Use of Different Bacillus Species in the Biological Control of Tomato Bacterial Speck Disease

Abstract

Bacterial Speck Disease caused by Pseudomonas syringae pv. tomato is an important tomato bacterial disease that causes yield losses. In recent years, the disease has been a problem in tomato growing areas such as greenhouses and open fields and also commercial nurseries. Seed treatment is an important disease management strategy in the control of the disease, and seed treatments using by antagonistic microorganisms are an effective and environmentally friendly disease control method. In the research, biological control possibilities of the disease were investigated with antagonistic bacterial microorganisms isolated from tomato fields. In order to isolate the antagonists, a total of 36 soil and root samples were collected from the tomato plant growing areas in Erdemli and Toroslar districts of Mersin province. A total of 323 candidate antagonist bacterial strains were isolated from these samples in their isolations according to bacteriological techniques. The antimicrobial effects of these strains were investigated by in vitro petri dishes, and 12 antagonistic strains formed an inhibition zone between 2.3-11.0 mm and suppressed the growth of the pathogen. The strains reduced the disease incidence by 33-95% ratios and disease severity by 28-95% ratios when the twelve strains, which were successful in in vitro tests, were applied to tomato seeds as biological seed treatments. Applications did not have a negative effect on seed germination. In the second biological seed treatment experiment with the four most successful antagonistic bacterial strains, the disease was suppressed by 81-100% ratios. Thus, the effect of successful antagonists has been proven for the second time. The MALDI-TOF MS technique was used in the identification of the successful antagonistic strains, it was determined that the antagonists were identified as Bacillus subtilis, Bacillus pumilus and Paenobacillus polymyxa. It has been shown in the study that Bacillus species with antagonist properties can be used successfully as biological seed treatments in the control of Bacterial Speck Disease on tomatoes. It should be investigated in the further research that the effect of the antagonistic Bacillus strains on the inhibition of the disease on foliage parts of tomato, their mechanism of action and the effects on other antagonists, plant pathogens. There is also a need for detailed studies such as mass production, obtaining licenses and patents for its practical use. It was concluded that the antagonistic strains can be used in part of the integrated disease management programs after the additional experiments are performed.

Keywords

• Antagonist
• Bacterial speck
• Biological control
• Tomato
• Seed treatment

Domates Bakteriyel Benek Hastalığının Biyolojik Mücadelesinde Farklı Bacillus Türlerinin Kullanımı

Abstract

Pseudomonas syringae pv. tomato’ nun neden olduğu Bakteriyel Benek Hastalığı domateste verim kayıplarına neden olan önemli bir bakteriyel hastalıktır. Bu hastalık son yıllarda domates yetiştirilen tarla ve seralarda hatta ticari fideliklerde sorun oluşturmaktadır. Hastalığın mücadelesinde tohum uygulamaları önemli bir hastalık mücadele stratejisidir ve antagonist mikroorganizmaları kullanarak biyolojik tohum uygulamaları etkili ve çevre dostu bir mücadele şeklidir. Bu çalışmada, domates alanlarından izole edilen antagonist bakteriyel mikroorganizmalarla hastalığın biyolojik mücadele olanakları araştırılmıştır. Antagonistleri izole etmek için Mersin ili Erdemli ve Toroslar ilçesinde domates bitkisinin yetiştiği alanlardan toplam 36 adet toprak ve kök örnekleri toplanmıştır. Bu örneklerden bakteriyolojik tekniklere göre yapılan izolasyonlarda toplam 323 adet aday antagonist bakteri izolatı elde edilmiştir. Bu izolatların antimikrobiyal etkileri in vitro petri denemeleriyle incelenmiş ve 12 izolat 2.3-11.0 mm arasında inhibisyon zonu oluşturarak patojenin gelişimini baskı altına almıştır. In vitro çalışmalarda başarılı bulunan 12 adet antagonistik bakteri izolatı patojenle suni olarak bulaştırılmış tohuma uygulandığında hastalığın %33-95 oranında azaldığı ve hastalık şiddetinin %28-95 arasında baskılandığı saptanmıştır. Uygulamalar tohum çimlenmesinde olumsuz bir etki yaratmamıştır. En başarılı bulunan dört antagonist bakteri izolatlarıyla yapılan ikinci biyolojik tohum uygulaması denemesinde, hastalık %81-100 oranında baskılanmıştır. Böylece başarılı antagonistlerin etkisi ikinci kere kanıtlanmıştır. Bu başarılı izolatların tanı çalışmalarında MALDI-TOF MS tekniğinden faydalanılmıştır ve yapılan tanı testlerine göre antagonistlerin Bacillus subtilis, Bacillus pumilus ve Paenobacillus polymyxa olduğu belirlenmiştir. Yapılan bu çalışmayla, antagonist özellikteki Bacillus türlerinin domateste Bakteriyel Benek Hastalığının mücadelesinde biyolojik tohum uygulaması olarak başarıyla kullanılabileceği gösterilmiştir. Gelecekte antagonistik Bacillus izolatların yeşil aksamdaki bu hastalığı engelleme oranı, etki mekanizmaları ve diğer antagonistlere, bitki patojenlerine olan etkileri araştırılmalıdır. Pratikte kullanımı için kitle üretimleri, ruhsat ve patent alma gibi detaylı çalışmalara da ihtiyaç vardır. Antagonistlerle ek denemeler yapıldıktan sonra bu hastalığın entegre yönetiminin bir parçası olarak kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.

