Prospecting of endophytic fungi producing volatile organic compounds: taxonomy, identification of volatiles and potential uses for the biological control of postharvest diseases

Abstract

In the search for alternative strategies to control of postharvest diseases in fruits and vegetables aimed at reducing the use of fungicides, was conducted a prospection to endophytic fungi capable of emitting volatile compounds with antimicrobial properties. Through parallel growth technique, directed towards the isolation of fungi producing volatile antimicrobials, endophytic isolates of coffee and carqueja plants were obtained and in preliminary test inhibited the growth of Aspergillus ochraceus by the emission of volatile compounds. The presence of at least three distinct species of Muscodor was verified, and a new taxon of Simplicillium by clarifying the identity of the endophytic isolates obtained through comparative studies of morphological structures, BLAST of gene sequences and phylogenetic analyzes. M. yucatanensis, Muscodor sp. and M. coffeanum isolates were obtained from coffee branches, the latter also isolated in leaves of carqueja. The antimicrobial activity of these isolates was demonstrated against Aspergillus species frequently associated with coffee beans by in vitro mycofumigation. In addition, mycofumigation with M. coffeanum CDA 741 inhibited the growth of A. ochraceus inoculated in coffee beans. The compounds present in the volatile mixture emitted by each isolate were identified by solid-phase micro-extraction gas chromatography and mass spectroscopy. Simplicillium sp. CDA 734, a new species of endophytic Cordycipitaceae from coffee plants, will be proposed through comparative studies of its morphology combined with phylogenetic analyzes. Simplicillium sp. CDA 734 inhibited the growth of A. ochraceus, A. tubingensis, A. sydowii and A. niger by mycofumigation. Among the compounds identified in the volatile mixture emitted by Simplicillium sp. CDA 734, 1-Propanone, 1-(5-methyl-2-furanyl)-, Cyclopropane, 1- ethoxy-2,2-dimethyl-3-(2-phenylethynyl)-, and 2-Propenoic acid, 3-(2-formyl-4- methoxyphenyl)-, ethyl ester, (E)- were those with the highest percentage of peak per area. In mycofumigation of organic strawberries inoculated with Colletotrichum acutatum e Botrytis cinerea, M. coffeanum CDA 739 decreases 100 and 81% the incidence of anthracnose and gray mold in the fruits, respectively. Mycofumigation through sachets containing rye grains colonized by M. coffeanum CDA 739 significantly reduced the incidence of anthracnose in fruits inoculated with C. acutatum, making possible its use in large-scale to control postharvest strawberry diseases through mycofumigation.

Na busca por estratégias alternativas de controle de doenças pós colheita em frutas e hortaliças que visem a diminuição da utilização de fungicidas, foi realizado uma prospecção de fungos endofíticos capazes de emitirem compostos voláteis com propriedades antimicrobianas. Com a técnica de isolamento em cultivo paralelo, direcionada para isolamento de fungos produtores de voláteis antimicrobianos, foram obtidos isolados endofíticos de plantas de café e carqueja, que em ensaio preliminar inibiram o crescimento de Aspergillus ochraceus através da emissão de compostos voláteis. Ao esclarecer a identidade dos isolados endofíticos obtidos através de estudos comparativos de estruturas morfológicas, BLAST de sequências génicas depositadas no GenBank, e análises filogenéticas, constatou-se a presença de pelo menos três espécies distintas de Muscodor, e um novo táxon pertencente ao gênero Simplicillium. Isolados de M. yucatanensis, Muscodor sp. e M. coffeanum foram obtidos a partir de ramos de café, esse último foi também isolado de folhas de carqueja. A atividade antifúngica desses isolados foi demonstrada contra espécies de Aspergillus frequentemente associadas aos grãos de café, através da micofumigação in vitro. Adicionalmente, micofumigação com o isolado de M. coffeanum CDA 741 inibiu o crescimento de A. ochraceus inoculado em grãos de café. Os compostos presentes na mistura de voláteis emitida por cada isolado foi identificado por micro extração em fase sólida e cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas. Uma nova espécie de Simplicillium endofítica de plantas de café (representada pela isolado CDA 734), será proposta com base em estudos comparativos de sua morfologia aliado às análises filogenéticas. Simplicillium sp. CDA 734 inibiu, in vitro, o crescimento de A. ochraceus, A. tubingensis, A. sydowii e A. niger através da micofumigação in vitro. Entre os compostos identificados na mistura de voláteis emitida por Simplicillium sp. CDA 734, 1-Propanone, 1-(5-methyl-2-furanyl)-, Cyclopropane, 1-ethoxy-2,2-dimethyl-3-(2-phenylethynyl)-, e 2-Propenoic acid, 3-(2- formyl-4-methoxyphenyl)-, ethyl ester, (E)- foram aqueles com maior porcentagem de pico por área. Em micofumigação de morangos orgânicos inoculados com Colletotrichum acutatum e Botrytis cinerea, M. coffeanum CDA 739 diminui 100 e 81% a incidência de antracnose e mofo cinzento nos frutos, respectivamente. Micofumigação com sachê contento grãos de centeio colonizados por M. coffeanum CDA 739 diminuiu significativamente a incidência de antracnose em frutos inoculados com C. acutatum, viabilizando a sua utilização em larga escala para controle de doenças pós colheita em morango através da micofumigação.