Determination of the efficacy of endophytic fungi obtained from apple (Malus domestica) trees on apple proliferation phytoplasma disease (Candidatus Pyhtoplasma mali)

Abstract

Aims: Purpose of this study was to determine the efficacy of endophytic fungi in biological control of Apple Proliferation (AP) Phytoplasma Disease (Candidatus Pyhtoplasma mali). Thus, it was aimed to provide the opportunity to develop different control strategies against the disease agent, which is practically not possible to control chemically.

Methods and Results: A total of 50 different orchards were visited to search for the presence of AP and fungal endophyte isolates. For phytoplasma disease 360 samples and for fungal endophytes 198 samples were collected from healthy and symptomatic trees. Of the 360 apple samples which were tested against phytoplasma, 29 were found to be infected with ‘Ca. P. mali’. Endophyte fungi species were isolated from healthy and ‘Ca. P. mali’ infected apple trees. Morphological and molecular diagnosis and also pathogenicity studies were carried out with the isolated fungi. The efficacy of Epicoccum nigrum, Aureobasidium pullulans and Ulocladium consortiale, which were the most commonly isolated endophyte fungi from healthy apple trees, were investigated against AP disease. It was determined that each fungus isolate affected the AP disease intensity at different levels, the highest effect belonged to A. pullulans, and it decreased the AP disease intensity with an effect value of 34.18% after the application.

Conclusions: Possible biological control applications are very important because there is no chemical control of AP disease which is on the quarantine list. Aureobasidium pullulans was found to reduce the phytoplasma density more than the other 2 different endophyte fungus species inoculated on trees infected with AP. Therefore, A. pullulans could be a biological control agent which can be used in the AP disease control.

Significance and Impact of the Study: In this study, the effects of endophyte fungi, which are biological control agents, on AP disease in apples were investigated for the first time in Turkey and important preliminary findings were obtained in the development of disease control strategies.

Keywords

• Malus domestica
• pyhtoplasma
• apple proliferation phytoplasma
• fungal endophytes
• control

Elma (Malus domestica) ağaçlarından elde edilen endofitik fungusların elma çoklu sürgün fitoplazma hastalığı (Candidatus Pyhtoplasma mali) üzerine etkinliklerinin belirlenmesi

Öz

Amaç: Bu çalışmada Elma Çoklu Sürgün Fitoplazma Hastalığı (EÇSF) (Candidatus Pyhtoplasma mali)’nın biyolojik mücadelesinde endofitik fungusların etkinliğinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Böylece pratikte kimyasal mücadele olanağı olmayan hastalık etmenine karşı farklı kontrol stratejileri geliştirilebilme olanağının sağlanması hedeflenmiştir.

Yöntem ve Bulgular: EÇSF ve endofit fungus izolasyonları için toplam 50 farklı bahçe gezilerek fitoplazma testleri için 360 ağaçtan, endofit funguslar için ise hem sağlıklı hem de fitoplazma ile enfekteli 198 ağaçtan bitki örneği toplanmıştır. Fitoplazma açısından testlenen 360 örnekten 29 tanesi ‘Ca. P. mali’ ile enfekteli bulunmuştur. ‘Ca. P. mali’ ile enfekteli ve sağlıklı elma ağaçlarından endofit fungus türleri izole edilmiş, bu fungusların morfolojik ve moleküler tanısı ile birlikte patojenisite çalışmaları yapılmıştır. Sağlıklı elma ağaçlarından en yaygın olarak izole edilen endofit funguslardan Epicoccum nigrum, Aureobasidium pullulans, Ulocladium consortiale’nin EÇSF hastalığına karşı etkinlikleri incelenmiştir. Her bir fungus izolatının EÇSF hastalık yoğunluğunu farklı düzeylerde etkilediği, en yüksek etkinin A. pullulans’a ait olduğu ve EÇSF hastalık yoğunluğunu uygulama sonrası %34,18 etki değeri ile azalttığı belirlenmiştir.

Genel Yorum: EÇSF hastalığının etkili bir kimyasal mücadelesinin bulunmaması ve etmenin karantina listesinde yer alması nedeniyle olası biyolojik mücadele uygulamaları oldukça önemlidir. EÇSF ile enfekteli ağaçlara inokule edilen 3 farklı endofit fungus türünden Aureobasidium pullulans’ın fitoplazma yoğunluğunu diğer 2 etmene göre daha fazla azaltmasından dolayı A. pullulans hastalıkla mücadelede kullanılabilecek biyolojik mücadele ajanı olabilir.

Çalışmanın Önemi ve Etkisi: Bu çalışma ile biyolojik mücadele ajanı olan endofit fungusların elmalarda EÇSF hastalığı üzerine etkileri Türkiye’de ilk kez araştırılmış ve hastalığın kontrol stratejilerinin oluşturulmasında önemli ön bulgular elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

