Biological control and endophytism of the olive root bacterium Pseudomonas fluorescens PICF7
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Author
Maldonado González, Mercedes
Director/es
Mercado Blanco, JesúsPublisher
Universidad de Córdoba, UCOPressDate
2015Subject
Olivo (Olea europaea)Verticilium dahliae
Verticilosis del olivo (VO)
Tuberculosis del olivo (TO)
Olive (Olea europaea)
Agentes de control biológico (ACBs)
Pseudomonas fluorescens PICF7
Verticilium wilt of olive (VWO)
Knot disease (OKD)
Biological control agents (BCA)
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Olive (Olea europaea L.) has always been a fundamental crop in the Mediterranean
Basin. Driven by the fact, among others, that an increasing number of scientific reports
highlight the benefits that olive oil consumption has for human health, olive tree
cultivation has spread worldwide to other regions with Mediterranean-type climate.
Two relevant pathogens affecting olive trees are the hemibiotrophic soil-borne fungus
Verticillium dahliae and the bacterium Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi (Psv),
causal agents of Verticillium wilt of olive (VWO) and olive knot disease (OKD),
respectively. Effective control of these pathogens must rely on integrated disease
management strategies, with emphasis in preventive, cost-effective and
environmentally-friendly measures. Among the available control tools, the use of
microbial antagonists with biocontrol potential emerges as a promising strategy to
implement either alone or in combination with other disease management measures.
Moreover, the use of biological control agents (BCA) native from the host plant, and
therefore adapted to the target ecological niche where their benefits can be deployed,
is a reasonable approach. In previous studies, Pseudomonas fluorescens PICF7, an
indigenous inhabitant bacterium of the olive rhizosphere, was confirmed as an
effective BCA against the defoliating, highly-virulent pathotype of V. dahliae. This
bacterial strain displays endophytic lifestyle in olive roots, produces the siderophore
pyoverdine (Pvd), and is able to induce a broad range of defense responses in both
roots and above-ground organs when colonizing olive roots. Even though the
information so far gathered has increased in the last few years, the study of the PICF7-
V. dahliae-olive tripartite interaction is complex and an in-depth knowledge on the
relationships established among the three partners is needed. On the one hand,
working with a woody, long-living plant such as olive poses difficulties inherent to the
own characteristics of the plant. On the other hand, the genetic and molecular
mechanisms underlying VWO biocontrol exerted by strain PICF7 are still unknown. To
shed light for the first time on PICF7 traits involved in the control of V. dahliae as well
as in the ability of this BCA to colonize the interior of olive roots, four PICF7
phenotypes were studied by mutant analysis. Thus, two mutants affected in traits
usually related to colonization ability and biological control of plant pathogens (i.e.
swimming motility and siderophore pyoverdine production) and two altered in
nutritional requirements (i.e. growth delay in PDA medium and cysteine auxotrophy)
were generated, characterized and evaluated in both in vitro and in in planta assays. In
addition, this thesis also investigated whether the model plant Arabidopsis thaliana
can be used to facilitate the identification of P. fluorescens PICF7 traits involved in both
V. dahliae biocontrol and endophytic lifestyle. The aim was to compare the behavior of
the same PICF7 mutant phenotypes in olive and Arabidopsis. Furthermore, since strain... El olivo (Olea europaea L.) es un cultivo fundamental de la Cuenca Mediterránea. En
estas últimas décadas se ha extendido a otras regiones que disfrutan de clima
Mediterráneo debido, entre otros factores, al creciente número de investigaciones
científicas que subrayan los efectos beneficiosos derivados del consumo del aceite de
oliva en nuestra salud. Sin embargo, este cultivo se encuentra amenazado por
diversos factores a/bióticos. De entre los diversos estreses bióticos cabe destacar al
hongo hemibiotrofo de suelo Verticillium dahliae, causante de la enfermedad más
importante que afecta a este cultivo, la Verticilosis del olivo (VO). Otra seria amenaza
para la olivicultura es la Tuberculosis del olivo (TO) causada en este caso por la
bacteria Pseudomonas savastanoi pv. savastanoi (Psv). Para un control efectivo de
cualquier fitopatología, entre ellas la VO y la TO, es aconsejable llevar a la práctica
una estrategia basada en el manejo integrado de la enfermedad, teniendo en
especial consideración aquellas medidas preventivas que son tanto rentables como
respetuosas con el medio ambiente. Entre las herramientas de control disponibles, el
uso de microorganismos antagonistas (agentes de control biológico [ACBs]) emerge
como una medida prometedora. Los ACBs poseen la ventaja de que pueden aplicarse
tanto de forma individual como en combinación con otras medidas de manejo de la
enfermedad, además de actuar de manera beneficiosa en su propio nicho ecológico
al cual se encuentran plenamente adaptados. En estudios previos, Pseudomonas
fluorescens PICF7, bacteria indígena de la rizosfera de raíz, confirmó ser un ACB
efectivo frente al patotipo defoliante, altamente virulento, de V. dahliae, además de
producir el sideróforo pioverdina (Pvd), inducir un amplio rango de respuestas
defensivas tanto en raíces como en órganos aéreos y comportarse como endófita en
la raíz del olivo. Sin embargo, el conocimiento en lo referente a la interacción
tripartita PICF7-V. dahliae-olivo es todavía muy escaso, dificultado en parte por las
características propias de un huésped leñoso y longevo como el olivo. Asimismo, los
mecanismos genéticos y moleculares que subyacen en el control biológico de la VO
por parte de la cepa PICF7 son todavía desconocidos. Para dilucidar qué caracteres
de PICF7 pueden estar implicados en el control de V. dahliae, así como la capacidad
de este ACB para colonizar el interior de las raíces de olivo, se seleccionaron cuatro
fenotipos de PICF7 mediante el empleo de mutantes. Para ello, se generaron,
caracterizaron y evaluaron tanto in vitro como en ensayos en planta dos mutantes
afectados en rasgos habitualmente relacionados con la capacidad de colonización y el
control biológico de fitopatógenos (motilidad tipo ‘swimming’ y producción del
sideróforo pioverdina) y dos alterados en requerimientos nutricionales (retraso en el
crecimiento en medio PDA y auxotrofía en cisteína). Además, la presente tesis
también investigó la posibilidad de que la planta modelo Arabidopsis thaliana...