A new bacterial disease of maize (Zea mays) in the Eastern Mediterranean Region: bacterial stalk rot disease caused by Dickeya zeae

Abstract

Aims: It is aimed to identify the bacterial pathogen that causes water soaking, browning, softening, rotting, unpleasant odour and collapses on stalks of maize plants growing in Adana and Osmaniye provinces in 2021 and 2022.

Methods and Results: Plants showing bacterial stalk rot disease symptoms were collected from maize fields in Adana and Osmaniye provinces and 29 bacterial strains were obtained in the study. Totally 22 of the obtained strains caused soft rot on potato slices in pectolytic activity tests and showed positive results in pathogenicity tests on maize seedlings. Morphological, physiological and biochemical tests, MALDI-TOF and PCR tests were used to identify the strains and the strains were compatible with Dickeya zeae. The strains showed a high match with the CFBP-2052 coded Dickeya zeae isolate found in the MALDI TOF library with 2.264; 2.332; 2.339; 2.364 and 2.365 score values. In the PCR test using the ADE1/ADE2 primer pair, all of our strains were identified as Dickeya zeae by forming bands of 420 bp.

Conclusions: In the study, the stalk rot disease caused by Dickeya zeae was observed for the first time in maize fields in Adana and Osmaniye provinces. Therefore, it is necessary to take precautions with cultural measures against the disease, which has no chemical control. So, the use of healthy and certified seeds, drip irrigation instead of wild or sprinkler irrigation, removal of all diseased plant residues from the fields, and increasing the microbial activity of the soil by beneficial microorganisms are important strategies in the management of the disease.

Significance and Impact of the Study: Dickeya zeae causal agent of bacterial stalk rot disease of maize has been isolated and identified from diseased plants such as symptoms of water-soak appearance, browning, softening, rotting, unpleasant odour and collapse of the stalks in Adana and Osmaniye provinces.

Keywords

• Dickeya zeae
• bacterial stalk rot
• maize
• diagnosis
• identification

Doğu Akdeniz bölgesinde yetişen mısır (Zea mays) bitkisinin yeni bir bakteriyel hastalığı: Dickeya zeae’nın neden olduğu bakteriyel sap çürüklüğü

Öz

Amaç: Adana ve Osmaniye illerinde mısır alanlarında görülen saplarda su emmiş görünüm, kahverengileşme, yumuşama, çürüme ve ilerleyen zamanda gövdenin yıkılması belirtilerine neden olan bakteriyel hastalığın saptanması ve etmeninin tanılanması amaçlanmıştır.

Yöntem ve Bulgular: Adana ve Osmaniye ili mısır tarlalarından hastalık belirtisi gösteren bitkiler toplanmış ve 29 adet bakteri izolatı elde edilmiştir. Elde edilen izolatlardan 22 tanesi patates dilimlerinde yumuşak çürüklük oluşturmuş ve patojenite testlerinde pozitif sonuç vermişlerdir. İzolatların tanılanmasında morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal testler, MALDI-TOF ve PCR testi kullanılmış ve izolatların Dickeya zeae ile uyumlu olduğu saptanmıştır. Beş izolat MALDI-TOF analizi ile tanılanmıştır. İzolatlar 2.264; 2.332; 2.336; 2.39 ve 2.365 skor değerleri ile MALDI TOF kütüphanesinde bulunan CFBP-2052 kodlu Dickeya zeae izolatı ile yüksek oranda eşleşme göstermiştir. ADE1/ADE2 primer çifti kullanılan PCR testinde izolatlarımızın tamamı 420 bp büyüklükte bantlar oluşturarak Dickeya zeae olarak tanılanmıştır.

Genel Yorum: Bu çalışmada Adana ve Osmaniye illerinde mısır tarlalarında sap çürüklüğü hastalığı etmeni Dickeya zeae ilk kez saptanmıştır. Kimyasal mücadelesi olmayan bu hastalığa karşı kültürel tedbirler ile önlem almak gerekmektedir. Bu nedenle sağlıklı ve sertifikalı tohum kullanmak, salma sulama yerine damlama sulamanın tercih edilmesi, yararlı organizmalar ile toprağın mikrobiyal aktivitesinin artırılması hastalıkla mücadelede önemli stratejilerdir.