• Malus domestica
• elma çoklu sürgün fitoplazması
• endofit fungus
• kontrol

Kaynakça

1. Referans1 Anonim, (2009) Yönetmelik. Tarım ve Köyişleri Bakanlığından Zirai Karantina Yönetmeliği, Appleproliferation phytoplasma, Resmi Gazete (Sayı: 27137).http://www.resmigazete.gov.tr/eskiler/2009/02/20090210-11.htm
2. Referans2 Anonim (2020) TÜİK, Türkiye İstatistik Kurumu, Merkezi Dağıtım Sistemi. https://biruni.tuik.gov.tr/medas/? kn=92&locale=tr (Erişim tarihi: 01.10.2019).
3. Referans3 Anonymus (2017) FAO, Food and Agriculture Organization of the United Nations. http://www.fao.org/faostat/en/#compare (Erişim tarihi: 1.10.2019)
4. Referans4 Barac T, Taghavi S, Borremans B, Provoost A, Oeyen L, and Colpaert, J.V, Vangronsvel J, and Van Der Lei D (2004) Engineered endophytic bacteria improve phytoremediation of water-soluble, volatile, organic pollutants. Nature Biotechnology, 22: 583-588.
5. Referans5 Bora T, ve Karaca I (1970) Kültür Bitkilerinde Hastalığın ve Zararın Ölçülmesi, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Yardımcı Ders Kitabı, Yayın No:167.
6. Referans6 Canik D, and Ertunç F (2007) Distribution and molecular characterization of apple proliferation phytoplasma in Turkey. Bullettin of Insectology, 60(2): 335-336.
7. Referans7 Christensen N M, Nicolaisen M, Hansen M, and Schulz A (2004) Distribution of phytoplasmas in infected plants as revealed by real-time PCR and bioimaging. Molecular Plant-Microbe Interactions, 17(11):1175-84.
8. Referans8 Dağtekin Ş (2009) Akdeniz Bölgesi’ndeki iki elma koleksiyon parselinde elma çoklu sürgün fitoplazma hastalığının (Candidatus Phytoplasma mali) moleküler yöntemlerle tanılanması. Mustafa Kemal Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi (Danışman: Prof. Dr. Kadriye ÇAĞLAYAN), 25s.

9. Referans9 Deng S, and Huriki C (1991) Amplification of 16S rRNA genes from culturable and nonculturable Mollicutes. Journal of Microbiological Methods, 14(1): 53-61.
10. Referans10 Doyle J J, and Doyle J L, (1990). Isolation of plant DNA from fresh tissue. Focus, 12: 13-15.
11. Referans11 Gardes M, and Bruns T D, (1993) ITS primers with specificity for basidiomycetes: Application to the identification of mycorrhizae and rust. Molecular Ecology, 2: 113-118.
12. Referans12 Karman M (1971) Bitki Koruma Araştırmalarında Genel Bilgiler. Denemelerin Kuruluşu ve Değerlendirme Esasları. Bölge Zirai Mücadele Araştırma Enstitüsü, İzmir Bornova, 279.
13. Referans12 Lecellier G, and Silar P (1994) Rapid method for nucleic acid extraction from petri dishgrown mycelia. Current Genetics, 25: 122-123.
14. Referans14 Lee I M, Gundersen D E, Davis R E, and Bartoszyk I M (1998) Revised classification scheme of phytoplasmas based on RFLP analyses of 16S rRNA and ribosomal protein gene sequences. lnternational Journal of Systematic Bacteriology, 48: 1153-1169.
15. Referans15 Liu C H, Ziu W X, Lu H, and Tan R X (2001) Antifungal activity of Artemisia annua endophyte cultures against phytopathogenic fungi. Journal of Biotechnology, 88: 77-282.
16. Referans16 Lorenz K H, Schneider B, Ahrens U, and Seemüller E (1995) Detection of the apple proliferation and pear decline phytoplasmas by PCR amplification of ribosomal and nonribosomal DNA. Phytopathology, 85: 771-776.
17. Referans17 Musetti R, Grisan S, Polizzotto R, Martini M, Paduano C, and Osler R (2011) Interactions between ‘Candidatus Phytoplasma mali’ and the apple endophyte Epicoccum nigrum in Catharanthus roseus plants. Journal of Applied Microbiology, 110: 746–756.
18. Referans18 Rui D, Ciferri R, and Refatti E (1950) La virosi degli "scopazzi del melo" nel Veronese. Notiziario delle Malattie delle Piante, 13: 7-11.
19. Referans19 Savocchia S, Steel C C, Stodart B J, and Somers A (2007) Pathogenicity of Botryosphaeria species isolated from declining grapevines in sub tropical regions of Eastern Australia. Vitis 46 (1) :27–32
20. Referans20 Seemüller E, and Schneider B (2004) ‘Candidatus Phytoplasma mali’, ‘Candidatus Phytoplasma pyri’ and ‘Candidatus Phytoplasma prunorum’, the causal agents of apple proliferation, pear decline and European Stone fruit yellows, respectively. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology, 54: 1217-1226.
21. Referans21 Seemüller E, and Schneider B (2007) Differences in virulence and genomic features of strains of ‘Candidatus Phytoplasma mali’, the apple proliferation agent. Phytopathology, 97(8): 964-970.
22. Referans22 Sertkaya G, Martini M, and Osler R (2008) First Report of Candidatus Phytoplasma mali in Turkey. Journal of Plant Pathology, 90 (1): 143-149.
23. Referans23 Smart C D, Schneider B, Blomquist C L, Guerra L J, Harrison N A, Ahrens U, Lorenz K H, Seemüller E, and Kirkpatrick B C (1996) Phytoplasma-specific PCR primers based on sequences of the 16S-23S rRNA spacer region. Applied and Environmental Microbiology, 62: 2988–2993.