Orientador: Carlos Alexandre Costa Crusciol / Banca: Gabriela Ferraz de Siqueira / Banca: Rafaela Rossetto / Banca: Gustavo Pavan Mateus / Banca: Sergio Gustavo Quassi de Castro / Resumo: Inúmeros são os patógenos que reduzem a produção da cana-de-açúcar, em particular os fitonematoides apresentam grande importância. Em campo, os sintomas de ataque de nematoides são reboleiras de plantas raquíticas e cloróticas, murchas nas horas mais quentes do dia e menos produtivas. Na tentativa de diminuir as populações de nematoides abaixo do nível de dano econômico, vários métodos de controle, em integração, têm sido pesquisados, dentre eles está o controle químico, biológico e adição de matéria orgânica ao solo. Objetivou-se, por meio do presente estudo, avaliar os efeitos estimulantes de crescimento de plantas de cana-de-açúcar pela aplicação de Trichoderma asperellum, Bacillus subtilis e Bacillus methylotrophicus no controle biológico de nematoides, em área sem e com aplicação de torta de filtro. O experimento foi conduzido em cana planta, soca e soca de 4o corte, nos anos agrícola de 2015/16 e 2016/17, em áreas pertencente à Usina da Barra, Grupo Raízen Energia S/A. O delineamento experimental utilizado foi em blocos casualizados, com quatro repetições: sendo em esquema fatorial 2x5, para cana planta e soca, constituído do fator torta de filtro (1 - sem e 2 - com) combinado com o fator nematicida (1 - controle, 2 - carbofurano, 3 - Quality + Rizos, 4 - Quality + Onix, 5 - Quality + Onix + Rizos), e apenas do fator nematicida para cana soca de 4o corte. As avaliações realizadas foram: teores foliares de macronutrientes, avaliações biométricas (altura, diâmetro, número... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: There are many pathogens that reduce the sugarcane production, especially the phytonematodes are of great importance. In the field, the nematode attack symptoms are the formation of reeds and stunted and chlorotic plants, wilted in the hottest hours of the day and less productive. In order to reduce nematode populations to a minimum level of economic damage, several integration methods have been researched, including chemical, biological control and addition of organic matter to the soil. The objective of this study was to evaluate the growth stimulating effects of sugarcane plants by the application of Trichoderma asperellum, Bacillus subtilis and Bacilus methylotrophicus in the biological control of nematodes, in an area without and with application of filter cake. The experiment was carried out in sugarcane plant, sugarcane ratoon and 4th ratoon, in the agricultural years of 2015/16 and 2016/17, in areas belonging to the Usina da Barra, Grupo Raízen Energia S/A. The experimental design was a randomized complete block design, with four replications: a 2x5 factorial scheme for sugarcane plant and ratoon, consisting of filter cake factor (1 - without and 2 - with) combined with nematicidal factor (1 - control, 2 - carbofuran, 3 - Quality + Rizos, 4 - Quality + Onix, 5 - Quality + Onix + Rizos), and only the nematicidal factor for sugarcane 4th ratoon. The evaluations were: foliar macronutrient contents, biometric evaluations (height, diameter, number of stalks per meter, mean internode length, number of internodes and shoot yield) and technological (pol, purity, fiber, reducing sugar, total sugar recoverable and sugar production). The incorporation of filter cake into the soil contributed to increases in crop productivity through the addition ... / Doutor

O cianeto é um composto tóxico, que pode ser encontrado no ambiente de maneira natural ou como resultado de atividades antropogênicas tais como a mineração de ouro e a indústria da galvanoplastia. Dentre as diferentes espécies do composto, o cianeto de hidrogênio (HCN) é considerado o mais tóxico, mesmo concentrações de 100ppm são letais para os seres humanos. Para a degradação destes compostos de cianeto a compostos menos tóxicos existem diferentes métodos de tratamento que podem ser químicos, físicos ou biológicos. O presente trabalho estudou a capacidade de degradação bacteriana de cianeto com cepas nativas isoladas de rejeito de mineração de ouro. Para isto, foram escolhidas três cepas dentro de um grupo de vinte cepas isoladas previamente. As cepas foram identificadas mediante as técnicas de MALDI-TOF e sequenciamento do gene 16s. Posteriormente realizou-se o processo de ativação e crescimento bacteriano no qual foram determinados os parâmetros de crescimento para cada uma das cepas, tais como pH, agitação, temperatura e meio de cultura. Após a etapa de ativação bacteriana, realizou-se a adaptação das três cepas em ambientes alcalinos. Nesta etapa, foram feitos ensaios em frascos agitados e avaliou-se o crescimento celular em função da formação de células viáveis para diferentes condições de pH (7; 8; 9,10 e 11). Com as cepas adaptadas ao pH 10 foram realizados ensaios de degradação bacteriana de cianeto em frascos agitados contendo 100mL de solução sintética de cianeto de potássio e 0,2mL de inoculo bacteriano. A concentração da solução de cianeto foi de 500mgL-1 e o pH de 10. Foram avaliadas três condições de temperatura (37, 32 e 27oC). Durante os ensaios foi estudado o crescimento bacteriano, o comportamento do pH e a degradação de cianeto. A quantificação do cianeto livre foi determinada pelo método polarográfico com eletrodo de mercúrio. Através dos resultados obtidos, foi possível identificar que as três cepas isoladas pertencem ás espécies Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis e Bacillus subtilis. As cepas bacterianas apresentaram maior produção celular quando cultivadas em meio L.B a pH 7, velocidade de rotação de 190rpm e 37oC de temperatura. A máxima faixa de adaptação a ambientes alcalinos aconteceu em valores de pH 10. As melhores taxas de degradação de cianeto para a cepa B. subtilis e B. pumilus ocorreram em temperatura de 27oC e 65rpm, conseguindo degradar 100% do cianeto. A cepa B. licheniformis apresentou a melhor taxa de degradação de cianeto em temperatura de 32oC e 190rpm obtendo 99,5% de degradação. Através dos resultados obtidos no presente trabalho, foi possível avaliar o potencial de degradação de cianeto para as bactérias B. pumilus, B. licheniformis e B. subtilis as quais podem ser utilizadas como alternativa de tratamento em efluentes contaminados com cianeto. / Cyanide is a highly toxic compound that can be naturally found in the environment or as a result of anthropogenic activities such as gold mining and electroplating industry. Among the different species of the compound, hydrogen cyanide (HCN) is considered the most toxic, even concentrations of 100 ppm are lethal to humans. Degradation of this cyanide compound to less toxic compounds can be carried out through different methods such as chemical, physical and biological treatments. The present work investigated the bacterial degradation capacity of cyanide by isolated native strains from gold mining tailings. Three strains were selected from a group of twenty previously isolated strains which were identified using MALDI-TOF and 16s gene sequencing techniques. The bacterial activation and cellular growth were performed to determine the growth parameters for the strains, such as pH, temperature, rotation speed and culture medium. After the activation, the strains were adapted to grow in alkaline environments. During this phase, cellular growth was carried out in agitated flask at different pHs (7, 8, 9, 10 and 11). The adapted strains were used to perform cyanide degradation tests at pH 10 in agitated flask by using 100mL of a synthetic solution. The solution was composed of 500 ppm of potassium cyanide and 0,2mL of bacterial inoculum. During the experiments, three temperatures were evaluated (37, 32 and 27°C). Bacterial growth, cyanide degradation and pH behaviour were studied Free cyanide quantification was determined by polarographic method with a mercury electrode. It was found that the three isolated strains belong to Bacillus pumilus, Bacillus licheniformis and Bacillus subtilis groups. The highest bacterial growth was observed when the strains were cultivated in a L.B media at pH 7,0, 37°C by using 190 rpm of rotation velocity. The maximum range of adaptation to alkaline environments occurred in pH values of 10. The best cyanide degradation rate (100%) were achieved at 27°C for the strain B. suptilis and B. pumilus. The strain. B. licheniformis showed the best cyanide degradation rate (99,5%) at 37°C. The results obtained in the present work were able to evaluate the potential of cyanide degradation for the bacteria B. pumilus, B. licheniformis and B. subtilis. These results can be used as an alternative to treat wastewaters that are polluted with cyanide.

