plant disease, Streptomyces scabies, is able to produce the phytoxins concanamycins. However, the importance of these toxins in the aggressiveness of S. scabies strains was not proven. This research aimed to evaluate the reaction of main potato cultivars used in Brazil to Streptomyces spp. strains, exhibiting different levels of concanamycins production. The toxin production by several strains was quantified by high performance liquid chromatography (HPLC) and two strains (higher and lower producers) were chosen and used for resistance evaluation of six potato cultivars under greenhouse. Pots containing sterile substratum received a suspension of bacterial spores and the healthy seed tubers at the same time. After four months, the level of disease was evaluated and the results showed increasing in aggressiveness for the higher concanamycins producer only in the Mondial, Monalisa and Asterix cultivars. For the two strains, the cultivars Atlantic and Mondial were resistant and the cultivars Monalisa, Cupido, Ágata and Asterix were susceptible. On the other hand, the thaxtomin A is the main phytotoxin of plant pathogenic Streptomyces spp. Therefore, the study of the thaxtomin A action mechanism is important to explain its contribution to disease development. The thaxtomin A is not a specific toxin and causes similar effect in several plants of different botanical families. Thus, the cytological, ultrastructural and biochemical modifications induced by thaxtomin A were evaluated in sorghum seedlings. Leaf tissues of seedlings were treated with high levels of thaxtomin A and evaluated 7 days after treatment. Cytological disorganization was observed in all treated cells. The plasmma membrane of the cells of immature leaves was detached from the wall in several places. However, plasmmalema did not seem degraded. The chloroplasts had showed significant deformations in the surface and volume reduction. Theses changes in chloroplasts probably contributed for the reduction of chlorophylls A and B levels. The sorghum seedlings also showed high phytoalexin accumulation (deoxiantocianydins) in response to thaxtomin A treatment. Thus, the thaxtomin A acts mainly on plasmma membrane and membranous organelles, causing plasmolises, cell disorganization, deformations in chloroplasts and chlorophyll reduction in sorghum seedlings. Finally, the accumulation of phytoalexins in response to thaxtomin A treatment points out it potential to induce resistance in plants.

O gênero Streptomyces constitui-se em um grupo diferenciado de procariotos fitopatogênicos, por serem morfologicamente similares aos fungos e produzirem diversos importantes metabólitos secundários. A sarna comum da batata é principal doença causada pelo gênero. O principal agente causal da doença, Streptomyces scabies, produz fitotoxinas denominadas concanamicinas, porém, não foi comprovada a importância da produção das mesmas na agressividade dos isolados de S. scabies. Dessa forma, neste trabalho procurouse avaliar a reação dos cultivares mais plantados no Brasil a isolados de S. scabies exibindo diferentes níveis de produção de concanamicinas. O nível de produção de concanamicinas A e B de dez isolados de Streptomyces spp. foi avaliado por cromatografia líquida de alta pressão (HPLC) e dois isolados (produtor de alto nível da toxina; baixo produtor) foram selecionados e utilizados na avaliação da resistência de seis cultivares de batata em casa de vegetação. Vasos contendo o substrato esterilizado receberam a suspensão de esporos bacterianos junto com os tubérculos sadios no momento do plantio e após quatro meses, a severidade da doença foi avaliada. Os resultados demonstraram aumento na agressividade do isolado produtor de elevadas quantidades de concanamicinas apenas sobre os cultivares Mondial, Monalisa e Asterix. Por sua vez, os resultados da avaliação do nível de resistência ao patógeno demonstraram que os cultivares Monalisa, Ágata, Asterix e Cupido são suscetíveis e os cultivares Atlantic e Mondial mostraram-se resistentes aos dois isolados de Streptomyces spp. avaliados. Por outro lado, a fitotoxina taxtomina A é a toxina mais frequentemente produzida pelas espécies fitopatogênicas