Keywords

• Antagonist
• Bakteriyel Benek
• Biyolojik Mücadele
• Domates
• Tohum uygulamaları
• Bacterial speck
• Biological control
• Tomato
• Seed treatment

References

1. Anonim, (2021). Örtü Altı Domates Yetiştiriciliği. Gıda, Tarım ve Hayvancılık Bakanlığı Tarımsal Araştırmalar ve Politikalar Genel Müdürlüğü Alata Bahçe Kültürleri Araştırma Enstitüsü, Erdemli-Mersin. https://arastirma.tarimorman.gov.tr/alata/Belgeler/Diger-belgeler/%C3%96rt%C3%BCalt%C4%B1DomatesYeti%C5%9Ftiricili%C4%9FiAAta.pdf Erişim:26.12.2021
2. Aktepe, B.P. (2018) Erwinia amylovora’nın biyolojik mücadelesinde epifitik bakteri ve mayaların etkilerinin araştırılması. (Doktora Tezi) Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
3. Aktepe, B.P. (2021) The effect of different plant activators and biological preparete on the biological control of bacterial speck disease in tomato. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi 26(2): 355-364.
4. Aysan, Y. (1999). Domates bakteriyel leke hastalığının tanımı, ırklarının tespiti, domates tohumlarında saptanması ve kimyasal savaşıma alternatif yöntemlerin araştırılması üzerine çalışmalar. (Doktora Tezi) Çukurova Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Adana.
5. Aysan, Y., Mirik, M., Çetinkaya-Yıldız, R., Küsek, M. (2005). Pseudomonas syringae pv. tomato’nun yayılmasına tohum kökenli inokulumun rolü. Türkiye II. Tohumculuk Kongresi 9-11 Kasım, 353s, Adana, Türkiye.
6. Aysan, Y., Saygılı, H. (2008). Bitki Bakteri Hastalıkları. Meta Basım Matbaacılık Hizmetleri, İzmir.
7. Aysan, Y., Üstün, N., Mirik, M., Saygılı, H., Şahin, F. (2019). Bitki Bakteri Hastalıkları. Toprak Ofset Matbaacılık, Tekirdağ.
8. Cemen, A., Aysan, Y., Horuz, S., Saygılı, H. (2018). Potential of bacteriophages to control bacterial speck of tomato (Pseudomonas syringae pv. tomato. Fresenius Environmental Bulletin, 27:9366-9373.