The objective of this thesis was to investigate BiOWiSHTM-Aqua, a commercial dry solid formulation containing a consortium of bacteria and yeast, as a biopesticide for treatment of Botrytis cinerea, a gray mold that affects strawberries. BiOWiSHTM-Aqua was compared with another commercial product specifically used as a fungicide and bacteriocide, Serenade® Garden Disease Control Spray (concentrated Bacillus subtilis strain QST 713). Both laboratory tests as well as in vivo lab tests were conducted. BiOWiSHTM-Aqua results varied widely from plate to plate, regardless of experimental conditions. In some of these plates, inhibition zones were observed around colonies from BiOWiSHTM-Aqua, indicating efficacy. The organism responsible for the inhibition zones of B. cinerea growth was isolated from BiOWiSHTM-Aqua, and 16s rRNA analysis identified this culture as a strain of B. subtilis. This strain was designated as B. subtilis ssp. KLB. The B. subtilis KLB concentration required to completely inhibit B. cinerea was 9.1x104 CFU/mL when B. subtilis KLB was inoculated 48 hours before B. cinerea, 1.3x105 CFU/mL at 24 hours, and 3.2x106 CFU/mL when both were inoculated at the same time. Various preliminary experiments using B. subtilis KLB were also conducted to investigate its economic feasibility, to characterize the organism, and to test its post-harvest in vivo viability. B. subtilis KLB cell concentration was 1.6x109 CFU/mL in a bioreactor with LB at the end of the log growth phase. B. subtilis KLB achieved cell concentrations as high as 5x109 CFU/mL in shake flasks with food-grade tapioca as a carbon source. Inoculation of B. subtilis KLB on post-harvest strawberries did not have an effect on Botrytis infection rates compared to the negative control. These various experiments were the first step in research to potentially produce B. subtilis KLB on a commercial scale.

Dans les cellules, le déroulement de l'ADN double-brin est catalysé par une famille de protéines appelées hélicases. Ces protéines sont présentes chez tous les organismes des virus jusqu'à l'homme. Parmi ces hélicases, celles de la famille RecQ jouent un rôle essentiel dans le métabolisme de l'ADN en facilitant de nombreux processus cellulaires tels que la réplication, la réparation, la recombinaison, la transcription et la maintenance des télomères. Chez l'homme, il existe cinq membres de la famille RecQ identifiés comme RECQ1, BLM, WRN, RECQ4 et RECQ5. Les mutations dans BLM, WRN et RECQ4 sont associées à une prédisposition au cancer. En plus du domaine hélicase très conservé et contenant sept motifs bien distincts, la plupart des hélicases de la famille RecQ possèdent également un domaine RecQ C-terminal (RecQ-Ct) et un domaine hélicase RNase D (HRDC). Au cours de ce travail, nous nous concentrons sur les mécanismes intrafonctionnels de certains membres de la famille RecQ des hélicases. Tout d'abord, nous avons utilisé deux isoformes naturels de l'hélicase RECQ5 humain comme modèle pour étudier la modulation fonctionnelle du domaine hélicase avec le doigt de zinc. Ici, nous montrons que la variante tronquée RECQ5α de l'hélicase RECQ5β issue d'un épissage alternatif et composée uniquement du domaine hélicase ne possède ni l'activité ATPase ni l'activité de déroulement de l'ADN. A l'inverse, et ce de matière étonnante, cette protéine est dotée d'une forte activité de réhybridation du brin déroulé. Les mesures quantitatives indiquent que l'amélioration de l'affinité de la protéine pour l'ADN que lui confère le doigt de zinc est à l'origine de ses activités ATPase et hélicase. Le plus important est que l'on constate que le doigt de zinc est capable d'agir comme un facteur moléculaire à même de supprimer l'activité de re-synthèse du brin déroulé par le domaine hélicase et de déclencher l'activité de déroulement d'ADN à travers une modulation de la fixation à l'ADN. Ensuite, nous avons analysé les propriétés biochimiques de deux isoformes de l'hélicase RecQ de Bacillus subtilis : SubL et SubS. Parmi elles, SubS ne dispose pas du domaine HRDC. Nos études montrent que le domaine HRDC est crucial pour Bacillus subtilis RecQ hélicases dans la résolution des intermédiaires de réplication et / ou de réparation de l'ADN tels que les jonctions de Holliday et la jonction de kappa. Les activités ATPase, hélicase et l'activité de rehybridation du brin déroulé sont plus importantes en présence du domaine HRDC. Ces résultats nous permettent de spéculer sur l'importance du domaine HRDC des activités de la famille de RecQ hélicase. Nous avons découvert que dans la famille RecQ, le 12 domaine HRDC peut augmenter les activités ATPases et hélicases. De manière intéressante, le domaine HRDC de Bacillus subtilis joue un rôle critique dans la résolution des intermédiaires de réplication ou de réparation de l'ADN et des jonctions de Holliday. Nous suggérons l'hypothèse que le domaine HRDC des hélicases RecQ participe à exposer leurs fonctions dans le processus de réparation de l'ADN. Dans la dernière partie, nous nous sommes intéressés à l'existence et au rôle du doigt d'arginine dans la protéine BLM. Ces études ont été menées afin de démontrer son rôle dans l'hydrolyse d'ATP et dans la conversion en mouvement mécanique permettant à la protéine de progresser le long de l'ADN. Nos études démontrent que le résidu R982, situé à proximité du γ-phosphate de l'ATP, fonctionne comme un doigt d'arginine dans la protéine BLM. Nos conclusions indiquent en outre que ce doigt d'arginine interagit avec d'autres motifs conservés situés autour du γ-phosphate des nucléotides et qu'ils effectuent ensemble les fonctions enzymatiques au sein d'un réseau complexe.