de Streptomyces spp. O estudo do mecanismo de ação desta fitotoxina poderá auxiliar no entendimento de sua contribuição no desenvolvimento da doença. A taxtomina A é uma fitotoxina não específica e causa efeitos semelhantes em plantas de diferentes famílias botânicas. Desta forma, modificações citológicas, ultraestruturais e bioquímicas induzidas pela taxtomina A foram analisadas em plântulas de sorgo. Os tecidos foram tratados com taxtomina A e avaliados após sete dias do tratamento. Observou-se desorganização em todas as células dos tecidos tratados com a taxtomina A. A membrana plasmática das células do mesofilo foliar foi retraída e destacada da parede celular em diversos pontos. Entretanto, o plasmalema não pareceu rompido. O efeito sobre a permeabilidade seletiva da membrana plasmática também foi avaliado bioquimicamente, onde foi observado aumentos na saída de eletrólitos. Os cloroplastos apresentaram deformações na superfície e perda de turgidez. Estas deformações provavelmente contribuíram para a redução do teor de clorofilas A e B. As plântulas também apresentaram elevado acúmulo de fitoalexinas do tipo deoxiantocianidinas. Desta forma, conclui-se que a taxtomina A age principalmente sobre a membrana plasmática e organelas membranosas. Em contrapartida, o acúmulo de fitoalexinas evidencia que concentrações mínimas desta toxina podem ser exploradas como eliciador da resposta de defesa em plantas. / The genus Streptomyces is a different prokaryote phytopathogen group, being morphologically similar to fungi and able to produce several important secondary metabolites. The potato common scabies is the main plant disease caused by the members of the genus. The main causal agent of the plant disease, Streptomyces scabies, is able to produce the phytoxins concanamycins. However, the importance of these toxins in the aggressiveness of S. scabies strains was not proven. This research aimed to evaluate the reaction of main potato cultivars used in Brazil to Streptomyces spp. strains, exhibiting different levels of concanamycins production. The toxin production by several strains was quantified by high performance liquid chromatography (HPLC) and two strains (higher and lower producers) were chosen and used for resistance evaluation of six potato cultivars under greenhouse. Pots containing sterile substratum received a suspension of bacterial spores and the healthy seed tubers at the same time. After four months, the level of disease was evaluated and the results showed increasing in aggressiveness for the higher concanamycins producer only in the Mondial, Monalisa and Asterix cultivars. For the two strains, the cultivars Atlantic and Mondial were resistant and the cultivars Monalisa, Cupido, Ágata and Asterix were susceptible. On the other hand, the thaxtomin A is the main phytotoxin of plant pathogenic Streptomyces spp. Therefore, the study of the thaxtomin A action mechanism is important to explain its contribution to disease development. The thaxtomin A is not a specific toxin and causes similar effect in several plants of different botanical families. Thus, the cytological, ultrastructural and biochemical modifications induced by thaxtomin A were evaluated in sorghum seedlings. Leaf tissues of seedlings were treated with high levels of thaxtomin A and evaluated 7 days after treatment. Cytological disorganization was observed in all treated cells. The plasmma membrane of the cells of immature leaves was detached from the wall in several places. However, plasmmalema did not seem degraded. The chloroplasts had showed significant deformations in the surface and volume reduction. Theses changes in chloroplasts probably contributed for the reduction of chlorophylls A and B levels. The sorghum seedlings also showed high phytoalexin accumulation (deoxiantocianydins) in response to thaxtomin A treatment. Thus, the thaxtomin A acts mainly on plasmma membrane and membranous organelles, causing plasmolises, cell disorganization, deformations in chloroplasts and chlorophyll reduction in sorghum seedlings. Finally, the accumulation of phytoalexins in response to thaxtomin A treatment points out it potential to induce resistance in plants.

