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Publication
Entomopathogenic fungi from Algarve region (Portugal): studies on their natural occurrence in the soil and multitrophic interactions that shape their biocontrol potential
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
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Authors
Abstract(s)
The entomopathogenic fungi (EPF) are well-known beneficial soil organisms naturally
occurring in the soil. Learning about their natural distribution in representative habitats and their
interactions with other soil organisms can establish the best ecological scenario for the activity as
biocontrol agents. Also, the co-formulation of two entomopathogens with plant-based products can be
an affordable approach for farmers. With the Algarve region (Portugal) as a research frame, the objectives
of this PhD thesis were: (1) to investigate the natural distribution of EPF in soils from the Algarve in four
habitats (oak, pines, palmettoes, and citrus groves) and two soil eco-regions (calcareous and noncalcareous),
(2) to evaluate whether the presence of entomopathogenic nematodes (EPN) or/and
nematophagous fungi (NF) can affect the biocontrol potential of EPF, and (3) to investigate the impact
of plant-based oil adjuvants on biocontrol activity of single or combined EPF and EPN, and the impact
of time and temperature in the EPN survival and activity.
Firstly, we combined three isolation methods (fresh soil, dry soil, and selective media) to
investigate the natural EPF distribution in the Algarve, using traditional and molecular tools for the
identification. We established the assemblage of the EPF with the soil properties and EPN by using
multivariate analysis. Second, we investigated the multitrophic interactions in single (EPF, EPN, NF),
dual (EPN+EPF, EPF+NF, EPN+NF) and triple (EPN+EPF+NF) combinations of one EPF (Beauveria
bassiana), one EPN (Steinernema feltiae), and two NF (Arthrobotrys musiformis and Purpureocillium
lilacinum). Three different fungal applications (contact with mycelia, immersion, and injection)
simulated different timing of fungal arrival. Also, we evaluated the interaction in the mycelia growth
between EPF and NF species. We tested the impact on biocontrol of two plant-based oils (coconut and
olive oils) when combined the EPF B. bassiana and the EPN Steinernema colombiense. Also, the
viability and virulence of EPN incubated at five temperatures (4, 8, 14, 20, and 24°C) and five incubation
times (1, 3, 7, 14, and 21 days) with both plant-based adjuvants was also evaluated.
The distribution of EPF in the Algarve region was not driven by botanical group or by ecoregion
(calcareous versus non-calcareous). Five EPF species were identified, with B. bassiana as the dominant
EPF (34% of the localities), followed by Fusarium solani (26%), and F. oxysporum (14%), both reported
as EPF for the first time in Portugal. The species P. lilacinus (8%) and Metarhizium anisopliae (2%)
were minority. Soil pH, organic matter, and Mg content explained most of the variability of the EPF
community and EPN species-specific distribution. Second, we observed that EPF B. bassiana limited
both NF species growth and viceversa. The EPF B. bassiana dominated triple-interaction when mycelia
were exposed. The EPN S. feltiae dominated the triple-interaction in immersion exposure. The NF A.
musiformis caused larval mortality if vectored inside the host. Finally, the plant-based oils tested wer compatible with the EPF and EPN. The combination of EPN+EPF produced an additive effect. EPN
survival was higher in coconut than olive oil and water mixtures up to 7 days at 4ºC. Moreover, olive oil
supported higher larval mortality caused by EPN than coconut oil at 4-20ºC and 14 days. Overall, this
thesis provides new insights on the interactions occuring in the soil that can modulate their activity of
EPF as biological control agents.