Le cytosquelette bactérien des homologues d'actine (protéines de la famille MreB) joue un rôle majeur dans la morphogénèse cellulaire. Des homologues de MreB sont retrouvés chez la plupart des espèces bactériennes non sphériques, où ils sont essentiels pour la viabilité cellulaire. Les bactéries à Gram-positif ont généralement plusieurs isoformes. L'organisme modèle Bacillus subtilis en possède trois : MreB, Mbl et MreBH, tous trois impliqués dans la détermination de la forme de la cellule. Le postulat actuel est une organisation, des complexes de synthèse du peptidoglycane, le long des parois latérales par les filaments hélicoïdaux des MreB-like. Cependant, les mécanismes moléculaires et les protéines effectrices impliqués dans cette fonction ne sont pas encore élucidés. Par analogie avec les rôles de l'actine eucaryote, des implications dans d'autres processus cellulaires cruciaux et la présence de partenaires protéiques sont également attendus pour les actines procaryotes. Afin d'explorer les rôles des protéines MreB chez B. subtilis nous avons généré, par des criblages génomiques double hybride chez la levure, un réseau d'interaction protéine-protéine centré sur MreB, Mbl et MreBH. Une vérification systématique et drastique de toutes les interactions obtenues lors des criblages a été réalisée afin d'éliminer les faux positifs. Les interactions identifiées révèlent des liens entre les protéines MreB-like et seize protéines issues de catégories fonctionnelles variées ou de fonction inconnue. Une étude exploratoire a été menée pour huit des protéines partenaires par des approches in silico et in vivo et nous a permis de sélectionner une seule interaction à caractériser plus en détail. Nous nous sommes principalement intéressés à l'interaction physique et directe entre MreB et DapL, une protéine essentielle vraisemblablement impliquée dans la voie de biosynthèse des précurseurs du peptidoglycane, par analogie à DapE d'E. coli. La caractérisation approfondie de DapL a confirmé son essentialité dans la synthèse du peptidoglycane. Bien que l'interaction MreB-DapL ait été confirmée biochimiquement, son rôle biologique exact n'a pas été élucidé. Cependant, nous avons mis en évidence d'autres interactions entre MreB et DapG, LysA et MurE, des enzymes également impliquées dans les étapes précoces de la synthèse du peptidoglycane. L'existence de telles interactions renforce le rôle du cytosquelette MreB de B. subtilis dans l'orchestration des machineries de synthèse de la paroi cellulaire.

Résumé Certaines bactéries de la rhizosphère (PGPR, rhizobactéries promotrices de la croissance des plantes) exercent un effet bénéfique sur la croissance des plantes en stimulant des mécanismes de défense inductibles chez lhôte, rendant celle-ci moins susceptible vis-à-vis dune infection ultérieure par un agent pathogène. Ce phénomène appelé résistance systémique induite (ISR) a été mis en évidence chez plusieurs plantes pour lutter contre une gamme relativement large de pathogènes fongiques, bactériens ou viraux. Cependant, les bases moléculaires des mécanismes de défense proprement dits stimulés lors de lISR restent assez méconnues malgré les nombreux travaux réalisés cette dernière décennie. Dans ce contexte, des souches de PGPR (Bacillus subtilis et Pseudomonas putida) capables de protéger certaines plantes via linduction de lISR sont étudiées depuis plusieurs années au laboratoire. Dans le cadre de cette thèse de doctorat, nous avons étudié l´effet protecteur de ces bactéries dans deux pathosystèmes différents, tomate/Botrytis cinerea et concombre/Colletotrichum lagenarium. Nos résultats ont montré la capacité de P. putida BTP1 à induire l´ISR chez la tomate et le concombre sur base de la réduction des symptômes de maladie observée et sur base de la séparation spatiale des deux agents, bénéfique au niveau racinaire et pathogène au niveau foliaire. Cette résistance a été clairement associée avec la stimulation de la voie des oxylipines chez la tomate. Linduction de cette voie métabolique a dabord été mise en évidence biochimiquement par une augmentation des activités lipoxygénase et lipide hydroperoxydase dans les feuilles des plantes traitées avec Pseudomonas. De plus, au niveau moléculaire, les analyses par northern blot nous ont permis d´identifier un nouvel isoforme de gène Lox chez la tomate qui est exprimé différentiellement chez les plants traités par la bactérie. Ce gène dénommé LoxF montre une homologie de 82% avec un des cinq isoformes connus chez cette plante, LoxC. LoxF est essentiellement surexprimé dans les feuilles de tomates pré-inoculées avec BTP1 suite à l´infection par le pathogène. Il en est de même pour lactivité enzymatique correspondante de la lipoxygénase qui naugmente significativement chez les plants traités par rapport aux témoins quaprès infection par Botrytis. Ces résultats sous-entendent un phénomène de « priming » ou « mise en alerte » étroitement associé avec linduction de résistance systémique chez les plantes. La reconnaissance de la bactérie au niveau racinaire met en alerte la plante sans que des bouleversements majeurs au niveau métabolique ou génétique ne soient observés. Lhôte réagit alors plus fortement et plus rapidement pour mettre en uvre ses mécanismes de défense une fois le pathogène perçu. Par biotest sur TLC et analyses HPLC, CPG et LC-MS, nous avons mis en évidence laccumulation dune molécule dans les feuilles de tomate prétraitées avec BTP1. Cette molécule semble être de nature apolaire mais non phénolique et ne correspond pas aux phytoalexines connues de la tomate. Des études complémentaires doivent être réalisées pour lidentifier chimiquement mais sa cinétique daccumulation dans les tissus de la plante est étroitement associée à celle de la stimulation de la lipoxygénase. Elle pourrait donc dériver de cette voie métabolique. Des réactions de défense similaires ont été observées suite au traitement avec Bacillus subtilis chez la tomate et ces essais ont permis de mettre en évidence le rôle des lipopeptides produits en tant quéliciteurs impliqués dans linduction du phénomène de lISR par cette souche. Par contre, bien que les deux souches soient capables dinduire la résistance chez le concombre, aucune accumulation claire de phytoalexines ni de stimulation significative de la voie de la lipoxygénase nont pu y être associées chez cette plante. Globalement, nos résultats suggèrent que les voies métaboliques activées dans le cadre de lISR varient en fonction de lespèce végétale même si le microorganisme inducteur est identique. Abstract Some plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) are able to stimulate inducible defence mechanisms that render the host plant less susceptible to a subsequent pathogen attack. This phenomenon called induced systemic resistance (ISR) can occur in several plant species against a wide range of bacterial, viral and fungal pathogens. Despite extensive work carried out this last decade, many aspects of the molecular basis underlying this rhizobacteria-mediated ISR remain unclear. In this context, Bacillus subtilis and Pseudomonas putida strains able to protect plants via induction of ISR have been studied for several years in our laboratory. In this thesis, we first aimed at evaluating the protective effect of these strains