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Adana ve Osmaniye illerinde mısır bitkilerinde saplarda su emmiş görünüm, kahverengileşme, yumuşama, çürüme, kötü koku oluşumu ve ilerleyen zamanda gövdenin yıkılması belirtilerine neden olan patojen izole edilmiş ve Dickeya zeae olarak tanılanmıştır.

Anahtar Kelimeler

• Dickeya zeae
• mısır
• bakteriyel sap çürüklüğü hastalığı
• teşhis
• tanı

References

1. Anonim (2020) Türkiye istatistik kurumu. https://www.tuik.gov.tr erişim tarihi 10.03.2022.
2. Anonymous (2020) Food and agriculture organization of the united nations. https://www.fao.org erişim tarihi 10.03.2022.
3. Ahmad Y, Mirza MS, Ghaffar A (2000) Pathogens associated with stalk rot of corn in Pakistan. Pakistan Journal of Botany 32(2), 251-253. Pakistan Botanical Society, Karachi, Pakistan.
4. Aktan ZC, Soylu S (2020). Diyarbakır ilinde yetişen badem ağaçlarından endofit ve epifit bakteri türlerinin izolasyonu ve bitki gelişimini teşvik eden mekanizmalarının karakterizasyonu. Kahramanmaraş Sütçü İmam Üniversitesi Tarım ve Doğa Dergisi , 23 (3) , 641-654 . DOI: 10.18016/ksutarimdoga.vi.659802.
5. Aktepe BP (2021) The effect of different plant activators and biological preparete on the biological control of bacterial speck disease in tomato. MKU. Tar. Bil. Derg. 26(2) : 355-364. DOI: 10.37908/mkutbd.908921.
6. Bitgen E, Mirik M (2021) Tekirdağ ilinde yetişen zeytin ağaçlarında dal kanseri hastalığı etmeni Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi’nin tanısı ve antagonist bakteriyel izolatlar ile biyolojik mücadelesi. MKU. Tar. Bil. Derg. 26(2) : 326-336. DOI: 10.37908/mkutbd.881977.
7. Bertani I, Passos da Silva D, Abbruscato P, Piffanelli P, Venturi V. (2013) Draft genome sequence of the plant pathogen Dickeya zeae DZ2Q, isolated from rice in Italy. Genome Announc.;1(6): e00905–13.
8. Bozokalfa MK, Eşiyok D, Uğur A (2004) Ege bölgesi koşullarında ana ve ikinci ürün bazı hibrit şeker mısır (Zea mays saccharata Sturt) çeşitlerinin verim, kalite ve bitki özelliklerinin belirlenmesi, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Dergisi, 41(1):11-19.