Os fungos entomopatogénicos (EPF) são organismos benéficos e bem conhecidos de ocorrência natural no solo. Estudar a sua distribuição natural em habitats representativos e as suas interações com outros organismos do solo pode estabelecer um melhor cenário ecológico para a atividade como agentes de biocontrolo. Além disso, a co-formulação de dois fungos entomopatogénicos com produtos à base de plantas pode ser uma abordagem acessível para os agricultores. Tendo a região do Algarve (Portugal) como quadro de investigação, os objetivos desta tese de doutoramento foram: (1) investigar a distribuição natural dos EPF em solos do Algarve em quatro habitats (carvalho, pinheiro, palmeira anã e citrinos) e duas ecorregiões de solo (calcário e não calcário), (2) avaliar se a presença de nemátodes entomopatogénicos (EPN) ou/e fungos nematófagos (NF) pode afetar o potencial biocontrolo dos EPF, e (3) investigar o impacto na atividade de biocontrole dos EPF de adjuvantes de óleo à base de plantas, EPF e EPN individual ou em combinação, e o impacto do tempo e da temperatura na sobrevivência e atividade da EPN. Em primeiro lugar, combinámos três métodos de isolamento (solo fresco, solo seco e meios selectivos) para investigar a distribuição natural dos EPF no Algarve, utilizando ferramentas tradicionais e moleculares para a identificação. Estabelecemos a relação dos EPF com as propriedades do solo e dos EPN por meio de análise multivariada. Em segundo lugar, investigamos a interações multitróficas em combinações simples (EPF, EPN, NF), duplas (EPN + EPF, EPF + NF, EPN + NF) e triplas (EPN + EPF + NF) de um EPF (Beauveria bassiana), um EPN (Steinernema feltiae) e dois NF (Arthrobotrys musiformis e Purpureocillium lilacinum). Três aplicações diferentes de fungos (contacto com micélios, imersão e injeção) simularam tempos diferentes de chegada do fungo. Além disso, avaliamos a interação no crescimento de micélios entre espécies de EPF e NF. Testamos o impacto de dois óleos vegetais (óleo de coco e azeite) no biocontrolo, quando combinados o EPF B. bassiana e o EPN Steinernema colombiense. Além disso, foi também avaliada a viabilidade e virulência do EPN incubado a cinco temperaturas (4, 8, 14, 20 e 24 ° C) e cinco tempos de incubação (1, 3, 7, 14 e 21 dias) com ambos os adjuvantes à base de plantas. A distribuição dos EPF na região do Algarve não foi determinada por grupo botânico ou ecorregião (calcário versus não calcário). Foram identificadas cinco espécies de EPF, sendo B. bassiana o EPF dominante (34% das localidades), seguida de Fusarium solani (26%) e F. oxysporum (14%), ambas reportadas como EPF pela primeira vez em Portugal. As espécies P. lilacinus (8%) e Metarhizium anisopliae (2%) foram as menos representadas. O pH do solo, a matéria orgânica e o conteúdo de Mg explicaram a maior parte da variabilidade da comunidade dos EPF e da distribuição específica das espécies dos EPN. Em segundo lugar, observámos que o EPF B. bassiana limitou o crescimento das espécies de NF e viceversa. O EPF B. bassiana dominou a interação tripla aquando da exposição dos micélios. O EPN S. feltiae dominou a interação tripla na exposição por imersão. O NF A. musiformis causou mortalidade larval quando introduzido dentro do hospedeiro. Finalmente, os óleos vegetais testados foram compatíveis com os EPF e EPN. A combinação de EPN + EPF produziu um efeito aditivo. A sobrevivência de EPN foi maior em misturas de coco do que de azeite e água por até 7 dias a 4ºC. Além disso, o azeite suportou maior mortalidade larval causada por EPN do que o óleo de coco a 4-20ºC e 14 dias. No geral, esta tese fornece novas perspetivas sobre as interações que ocorrem no solo, as quais podem modular a atividade dos EPF como agentes de controlo biológico.