9. Çakar, G., Tozlu, E. (2022). The biological control of Fusarium oxysporum, the causal agent of potato rot. Gesunde Pflanzen, 74: 305-315.
10. Devash, Y., Okon, Y., Henis, Y. (1980). Survival of Pseudomonas tomato in soil and seeds. Phytopathologische Zeitschrift. 99: 175-185.
11. Horuz, S., Aysan, Y. (2018). Biological control of watermelon seedling blight caused by Acidovorax citrulli using antagonistic bacteria from the genera Curtobacterium, Microbacterium and Pseudomonas. Plant Protection Science 54: 138-146.
12. Horuz, S., Ocal, A,. Aysan, Y. (2018). Efficacy of hot water and chemical seed treatments on bacterial speck of tomato in Turkey. Fresenius Environmental Bulletin, 27(5): 3185-3190.
13. Jardine, D.J., Stephens, C.T. (1987). Influence of timing of application and cheminal on control of bacterial speck of tomato. Plant Disease, 71:405-408.
14. Ji, P., Campbell, H.L., Kloepper, J.W., Jones, J.B., Suslow, T.V., Wilson, M. (2005). Integrated biological control of bacterial speck and spot of tomato under weld conditions using foliar biological control agents and plant growth-promoting rhizobacteria. Biological Control 36:358–367.
15. Jones, J.B., Jackson, L.E., Balogh, B., Obradovic, A., Iriarte, F.B., Momol, M.T. (2007). Bacteriophages for plant disease control. Annual Review of Phytopathology, 45: 245-262.
16. Jones, J.B., Jones, J.P., Stall R.E., Zitter, T.A. (1991). Compedium of Tomato Diseases. ASP Pres, Minnesota, USA. Karabüyük, F., Aysan Y. (2019). Bazı bitki ekstraklarının Pseudomonas syringae pv. tomato’nun neden olduğu domates bakteriyel benek hastalığına antibakteriyel etkisi. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 16(2) 231-243.
17. Karman, M. (1971). Bitki Koruma Araştırmalarında Genel Bilgiler, Demelerin Kuruluşu ve Değerlendirme Esasları. T. C. Tarım Bakanlığı Zirai Mücadele ve Karantina Genel Müdürlüğü Yayınları, Ankara.
18. Karnez, E., Güldoğan, Ö., Ercan, N., Korkmaz, K., Aysan, Y. (2021). Domateste bakteriyel benek hastalığının mücadelesinde vermikompost uygulamasının etkisi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi 26(3): 726-735.
19. Lanna-Filho R., Souza R.M, Alves E. (2017). Induced resistance in tomato plants promoted by two endophytic bacilli against bacterial speck. Tropical Plant Pathology 42: 96-108.
20. Lelliott, R.A., Stead, D.E. (1987). Methods in Plant Pathology. Published on behalf of the British Society for Plant Pathology by Blackwell Scientific Publications, Oxford, UK.
21. Martinez-Cano, B., Garcia-Trejo, J.F., Sanchez-Gutierrez, A.E., Toledano-Ayala, M., Soto-Zarazua, G.M. (2022) Isolation and characterization of plant growth-promoting compost bacteria that improved physiological characteristics in tomato and lettuce seedlings. Agriculture, 12(1):3.
22. Mc Carter, S.M., Jones, J.B., Gıtaıtıs, T.D., Smıtley, D.R. (1983). Survial of Pseudomonas syringae pv tomato in association with tomato seed, soil, host tissue and epiphytic weed hosts in Georgia. Phytopathology 73:1393-1398.
23. McLeod A., Masimba T., Jensen T., Serfontein S.C. (2017). Evaluating spray programs for managing copper resistant Pseudomonas syringae pv. tomato populations on tomato in the Limpopo region of South Africa. Crop Protection 102: 32-42.
24. Miller, S.A., Jones, J.B. (2014). Bacterial Speck. (Editors: J.B Jones, T.A Zitter, T.M. Momol and S.A. Miller) In: Compendium of Tomato Diseases and Pests, Second Edition, The American Phytopathological Society, 54-55p.
25. Mitchell, R.E. (1992). Metabolites from pseudomonads that inhibit the growth of Erwinia amylovora. Sixth International Workshop on Fire Blight, Athens, Greece 21.
26. Pavlovic, M., Konrad, R., Iwobi, A.N., Sing, A., Busch, U., Huber, I. (2012). A dual approach employing MALDI-TOF MS and Real-Time PCR for fast species identification within the Enterobacter cloacae complex. FEMS Microbiology Letters, 328: 46-53.
27. Saad A.T., Hassan, H.A. (2000). Pathogenesis and control of bacterial speck, Pseudomonas syringae pv. tomato, on tomato. EPPO Bulletin 30:341–345.
28. Silva, J.R.C., de Souza, R.M., Zacarone, A.B., da Silva, L.H.C.P., Castro, A.M.S. (2008). Control with endophytic bacteria and in vitro inhibition of Pseudomonas syringae pv tomato, agent of bacterial speck of tomato. Ciência e Agrotecnologia, 32(4): 1062-1072.
29. Soylu, E.M., Soylu, S., Kara, M., Kurt, Ş. (2020). Sebzelerde sorun olan önemli bitki fungal hastalık etmenlerine karşı vermikomposttan izole edilen mikrobiyomların in vitro antagonistik etkilerinin belirlenmesi. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi 23(1): 7-18.
30. Tekiner, N., Kotan, R., Tozlu, E., Dadaşoğlu, F. (2019). Determination of some biological control agents against alternaria fruit rot in quince. Alinteri Journal of Agriculture Sciences, 34(1): 25-31.
31. Timmusk, S., Grantcharova, N., Wagner, E.G. (2005). Paenibacillus polymyxa invades plant roots and forms biofilms. Applied and Environmental Microbiology, 71(11): 7292–7300.
32. Umarusman , M., Aysan, Y., Özgüven, M. (2019). Farklı bitki ekstraktlarının bezelye bakteriyel yaprak yanıklığına (Pseudomonas syringae pv. pisi) antibakteriyel etkilerinin araştırılması. Tekirdağ Ziraat Fakültesi Dergisi, 16(3): 297-314.