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Orientador: Suzete Aparecida Lanza Destéfano / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-17T18:58:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Correa_DanieleBussioliAlves_M.pdf: 2704976 bytes, checksum: 40df9160618a30b2959f8df5ff93e585 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A batata ocupa o quarto lugar em volume de produção mundial de alimentos após o arroz, trigo e milho. O Brasil é o maior produtor dentre os países da América Latina, porém ainda apresenta baixa produtividade devida às doenças que afetam a cultura. Dentre as doenças bacterianas, a sarna da batata é uma das mais importantes economicamente e sua ocorrência é generalizada no mundo. Diferentes espécies do gênero Streptomyces estão associadas à essa doença e os principais sintomas se caracterizam por lesões irregulares que podem tomar toda a superfície do tubérculo, acarretando diminuição do seu valor comercial ou, até mesmo, impedindo a sua comercialização. Atualmente, a incidência da sarna está aumentando consideravelmente, tornando-se um fator limitante do cultivo de batata no Brasil. O presente trabalho teve por objetivo a identificação de linhagens de Streptomyces sp. associadas à sarna da batata, provenientes de diferentes regiões produtoras do Brasil, por meio de taxonomia polifásica. Cento e noventa linhagens de Streptomyces foram analisadas, sendo 165 nacionais obtidas dos estados da Bahia, Goiás, Minas Gerais, Paraná, São Paulo, Rio Grande do Sul e Santa Catarina; 13 de material vegetal importado do Chile, França e Holanda; e 12 linhagens Tipo de Streptomyces representantes de espécies associadas à sarna. Na caracterização morfológica as linhagens apresentaram heterogeneidade com relação à micromorfologia de hifas e coloração dos esporos. A patogenicidade das linhagens foi avaliada pela presença dos genes nec1, tomA (tomatinase) e txtAB (taxtomina A) e os resultados indicaram que 94 linhagens (52,8%) apresentaram amplificação dos três genes de patogenicidade avaliados, 14 (7,9%) não apresentaram nenhum dos genes e 70 (39,3%) mostraram sinal positivo de amplificação para um ou mais genes. Para algumas linhagens a confirmação da patogenicidade foi efetuada por meio de testes em minitubérculos de batata. Nos testes moleculares, incluindo amplificação com primers específicos para S. scabiei e S. turgidiscabies, PCR-RFLP do gene atpD e análises das seqüências dos genes atpD, gyrB, recA, rpoB e trpB, foi possível a separação das linhagens analisadas em diferentes perfis genéticos. As análises das características morfológicas, patogênicas e moleculares permitiram a identificação de 57 linhagens pertencentes à S. scabiei, 28 à espécie S. ipomoeae, 13 à S. caviscabies/S. setonii, 12 à S. europaeiscabiei e duas à S. sampsonii. As 66 linhagens restantes apresentaram características distintas das espécies Tipo testadas, podendo representar possíveis novas espécies de Streptomyces associadas à sarna no Brasil / Abstract: Potato is the world's fourth most important food crop after rice, wheat and maize. Brazil is the biggest producer among the countries of Latin America, but it still has low productivity due to diseases that affect the crop. Among the bacterial diseases, the potato scab is one of the most economically important, and its occurrence is widespread in the world. Different species of the genus Streptomyces are associated with this disease and the main symptoms are characterized by irregular lesions that can affect all the tuber surface causing decrease of its commercial value or preventing its commercialization. Currently, the incidence of potato scab is increasing considerably, becoming a limiting factor in potato production in Brazil. This study aimed to identify Streptomyces strains associated with potato scab, from different potato growing areas in Brazil, through polyphasic taxonomy. One hundred and ninety strains of Streptomyces were analyzed, including 165 Brazilian strains obtained from potatoes coming from the states of Bahia, Goias, Minas Gerais, Parana, Sao Paulo, Rio Grande do Sul and Santa Catarina; 13 of plant material from Chile, France and Netherlands; and 12 type strains of Streptomyces species associated with potato scab. In the morphological characterization, the strains showed heterogeneity in the hyphal micromorphology and color of spores. The pathogenicity of strains was investigated by presence of the nec1 and tomA genes, and txtAB operon (thaxtomin A). The results indicated that 94 strains (52.8%) showed amplification of the three pathogenicity genes, 14 (7.9%) showed no amplification of the genes and 70 (39.3%) showed positive signal for only one or more genes. The pathogenicity of some strains was confirmed with artificial inoculation onto potato minitubers. In the molecular tests, including PCR amplification with specific primers for S.scabiei and S. turgidiscabies, analysis of PCR-RFLP of atpD gene and sequences analysis of the atpD, gyrB, recA, rpoB and trpB genes, the strains could be separated into different genetic profiles. The morphological, pathogenic and molecular data allowed identifying of 57 strains belonging to S. scabiei, 28 to S. ipomoeae, 13 to S. caviscabies/S. setonii, 12 to S. europaeiscabiei and two to S. sampsonii. The 66 remaining strains showed different genetic profiles in comparison with the type strains of Streptomyces, and may represent new species of Streptomyces associated with potato scab in Brazil / Mestrado / Genetica de Microorganismos / Mestre em Genética e Biologia Molecular

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