in different pathosystems and second at identifying the associated defence mechanisms. Our results showed the capacity of P. putida BTP1 to induce ISR in the tomato/Botrytis cinerea and cucumber/Colletotrichum lagenarium pathosystems on the basis of reduction of disease symptoms and on the basis of the spatial separation of the two agents, beneficial at the root level and pathogenic at the leaf level. This resistance was clearly associated the stimulation of the oxylipin pathway in tomato. The induction of this metabolic pathway was evidenced biochemically by an increase in the lipoxygenase and lipid hydroperoxydase activities in the leaves of plants treated with Pseudomonas compared to controls. Moreover, at the molecular level, northern blot analyses enabled us to identify a new isoforme of Lox gene in tomato which is expressed differentially in plants treated with the bacterium. This gene called LoxF shows a homology of 82% with one of the five isoformes known in this plant, LoxC. LoxF is mainly expressed in tomato leaves pre-inoculated with BTP1 after infection by pathogen. The same applies for the lipoxygenase enzyme activity which increases significantly in treated plants only after infection by Botrytis. These results imply a phenomenon of "priming" closely associated with the systemic resistance induction in plants. The recognition of the bacterium at the root level primes the plant but in most cases major changes at the metabolic or genetic level are not observed. The host then reacts more strongly and more quickly to express defence mechanisms once the pathogen is perceived. In addition, by combining the use of TLC-based biotests and analytical methods such as HPLC, CPG and LC-MS analyses, we highlighted the accumulation of a molecule in BTP1-pretreated tomato leaves. This molecule seems to be of a non-polar nature but not phenolic and does not correspond to any phytoalexin known in tomato. Complementary studies must be carried out to identify its structure but its kinetic of accumulation in the plant tissues is closely associated with the stimulation of the lipoxygenase enzyme. It could thus derive from this metabolic pathway. Similar defence reactions were observed in tomato following treatment with Bacillus subtilis and through these tests, we also highlighted the role of some lipopeptides produced by this strain as elicitors responsible for the induction of the ISR phenomenon. On the other hand, although the two strains are able to induce resistance in cucumber, no clear accumulation of phytoalexins nor of significant stimulation of the lipoxygenase pathway could be associated with disease reduction in this plant. All together, our results suggest that the metabolic pathways activated during ISR vary in function of the plant and pathogen species even if the inducing micro-organism is identical.

The members of the genus Bacillus produce a wide variety of secondary metabolites with antimetabolic and pharmacological activities. These metabolites are mostly small peptides and have unusual components and chemical bonds. These metabolites are synthesized nonribosomally by multifunctional enzyme complexes called peptide synthetases. One of those small peptides, bacilysin, is a dipeptide antibiotic composed of L-alanine and L-anticapsin which is produced and excreted by certain strains of Bacillus subtilis. Proteins that are responsible to synthesize bacilysin are encoded by bac operon. It has been shown that the biosynthesis of bacilysin is under the control of quorum sensing global regulatory pathway through the action of ComQ/ComX, PhrC (CSF), ComP/ComA in a Spo0K (Opp)-dependent manner. The objective of the study is to identify the functional roles of bacilysin biosynthesis in the regulatory cascade and idiophase cell physiology operating in B. subtilis by using gel-based and gel-free proteomics techniques. For this, we employed comparative proteome-wide analysis of the bacilysin producer B. subtilis PY79 and its bacilysin nonproducer derivative bacA::lacz::erm OGU1 strain which was recently constructed by our group. Identification via GeLC analysis of 76 differentially expressed proteins from total soluble proteome of wild-type PY79 and bacilysin minus OGU1 strain indicated the direct or indirect multiple effects of bacilysin on metabolic pathways, global regulatory systems and sporulation.

La limitació en l’ús de fungicides per al control de malalties en postcollita de fruita és una problemàtica d’elevada magnitud en el sector fructícola actual. Degut a això l’ús d’estratègies alternatives com el control biològic microbià són fonamentals per a la producció de fruita de qualitat. Malgrat tot, el desenvolupament de programes de biocontrol eficaços requereix d’un coneixement profund de la capacitat de control i els mecanismes d’acció utilitzats per l’agent microbià que es pretén emprar, així com de la possibilitat per a què aquest pugui ésser produït i formulat a nivell comercial. En aquest context, la bactèria Bacillus subtilis soca CPA–8 aïllada de la superfície de nectarines al Laboratori de Patologia de Postcollita del Centre IRTA (Lleida) ha demostrat tenir una bona capacitat de biocontrol de malalties de postcollita de fruita de pinyol. El seu futur ús a nivell comercial depèn de l’estudi del seu potencial de biocontrol de malalties de postcollita de fruita; així com del desenvolupament de processos per a l’optimització de la producció i formulació. La present tesi tenia com a objectiu principal avaluar aspectes clau per al desenvolupament de B. subtilis CPA–8 com agent efectiu per al control biològic de malalties de postcollita de fruita. Per a complir amb aquest objectiu, en primer lloc, es va dur a terme una anàlisi detallada de les característiques biològiques de la soca CPA–8 com ara el seu creixement en medi de cultiu, producció d’endòspores i substàncies antifúngiques; així com el seu potencial per al control de malalties importants en postcollita de taronja, poma i fruita de pinyol (Capítol 1). Amb aquests resultats, el següent pas fou estudiar el mode d’acció utilitzat per B. subtilis CPA–8 per a la supressió de patògens de postcollita, concretament contra Monilinia spp. causant de la podridura marró en fruita de pinyol (Capítol 2). Mitjançant la combinació d’eines d‘anàlisi químic, moleculars i biològiques es van determinar els principals factors implicats en la capacitat antagònica de la soca CPA–8 contra Monilinia spp. El pas següent fou optimitzar la producció de B. subtilis CPA–8, en aquest sentit es va desenvolupar un medi de cultiu de baix cost que proporcionés un creixement alt i mantingués l’eficàcia de biocontrol (Capítol 3). Primer es van buscar fonts de nitrogen i de carboni econòmiques entre productes comercials i subproductes agroalimentaris. Posteriorment es va dur a terme l’escalat de la producció de la bactèria en un bioreactor de 5 L i es va comprovar l’efectivitat per al control de Monilinia spp. en préssecs. El pas final fou la formulació de B. subtilis CPA–8 mitjançant l’assecat per atomització (Capítols 4 i 5). Aquest mètode fou seleccionat per dos motius, d’una banda perquè aquesta és una tècnica d’assecat viable per a formulació de bactèries a baix cost i per l’altra banda en base als resultats obtinguts en el capítol 1 sobre la capacitat de la