Os fungos entomopatogénicos (EPF) são organismos benéficos e bem conhecidos de ocorrência natural no solo. Estudar a sua distribuição natural em habitats representativos e as suas interações com outros organismos do solo pode estabelecer um melhor cenário ecológico para a atividade como agentes de biocontrolo. Além disso, a co-formulação de dois fungos entomopatogénicos com produtos à base de plantas pode ser uma abordagem acessível para os agricultores. Tendo a região do Algarve (Portugal) como quadro de investigação, os objetivos desta tese de doutoramento foram: (1) investigar a distribuição natural dos EPF em solos do Algarve em quatro habitats (carvalho, pinheiro, palmeira anã e citrinos) e duas ecorregiões de solo (calcário e não calcário), (2) avaliar se a presença de nemátodes entomopatogénicos (EPN) ou/e fungos nematófagos (NF) pode afetar o potencial biocontrolo dos EPF, e (3) investigar o impacto na atividade de biocontrole dos EPF de adjuvantes de óleo à base de plantas, EPF e EPN individual ou em combinação, e o impacto do tempo e da temperatura na sobrevivência e atividade da EPN. Em primeiro lugar, combinámos três métodos de isolamento (solo fresco, solo seco e meios selectivos) para investigar a distribuição natural dos EPF no Algarve, utilizando ferramentas tradicionais e moleculares para a identificação. Estabelecemos a relação dos EPF com as propriedades do solo e dos EPN por meio de análise multivariada. Em segundo lugar, investigamos a interações multitróficas em combinações simples (EPF, EPN, NF), duplas (EPN + EPF, EPF + NF, EPN + NF) e triplas (EPN + EPF + NF) de um EPF (Beauveria bassiana), um EPN (Steinernema feltiae) e dois NF (Arthrobotrys musiformis e Purpureocillium lilacinum). Três aplicações diferentes de fungos (contacto com micélios, imersão e injeção) simularam tempos diferentes de chegada do fungo. Além disso, avaliamos a interação no crescimento de micélios entre espécies de EPF e NF. Testamos o impacto de dois óleos vegetais (óleo de coco e azeite) no biocontrolo, quando combinados o EPF B. bassiana e o EPN Steinernema colombiense. Além disso, foi também avaliada a viabilidade e virulência do EPN incubado a cinco temperaturas (4, 8, 14, 20 e 24 ° C) e cinco tempos de incubação (1, 3, 7, 14 e 21 dias) com ambos os adjuvantes à base de plantas. A distribuição dos EPF na região do Algarve não foi determinada por grupo botânico ou ecorregião (calcário versus não calcário). Foram identificadas cinco espécies de EPF, sendo B. bassiana o EPF dominante (34% das localidades), seguida de Fusarium solani (26%) e F. oxysporum (14%), ambas reportadas como EPF pela primeira vez em Portugal. As espécies P. lilacinus (8%) e Metarhizium anisopliae (2%) foram as menos representadas. O pH do solo, a matéria orgânica e o conteúdo de Mg explicaram a maior parte da variabilidade da comunidade dos EPF e da distribuição específica das espécies dos EPN. Em segundo lugar, observámos que o EPF B. bassiana limitou o crescimento das espécies de NF e viceversa. O EPF B. bassiana dominou a interação tripla aquando da exposição dos micélios. O EPN S. feltiae dominou a interação tripla na exposição por imersão. O NF A. musiformis causou mortalidade larval quando introduzido dentro do hospedeiro. Finalmente, os óleos vegetais testados foram compatíveis com os EPF e EPN. A combinação de EPN + EPF produziu um efeito aditivo. A sobrevivência de EPN foi maior em misturas de coco do que de azeite e água por até 7 dias a 4ºC. Além disso, o azeite suportou maior mortalidade larval causada por EPN do que o óleo de coco a 4-20ºC e 14 dias. No geral, esta tese fornece novas perspetivas sobre as interações que ocorrem no solo, as quais podem modular a atividade dos EPF como agentes de controlo biológico.
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Keywords
Organismos entomopatogénicos Fungos nematófagos Distribuição natural Controlo biológico Ecologia do solo Adjuvantes de óleos vegetais