9. De Boer SH, Kelman A (2001). Erwinia soft rot group. In N. W Schaad (Ed.), Laboratory guide for identification of plant pathogenic bacteria (pp. 56–72). St. Paul: APS Press.
10. Filiz Doksöz S (2020). Hatay İlindeki Zeytin Dal Kanseri (Pseudomonas syringae pv. syringae) Hastalığının Tespiti ve Biyolojik Mücadele Olanaklarının Araştırılması. Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Doktora Tezi.
11. Guan Y, Chen W, Wu Y, Hu Y, Wang Y, He Z, Zheng H, (2019) First report of corn stalk rot caused by Dickeya zeae on sweet corn in Shanghai, China. Journal of Plant Pathology https://doi.org/10.1007/s42161-019-00447-8.
12. Hu M, Li, J, Chen, R. et al. (2018) Dickeya zeae strains isolated from rice, banana and clivia rot plants show great virulence differentials. BMC Microbiol 18, 136 (2018). https://doi.org/10.1186/s12866-018-1300.
13. Jafra S, Przysowa J, Gwizdek-Wiśniewska A, van der Wolf JM. (2008) Potential of bulb-associated bacteria for biocontrol of hyacinth soft rot caused by Dickeya zeae. J Appl Microbiol.;106:268–77.
14. Karnez E, Güldoğan Ö, Ercan N, Korkmaz K, Aysan Y (2021) Domateste bakteriyel benek hastalığının mücadelesinde vermikompost uygulamasının etkisi. MKU. Tar. Bil. Derg. 26(3) : 726-735. DOI: 10.37908/mkutbd.986521.
15. Kırtok Y (1998) Mısır Üretimi ve Kullanımı, Kocaoluk Basım ve Yayınevi.
16. Kumar A, Hunjan MS, Kaur H, Singh PP (2015b). Characterizing diversity of Dickeya zeae causing bacterial stalk rot of maize based on biochemical assays and antibiotic sensitivity. Indian phytopath. 68: 375-379.
17. Kumar A, Hunjan MS, Kaur1 H, Kaur R, Singh, PP (2016) Evaluation of management of bacterial stalk rot of maize (Dickeya zeae) using some chemicals and bio-agent. Journal of Applied and Natural Science 8 (3):1146 – 1151
18. Kurt Ş, Soylu S, Uysal A, Soylu EM, Kara M (2020). Ceviz gövde kanseri hastalığı etmeni Botryosphaeria dothidea’nın tanılanması ve bazı fungisitlerin hastalık etmenine karşı in vitro antifungal etkinliklerinin belirlenmesi. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, 25 (1), 46-56. DOI: 10.37908/mkutbd.6861
19. Kumar A, Hunjan MS, Kaur H, Dhillon HK, Singh PP. (2017) Biochemical responses associated with resistance to bacterial stalk rot caused by Dickeya zeae in maize. J Phytopathol.;165:822–32.
20. Lelliott RA, Stead DE (1987). Methods for the diagnosis of bacterial diseases of plants. Oxford: Blackwell Scientific Publications Martinez-Cisneros BA, Juarez-Lopez G, Valencia-Torres N, Duran-Peralta E, Mezzalama M (2014). First report of bacterial stalk rot of maize caused by Dickeya zeae in Mexico. Plant Dis.;98(9):1267.
21. Martinez-Cisneros BA, Juarez-Lopez G, Valencia-Torres N, Duran-Peralta E, Mezzalama M, (2014). First report of bacterial stalk rot of maize caused by Dickeya zeae in Mexico.Plant Disease 98(9), 1267. American Phytopathological Society (APS Press), St. Paul, USA. English language.
22. Myung I, Jeong IH, Moon SY, Kim WG, Lee SW, Lee YH, Lee Y, Shim HS, Ra DS, (2010) First report of bacterial stalk rot of sweet corn caused by Dickeya zeae in Korea. New Disease Reports 22, 15. [doi:10.5197/j.2044-0588.2010.022.015].
23. Nassar A, Darrase A, Lemattre M, Kotoujansky A, Dervin C, Veled R, Bertheau Y, (1996). Characterization of Erwinia chrysanthemi by pectinolytic isozyme polymorphism and restriction fragment length polymorphism analysis of PCR-amplified fragments of pel genes. Applied and Environmental Microbiology, 62:2228-2235.
24. Nishat Asif, Mall TP, (2009). Prevalence of maize diseases in Bahraich (U.P.). Annals of Plant Protection Sciences 17(2), 512-513. Oerke E. C. (2006). Crop losses to pests. J. Agri. Sci.144:31 -43.
25. Parkinson N, Devos P, Pirhonen M, Elphinstone J Dickeya aquatica sp nov., isolated from waterways. Int J Syst Evol Microbiol. 2014;64(7):2264–6.