bactèria per produir endòspores resistents al calor i efectives contra patògens de postcollita de fruita. Primer es va dur a terme un estudi comparatiu de l’efecte de l’atomització sobre la supervivència de B. subtilis CPA–8 i de l’agent de biocontrol Pantoea agglomerans CPA–2 (Capítol 4). Posteriorment es va realitzar una avaluació de les substàncies protectores/material de suport més adequades per a l’atomització de la soca CPA–8, i amb els millors productes atomitzats es van avaluar diferents medis de rehidratació i l’activitat antifúngica; així com la vida útil y l’efectivitat durant l’emmagatzemament (Capítol 5) Els resultats obtinguts en el capítol 1 demostraren que B. subtilis CPA–8 produeix cèl lules, endòspores resistents al calor i compostos que tenen una alta activitat antagònica in vitro contra els principals patògens de postcollita de fruita Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum i Penicillium expansum. Els tractaments de cèl lules, endòspores y sobrenedants lliures de cèl lules de la soca CPA–8 mostraren diferents nivells d’efectivitat per al control de podridures en taronja, poma i fruita de pinyol, presentant els millors resultats contra Monilinia spp. en préssecs i nectarines amb reduccions de la incidència de la malaltia fins al 100 %. L’assaig de dosis de diferents tractaments de la soca CPA–8 a 108, 107 i 106 UFC mL–1 foren efectius contra Monilinia spp. de forma semblant o millor al Serenade Max®. L’estudi del mode d’acció de B. subtilis CPA–8 (Capítol 2) va demostrar que els sobrenedants lliures de cèl lules provinents de cultius líquids tenen una alta activitat antifúngica in vitro contra Monilinia spp. similar a l’observada amb suspensions cel lulars. Les anàlisis mitjançant PCR i bioautografia en TLC d’extractes butanòlics d’aquests sobrenedants en comparació amb els de les soques de referència de B. subtilis UMAF6614 i UMAF6639, van revelar la producció de les principals famílies de lipopèptids antifúngics coneguts en Bacillus (fengicines, iturines i surfactines), fet que apuntava l’antibiosi com a principal mecanisme d’acció implicat en la capacitat de biocontrol de B. subtilis CPA–8. Les fraccions corresponents a les fengicines foren les responsables de l’activitat inhibitòria de la soca CPA–8 enfront de Monilinia spp. Aquests resultats van ser corroborats definitivament mitjançant la construcció de mutants de B. subtilis CPA–8 defectius per a la producció de fengicina interrompent l’expressió del gen fenB. Les anàlisis per PCR i bioautografia en TLC revelaren que els mutants defectius de la soca CPA–8 perdien la capacitat d’inhibir a Monilinia spp. per la seva incapacitat per a produir fengicines. Els assaigs d’efectivitat en fruita utilitzant tractaments provinents dels mutants de la soca CPA–8 van demostrar que aquests havien perdut la capacitat de controlar la podridura causada per Monilinia spp. amb percentatges d’incidència similars als observats en el control sense tractar, mentre que els tractaments amb la soca parental o Serenade Max® presentaven reduccions de la malaltia de fins el 100 %. Tots aquests resultats demostraren que la producció de fengicines juga un paper molt important en l’efectivitat de B. subtilis CPA–8 per a controlar la podridura marró del préssec; i que aquest resulta ser el principal mode d’acció implicat en la seva capacitat de biocontrol. En l’optimització de la producció de B. subtilis CPA–8 (Capítol 3) els resultats obtinguts van demostrar que és possible aconseguir alts nivells de biomassa (superiors a 3×109 UFC mL–1) emprant dos medis de baix cost composats per farina de soja desengreixada 44 % a 40 g L–1 com a font de nitrogen en combinació amb sacarosa a 20 g L–1 o melassa a 5 g L–1 com a fonts de carboni. A més a més, la producció de la soca CPA–8 en aquest medi de baix cost va poder ser escalada a nivell de laboratori en un bioreactor de 5 L de capacitat a 30 °C, amb agitació de 200 rpm i flux d’aire de 100 L h–1, mantenint les concentracions de la bactèria a 3×109 UFC mL–1. Els assaigs en fruita amb tractaments de la soca CPA–8 crescuda en el medi optimitzat de baix cost van demostrar que aquesta mantenia la seva eficàcia de biocontrol contra M. fructicola en préssecs amb reduccions de la malaltia de fins al 95 %, similar als tractaments de la bactèria crescuts en medis de laboratori. Les poblacions de CPA–8 van sobreviure en ferides de préssecs inoculats, independentment dels medis de cultiu utilitzats. Aquests resultats proporcionen una base fiable per a la producció de la soca CPA–8 a nivell industrial. En la formulació de B. subtilis CPA–8 mitjançant assecat per atomització (Capítols 4 i 5) els resultats demostraren que aquesta bactèria és capaç de sobreviure a les altes temperatures del procés (32.3 % de viabilitat i 3.3×109 UFC g–1 de concentració final de producte), comparada amb P. agglomerans CPA–2 utilitzada com a model de bactèria sensible a la calor i no formadora d’endòspores que no fou resistent (menys del 2 % de viabilitat). La supervivència de la soca CPA–8 a l’atomització va estar directament relacionada amb la seva capacitat per a produir endòspores resistents a les altes temperatures. La resistència a la calor de la soca CPA–8 a més a més va dependre de la fase de creixement, essent el cultiu de 72 h, més resistent que el de 24 h, probablement pel seu major contingut d’endòspores. Els resultats obtinguts en l’estudi de la substància protectora/material de suport més adequada per a l’atomització de B. subtilis CPA–8 van demostrar que quatre diferents combinacions de llet desnatada en pols i MgSO4 proveïen una bona recuperació de pols (28–38 %) i continguts d’humitat del 7–13 %. La supervivència de la soca CPA–8 fou diferent en els atomitzats dels cultius de 24 i 72 h. Les formulacions de 72 h mostraven una major supervivència (28–32 %) y amb concentracions finals al voltant d’1.6–3.3×109 UFC g–1, mentre que la viabilitat dels atomitzats de 24 h fou inferior a l’1 %, fet pel qual les primeres van seleccionar–se per a la seva posterior avaluació. Diferents rehidratants como l’aigua o el tampó fosfat van proporcionar una bona recuperació de cèl lules viables en les formulacions de CPA–8 similars a les obtingudes amb llet desnatada en pols o sacarosa al 10 % amb el que es dedueix que l’aigua pot utilizar–se com a rehidratant amb l’avantatge a nivell pràctic que això suposa. L’estudi de la vida útil de les formulacions de la soca CPA–8 emmagatzemades a 4 °C (fred) i a 20 °C (temperatura ambient) va demostrar que la viabilitat es mantenia o disminuïa lleugerament (0.2–0.3 log) durant 6 mesos d’emmagatzematge. A més a més, després de 4 i 6 mesos de conservació aquestes formulacions controlaven la podridura marró causada per Monilinia spp. en nectarines i préssecs mostrant reduccions de la incidència de la malaltia entre el 90 i 100 %. Els resultats obtinguts van demostrar que l’atomització podria ser un mètode d’assecat adequat per a obtenir formulacions estables i efectives de B. subtilis CPA–8.En conclusió els estudis realitzats en aquesta tesi demostren el potencial de l’antagonista B. subtilis CPA–8 per al control de malalties de postcollita de fruita i estableixen les bases per a la seva posterior implementació de la producció i formulació a nivell comercial. / La limitación en el uso de fungicidas para el control de enfermedades en postcosecha de fruta es un grave problema en el sector frutícola actual. Debido a esto, el uso de estrategias alternativas como el control biológico microbiano son fundamentales para la producción de fruta de calidad. Sin embargo, el desarrollo de programas de biocontrol eficaces requiere de un fuerte conocimiento de la capacidad de control y los mecanismos de acción usados por el agente microbiano que se pretende emplear, así como de la posibilidad para que éste pueda ser producido y formulado a nivel comercial. En este contexto, la bacteria Bacillus subtilis cepa CPA–8 aislada de la superficie de nectarinas en el Laboratorio de Patología de Postcosecha del Centro IRTA (Lleida) ha demostrado tener una importante capacidad de biocontrol de enfermedades de postcosecha de fruta de hueso. Su futuro uso a nivel comercial depende del estudio de su potencial de biocontrol de enfermedades de postcosecha de fruta; así como del desarrollo de procesos para su óptima producción y formulación. La presente tesis tiene como objetivo fundamental evaluar aspectos clave para el desarrollo de B. subtilis CPA–8 como agente eficaz de control biológico de enfermedades de postcosecha de fruta. Para cumplir con este objetivo, en primer lugar, se realizó un análisis detallado de las características biológicas de la cepa CPA–8 como su crecimiento en medio de cultivo, producción de endosporas y sustancias antifúngicas; así como su potencial para el control de importantes podredumbres de postcosecha de naranja, manzana y fruta de hueso (Capítulo 1). Con estos resultados el siguiente paso fue estudiar el modo de acción usado por B. subtilis CPA–8 para la supresión de patógenos de postcosecha, concretamente contra Monilinia spp. causante de la podredumbre marrón en fruta de hueso (Capítulo 2). Mediante la combinación de herramientas de análisis químico, molecular y biológico se determinaron los principales factores implicados en la capacidad antagónica de la cepa CPA–8 contra Monilinia spp. El siguiente paso fue optimizar la producción de B. subtilis CPA–8, para lo cual se desarrolló un medio de cultivo de bajo coste que proporcionase un crecimiento alto y mantuviese la eficacia de biocontrol (Capítulo 3). Primero se buscaron fuentes de nitrógeno y carbono económicas entre productos comerciales y subproductos agroalimentarios. Posteriormente se realizó el escalado de producción de la bacteria en un bioreactor de 5 L y se comprobó la efectividad para el control de Monilinia spp. en melocotones. El paso final fue la formulación de B. subtilis CPA–8 mediante secado por atomización (Capítulos 4 y 5). Este método fue seleccionado por dos motivos, por un lado porque ésta es una técnica de secado viable para formulación de bacterias a bajo coste y en base a los resultados obtenidos en el capítulo 1 sobre la capacidad de la bacteria para producir endosporas resistentes al calor y eficaces contra patógenos de postcosecha de fruta. Primero se realizó un estudio comparativo del efecto de la atomización sobre la supervivencia de B. subtilis CPA–8 y del agente de biocontrol Pantoea agglomerans CPA–2 (Capítulo 4). Posteriormente se realizó una evaluación de las sustancias protectoras/material de soporte más adecuadas para la atomización de la cepa CPA–8, y de los mejores productos atomizados se evaluaron los distintos medios de rehidratación y la actividad antifúngica; así como su vida útil y efectividad durante conservación (Capítulo 5).Los resultados obtenidos en el capítulo 1 indicaron que B. subtilis CPA–8 produce células, endosporas resistentes al calor y compuestos que tienen una alta actividad antagónica in vitro contra los principales patógenos de postcosecha de fruta Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum y Penicillium expansum. Los tratamientos de células, endosporas y sobrenadantes libres de células de la cepa CPA–8 mostraron diferentes niveles de efectividad para el control de podredumbres en naranja, manzana y fruta de hueso, presentando los mejores resultados contra Monilinia spp. en fruta de hueso con reducciones de la incidencia de la enfermedad hasta del 100 %. El ensayo de dosis de diferentes tratamientos de la cepa CPA–8 a 108, 107 y 106 UFC mL–1 fueron efectivos contra Monilinia spp., de forma similar o mejor que Serenade Max®. El estudio del modo de acción de B. subtilis CPA–8 (Capítulo 2) demostró que los sobrenadantes libres de células provenientes de cultivos líquidos tenían una alta actividad antifúngica in vitro contra Monilinia spp. similar a la observada con suspensiones celulares. Los análisis mediante PCR y bioautografía en TLC de extractos butanólicos de estos sobrenadantes en comparación con los de las cepas de referencia de B. subtilis UMAF6614 y UMAF6639, revelaron la producción de las principales familias de lipopéptidos antifúngicos conocidos en Bacillus (fengicinas, iturinas y surfactinas), lo que apuntó a la antibiosis como el principal mecanismo de acción implicado en la capacidad de biocontrol de B. subtilis CPA–8. Las fracciones correspondientes a las fengicinas fueron las responsables de la actividad inhibitoria de la cepa CPA–8 frente a Monilinia spp. Estos resultados fueron definitivamente corroborados mediante la construcción de mutantes de B. subtilis CPA–8 defectivos para la producción de fengicina interrumpiendo la expresión del gen fenB. Los análisis por PCR y bioautografía en TLC revelaron que los mutantes defectivos de la cepa CPA–8 perdieron la capacidad de inhibir a Monilinia spp. por su incapacidad para producir fengicinas. Los ensayos de efectividad en fruta utilizando tratamientos provenientes de los mutantes de la cepa CPA–8 demostraron que éstos habían perdido su capacidad para controlar la podredumbre causada por Monilinia spp. con porcentajes de incidencia similares a los observados en el control sin tratar, mientras que los tratamientos con la cepa parental o Serenade Max® presentaron reducciones de enfermedad de hasta el 100 %. Todos estos resultados demostraron que la producción de fengicinas juega un papel muy importante en la efectividad de B. subtilis CPA–8 para controlar la podredumbre marrón del melocotón; y que éste resulta ser el principal mecanismo de acción implicado en su capacidad de biocontrol. En la optimización de la producción de B. subtilis CPA–8 (Capítulo 3) los resultados obtenidos demostraron que se pueden conseguir altos niveles de biomasa (superiores a 3×109 UFC mL–1) usando dos medios de bajo coste compuestos por harina de soja desengrasada 44 % a 40 g L–1 como fuente de nitrógeno en combinación con sacarosa a 20 g L–1 o melaza a 5 g L–1 como fuentes de carbono. Además la producción de la cepa CPA–8 en este medio de bajo coste pudo ser escalada a nivel de laboratorio en un bioreactor de 5 L de capacidad a 30 °C, con agitación de 200 rpm y flujo de aire de 100 L h–1, manteniendo las concentraciones de la bacteria a 3×109 UFC mL–1. Los ensayos en fruta con tratamientos de la cepa CPA–8 crecida en el medio optimizado de bajo coste demostraron que ésta mantenía su eficacia de biocontrol contra M. fructicola en melocotones con reducciones de enfermedad de hasta el 95 %, similar a los tratamientos de la bacteria crecidos en medios de laboratorio. Las poblaciones de CPA–8 sobrevivieron en heridas de