26. Prokić A, Zlatković N, Kuzmanović N. et al. (2020) Identification and characterization of Dickeya zeae strains associated with maize stalk soft-rot in northern Serbia.Eur J Plant Pathol 157, 685–691. https://doi.org/10.1007/s10658-020-02019-4.
27. Ramachandran K, Manaf UA, Zakaria L (2015) Molecular characterization and pathogenicity of Erwinia spp. associated with pineapple Ananas comosus (L.) Merr.] and papaya (Carica papaya L.). J Plant Protection Res.;55(4):396–404.
28. Reifschneider FJB, Lopes CA, (1982) Bacterial top and stalk rot of maize in Brazil. Plant Disease , 519-520.
29. Resul V, İmam Adem B (2021) Maydanoz bakteriyel yaprak leke hastalığı (Pseudomonas syringae pv. apii) ile biyolojik mücadelede antagonist bakterilerin kullanım olanaklarının araştırılması. Mustafa Kemal Üniversitesi Tarım Bilimleri Dergisi, Cilt 26, Sayı 3, 649 - 660, 07.12.2021.
30. Sah DN, (1991) Influence of environmental factors on infection of maize (Zea mays L.) by Erwinia chrysanthemi pv.zeae. Journal of the Institute of Agriculture and Animal Science 12, 41-45. English language.
31. Sambrook JE, Fritsch F, Maniatis T (1989) Molecular Cloning. A Laboratory Manual Appendixes, 2nd Edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press, p.6.4-6.20 USA.
32. Samson R, Legendre JB, Christen R, Fischer-Le Saux M, Achouak W, Gardan L. (2005) Transfer of Pectobacterium chrysanthemi (Burkholder et al. 1953) Brenner et al. 1973 and Brenneria paradisiacato the genus Dickeya gen. nov. As Dickeya chrysanthemi comb. nov. And Dickeya paradisiaca comb. nov. and delineation of four novel species, Dickeya dadantii sp. nov., Dickeya dianthicola sp. nov., Dickeya dieffenbachiae sp. nov. and Dickeya zeae sp. nov. Int J Syst Evol Microbiol.;55(4):1415–27. https://doi.org/10.1099/ijs.0.02791-0.
33. Saxena SC, Lal S. (1981) Effect of fertilizer application on the incidence of bacterial stalk rot of maize. Indian J. Mycol. Plant Pathol. 111:164.
34. Soylu EM, Soylu S, Kara M, Kurt Ş (2020) Sebzelerde sorun olan önemli bitki fungal hastalık etmenlerine karşı vermikomposttan ızole edilen mikrobiyomların in vitro antagonistik etkilerinin belirlenmesi. KSU Tar. ve Doğa Der. 23(1): 718.
35. Suriani Baharuddin Patandjengi, Muh Junaid, Amran Muis (2021) The presence of bacterial stalk rot disease on corn in Indonesia: A review IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 911-012058 doi:10.1088/1755-1315/911/1/012058.
36. Thind BS, Payak MM, (1985) A review of bacterial stalk rot of maize in India. Tropical Pest Management 31(4), 311-316. English language.
37. Tian Y, Zhao Y, Yuan X, Yi J, Fan J, Xu Z, Hu B, De Boer SH, Li X. Dickeya fangzhongdai sp. nov., a plant-pathogenic bacterium isolated from pear trees (Pyrus pyrifolia). Int J Syst Evol Microbiol. 2016;66(8):2831–5.
38. Toth IK, van der Wolf JM, Saddler G, Lojkowska E, Hélias V, Pirhonen M, Tsror L, Elphinstone JG. (2011) Dickeya species: an emerging problem for potato production in Europe. Plant Pathol.;60:385–99.
39. Varhan R, Bozkurt İA (2021) Maydanoz bakteriyel yaprak leke hastalığı (Pseudomonas syringae pv. apii) ile biyolojik mücadelede antagonist bakterilerin kullanım olanaklarının araştırılması. MKU. Tar. Bil. Derg. 26(3) : 649-660. DOI: 10.37908/mkutbd.917150.
40. Yanchang Y, Ziting Y, g Muqing Z, Chengwu Z, Chen Baoshan C (2021) First report of stalk bacterial soft rot of sugarcane caused by Dickeya zeae in China. Plant Disease 105(4), 1188-1188. American Phytopathological Society (APS Press), St. Paul, USA.
41. Yang QY, Jiang SB, Zhang JX, Shen HF, Sun DY, Pu XM, Lin BR, (2019) First report of Dickeya zeae causing bacterial soft rot on Canna edulis in China. Plant Disease 2019 103 1 146.
42. Zhang JX, Shen HF, Pu XM, Lin BR (2014) Identification of Dickeya zeae as a casual agent of bacterial soft rot in banana in China. Plant Dis.;98(4):436–42.