melocotones inoculados, independientemente de los medios de cultivo utilizados. Estos resultados proporcionan una base fiable para la producción de la cepa CPA–8 a nivel industrial. En la formulación de B. subtilis CPA–8 mediante secado por atomización (Capítulos 4 y 5) los resultados demostraron que esta bacteria es capaz de sobrevivir a las altas temperaturas del proceso (32.3 % de viabilidad y 3.3×109 UFC g–1 de concentración final de producto), comparado con P. agglomerans CPA–2 utilizada como modelo de bacteria sensible al calor y no formadora de endosporas que no fue resistente (menos del 2 % de viabilidad). La supervivencia de la cepa CPA–8 a la atomización estuvo directamente relacionada con su capacidad para producir endosporas resistentes a las altas temperaturas. La resistencia al calor de la cepa CPA–8 además dependió de la fase de crecimiento, siendo el cultivo de 72 h, más resistente que el de 24 h, probablemente por su mayor contenido de endosporas. Los resultados obtenidos en el estudio de la sustancia protectora/material de soporte más adecuada para la atomización de B. subtilis CPA–8 demostraron que cuatro diferentes combinaciones de leche desnatada en polvo y MgSO4 proveían una buena recuperación de polvo (28–38 %) y contenidos de humedad del 7–13 %. La supervivencia de la cepa CPA–8 varió considerablemente en los atomizados con los cultivos de 24 h y los de 72 h. Las formulaciones de 72 h mostraron una mayor supervivencia (28–32 %) y con concentraciones finales entorno a 1.6–3.3×109 UFC g–1, mientras que la viabilidad de los atomizados de 24 h fue inferior al 1 %, por lo cual se seleccionaron para su posterior evaluación. Diferentes rehidratantes como el agua o tampón fosfato proporcionaron una buena recuperación de células viables en las formulaciones de CPA–8 similares a las obtenidas en leche desnatada en polvo o sacarosa al 10 % por lo que el agua puede utilizarse como rehidratante con la ventaja a nivel práctico que supone. El estudio de la vida útil de las formulaciones de la cepa CPA–8 almacenadas a 4 °C (frío) y a 20 °C (temperatura ambiente) demostró que la viabilidad se mantuvo o disminuyó ligeramente entorno a 0.2–0.3 log durante 6 meses de almacenamiento. Además después de 4 y 6 meses de almacenamiento estas formulaciones controlaron la podredumbre marrón causada por Monilinia spp. en nectarinas y melocotones mostrando reducciones de la incidencia de la enfermedad entre el 90 y 100 %. Los resultados obtenidos demostraron que la atomización podría ser un método de secado adecuado para obtener formulaciones estables y eficaces de B. subtilis CPA–8. En conclusión los estudios realizados en esta tesis demuestran el potencial del agente de biocontrol B. subtilis CPA–8 para el control de enfermedades de postcosecha de fruta y sientan las bases para su posterior implementación de la producción y formulación a nivel comercial / Synthetic fungicides are the primary means to reduce losses caused by postharvest diseases. However, public concern for their negative impact on human health and environment associated with undesirable chemical residues on fruit and proliferation of fungicide–resistant isolates have impelled the search for alternative methods. Biological control using microorganisms has emerged as an effective alternative to control postharvest diseases and to produce quality fruit free of fungicide residues. However, the development of a successful biocontrol product requires a strong knowledge about the antagonistic ability and mechanisms of action used by the microbial agent to disease suppression and the possibility for its production and formulation to commercial application. In this context, Bacillus subtilis strain CPA–8 isolated from nectarines surface in the Postharvest Pathology Laboratory from IRTA centre (Lleida) has shown a significant capacity for biocontrol of postharvest diseases of stone fruit. Its future use on a commercial level depends on its antagonistic potential to control fruit postharvest diseases as well as an optimum production and formulation systems. This thesis has the main objective to evaluate key aspects involved in development of B. subtilis CPA–8 as an effective biocontrol agent of postharvest diseases on fruit. To achieve this objective, first, the CPA–8 growth and production of endospores and antifungal substances were characterized. Then, biocontrol potential of B. subtilis CPA–8 was tested against the main postharvest decay on oranges, apples and stone fruit (Chapter 1). Based on these results, the mechanism of action used by CPA–8 to suppress postharvest pathogens, particularly against Monilinia spp. causing brown rot in stone fruit was studied (Chapter 2). Based on chemical, molecular and biological analysis the key factors involved in the biocontrol activity of CPA–8 against Monilinia spp. were identified. Next step was optimizing B. subtilis CPA–8 production by developing a low cost medium that provide maximum bacterium growth and maintain its biocontrol efficacy (Chapter 3). First, different media combining economical nitrogen and carbon sources from commercial products and by–products were evaluated. Second, CPA–8 production was scaled up in a 5–liter bioreactor and the efficacy to control of Monilinia spp. in peaches was evaluated. The final step was B. subtilis CPA–8 formulation by spray drying (Chapters 4 and 5). This method was selected because it is a cost effective technique for bacteria preservation and results of Chapter 1 indicated that CPA–8 was heat resistant by endospores production capacity. These endospores had also demonstrated good antifungal activity against fruit postharvest pathogens. First, the role of endospore production by B. subtilis CPA–8 on its survival to spray–drying process was investigated by comparing CPA–8 with the biocontrol agent Pantoea agglomerans CPA–2 as model of heat–sensitive and non–spore forming bacterium (Chapter 4). Finally, carriers/protectants were evaluated to prepare CPA–8 formulations by spray drying; and with the best CPA–8 formulations rehydration media, shelf life stability and biocontrol efficacy during storage were evaluated (Chapter 5). The results obtained in Chapter 1 indicated that CPA–8 produces cells, heat–resistant endospores and compounds with high antifungal activity in vitro against the major fruit postharvest pathogens Botrytis cinerea, Monilinia laxa, Monilinia fructicola, Penicillium digitatum, Penicillium italicum and Penicillium expansum. Treatment of cells, endospores and cell–free supernatants of CPA–8 showed different efficacy levels to control fugal decay on oranges, apples and stone fruit, obtaining the best results against Monilinia spp. on stone fruit with disease reductions up to 100%. Dose tests demonstrated that different CPA–8 treatments at 108, 107 and 106 CFU mL–1 were effective against Monilinia spp., similar or better than Serenade Max®, a commercial biocontrol product based in a B. subtilis strain. Experimental evidence suggested that B. subtilis CPA–8 has biocontrol potential to control postharvest diseases on several fruit types, particularly against peach brown rot. The mode of action study (Chapter 2) showed that cell free supernatants and butanolic extracts from liquid cultures of B. subtilis CPA–8 had a strong antifungal activity in vitro against Monilinia spp. similar to that observed with cell suspensions. Fengycin, iturin and surfactin lipopeptides were identified by TLC in butanolic extracts from cell free supernatants of CPA–a by comparison with the B. subtilis reference strains UMAF6614 and UMAF6639, indicating that antibiosis could be the major factor involved in the CPA–8 biological control ability. TLC–bioautography analysis showed that CPA–8 antifungal activity was associated only with fengycin lipopeptide. These results were definitively supported by mutagenesis analysis targeted to suppress fengycin biosynthesis by disruption of the fenB gene. PCR and TLC–bioautography analysis allowed to identify CPA–8 transformants with reduced or suppressed antifungal activity and to select the defective phenotype associated with the lack of fengycin bands. Fruit trials confirmed that fengycin–defective mutants lost their ability to control peach brown rot disease in comparison with CPA–8 wild type strain or Serenade Max®. Taken together our data indicate that fengycin–like lipopeptides play a major role in the biological control potential of B. subtilis CPA–8 against peach brown rot. The results obtained in Chapter 3 indicate that high production levels of B. subtilis CPA–8 (>3×109 CFU mL–1) could be achieved in a low cost medium based on defatted soy flour 44 % (40 g L–1) with sucrose (20 g L–1) or molasses (5 g L–1). CPA–8 production in the optimized low cost medium was scaled–up in a 5–L bioreactor at 30 °C under shaking at 200 rpm and with air flow of 100 L h–1 and production was maintained around 3×109 CFU mL–1. Fruit trials with cells and cell free supernatants obtained from CPA–8 grown in optimized medium maintained biocontrol efficacy against M. fructicola in peaches showing disease reduction up to 95 %, similar to the treatment from bacterium grown in expensive laboratory media. CPA–8 populations survived in wounds on inoculated peaches, regardless of the culture media used. The results could be used to provide a reliable basis for the fermentation scaling–up process to an industrial level. The results obtained in Chapters 4 and 5 indicate that B. subtilis CPA–8 is heat resistant to high temperatures involved in spray–drying process by endospore production comparing with the heat sensitive and non–spore forming P. agglomerans CPA–2. The 72–h–old CPA–8 cultures spray–dried showed the best survival with 32.3 % viable cells recovery and a final concentration product of 3.3×109 CFU g–1, while CPA–2 viability was lower than 2 %. Heat resistance of CPA–8 was also depending on growth time, being 72–h–old culture more resistant than 24–h–old culture, probably due to the higher content of endospores. These results suggest that endospore production improves CPA–8 resistance to spray–drying formulation system. The study of carriers/protectants addition in spray–drying CPA–8 formulations showed that four different combinations of skim milk and MgSO4 provided reasonable recovery powder (28–38 %) and moisture content (7–13 %). CPA–8 survival varied considerably among spray–dried 24– and 72–h–old formulations. The 72 h–old CPA–8 culture spray dried showed the highest survival (28–32 %) and a final concentration product of 1.6–3.3×109 CFU g–1, while viability of 24 h–old culture formulations were lower than 1 %. Rehydration media as water or phosphate buffer provided good recovery of dried cells from CPA–8 formulations as well as skim milk or sucrose both at 10%. This result is a practical advantage. CPA–8 formulations after 4 and 6 month of storage at 4 ºC (cold) or at 20 ºC (room temperature) maintained survival and efficacy to control brown rot caused by Monilinia spp. on nectarines and peaches achieving disease incidence reductions among 90 and 100 %. Spray drying could be considered a suitable method to obtain stable and effective formulations of B. subtilis CPA–8. In conclusion, the studies in this thesis demonstrated the biocontrol potential of B. subtilis CPA–8 to control postharvest diseases of fruit and established the bases for subsequent implementation of production and formulation at commercial level.

In Bacillus subtilis, genetic competence, sporulation and antibiotic production are controlled by quorum-sensing global regulatory mechanism. Bacilysin, being produced and excreted by certain strains of Bacillus subtilis, is a dipeptide antibiotic composed of L-alanine and L-anticapsin. We showed that the biosynthesis of bacilysin is under the control of quorum sensing global regulatory pathway through the action of ComQ/ComX, PhrC (CSF), ComP/ComA in a Spo0K (Opp)-dependent manner. Recently, the ywfBCDEF genes of B. subtilis 168 were shown to carry biosynthetic core function and renamed as bacABCDE operon. The objective of the present study is to elucidate the effects of previously-identified genes srfA, oppA, comA, phrC, phrF, phrK, comQ (comX), comP, spo0H, spo0A, abrB and codY on the expression of bacilysin biosynthetic operon bacABCDE. In order to monitor the expression of bac operon a B. subtilis strain, namely OGU1, containing a transcriptional bacA-lacZ fusion at bacA locus was constructed. Subsequently, each of the above-mentioned genes of cell density signaling was insertionally inactivated by transforming the competent cells of OGU1 with chromosomal DNA of the corresponding blocked mutant strains. The resulting strains and OGU1 as the control were cultured in PA medium and bacA-directed &amp / #946 / -galactosidase activities were monitored. bacA-lacZ expression was severely impaired in the srfA, oppA, comA, phrC, phrF, phrK, comQ (comX), comP, spo0H and spo0A disrupted mutants. On the other hand, in the abrB single mutant bacA expression level increased nearly 2-fold during exponential growth and in the codY mutant it severely decreased during the stationary phase.

In this study, regulatory gene effects on recombinant human growth hormone (rhGH) production by Bacillus subtilis were investigated. For this purpose, firstly Bacillus strains, which are deficient in abrB, aprE, degQ, degS, degU, scoC, sinI, sinR, and spo0A genes, were selected according to the regulatory gene network of aprE gene (serine alkaline protease gene of B. subtilis) since due to the degQ promoter and the pre-signal sequence of subC gene cloned in front of the hGH gene, hGH is produced by mimicking the serine alkaline protease synthesis. R-Bacillus strains were constructed by transformation of pMK4::pre(subC)::hGH plasmid to the selected strains. Thereafter, by the laboratory scale experiments, strains having the highest hGH production capacity were determined as scoC, aprE, sinR, and degU knockout strains. Using these strains, fermentation experiments were carried out in pilot-scale bioreactor in defined medium. Effect of pH control was also investigated and the highest cell and hGH concentration was obtained by scoC knockout strain in pH controlled operation as 1.62 kg m-3 and 126 g m-3, respectively. By this strain, the overall product and cell yield on total substrate were found as 16.12 g kg-1 and 0.15 g g-1, respectively. Furthermore, the highest total protease activity was attained by degU knockout strain as 65 U cm-3. On the other hand, maximum total organic acid secretion was determined as 1.31 kg m-3 in aprE knockout strain.