Chemosensitization of Fusarium graminearum to Chemical Fungicides Using Cyclic Lipopeptides Produced by Bacillus amyloliquefaciens Strain JCK-12

Abstract

Fusarium head blight (FHB) caused by infection with Fusarium graminearum leads to enormous losses to crop growers, and may contaminate grains with a number of Fusarium mycotoxins that pose serious risks to human and animal health. Antagonistic bacteria that are used to prevent FHB offer attractive alternatives or supplements to synthetic fungicides for controlling FHB without the negative effects of chemical management. Out of 500 bacterial strains isolated from soil, Bacillus amyloliquefaciens JCK-12 showed strong antifungal activity and was considered a potential source for control strategies to reduce FHB. B. amyloliquefaciens JCK-12 produces several cyclic lipopeptides (CLPs) including iturin A, fengycin, and surfactin. Iturin A inhibits spore germination of F. graminearum. Fengycin or surfactin alone did not display any inhibitory activity against spore germination at concentrations less than 30 μg/ml, but a mixture of iturin A, fengycin, and surfactin showed a remarkable synergistic inhibitory effect on F. graminearum spore germination. The fermentation broth and formulation of B. amyloliquefaciens JCK-12 strain reduced the disease incidence of FHB in wheat. Furthermore, co-application of B. amyloliquefaciens JCK-12 and chemical fungicides resulted in synergistic in vitro antifungal effects and significant disease control efficacy against FHB under greenhouse and field conditions, suggesting that B. amyloliquefaciens JCK-12 has a strong chemosensitizing effect. The synergistic antifungal effect of B. amyloliquefaciens JCK-12 and chemical fungicides in combination may result from the cell wall damage and altered cell membrane permeability in the phytopathogenic fungi caused by the CLP mixtures and subsequent increased sensitivity of F. graminearum to fungicides. In addition, B. amyloliquefaciens JCK-12 showed the potential to reduce trichothecenes mycotoxin production. The results of this study indicate that B. amyloliquefaciens JCK-12 could be used as an available biocontrol agent or as a chemosensitizer to chemical fungicides for controlling FHB disease and as a strategy for preventing the contamination of harvested crops with mycotoxins.

Fungicide Resistance of Plant Pathogenic Fungi and Their Chemosensitization as a Tool to Increase Anti-Disease Effects of Triazoles and Strobilurines

“…Он мог бы стать значимым компонентом антирезистентной стратегии защиты культурных растений с помощью фунгицидов, так как способствовал бы ослаблению или преодолению устойчивости к применяемым в настоящее время коммерческим препаратам. Однако пока предпринимаются только единичные попытки распространить аналогичную стратегию в область защиты растений и адаптировать ее для преодоления устойчивости фитопатогенных грибов к коммерческим фунгицидам (8,61,62). Так как при этом принимают во внимание необходимость снижения неблагоприятных экологических последствий, в качестве сенсибилизаторов стараются использовать природные соединения или их деградируемые в окружающей среде аналоги.…”

“…Благодаря исследованиям последних лет в список грибов, чувствительность которых к стробилуринам и триазолам может быть многократно повышена с помощью хемосенсибилизации природными метаболитами и их аналогами, включены экономически значимые фитопатогены (61,62,(74)(75)(76). Для некоторых из них перспективность использования этой стратегии с целью повышения защитного эффекта триазолов продемонстрирована на растениях, в том числе в полевых условиях (62,76). Кроме того, показана принципиальная возможность преодоления резистентности природных штаммов возбудителя септориоза колоса пшеницы к этим фунгицидам (75).…”

“…Сами липопептиды не проявляли фунгицидной активности вплоть до концентраций 30 ppm, но ингибирующее действие их смесей с фунгицидами на прорастание конидий гриба имело синергетический характер. Тепличные и полевые обработки растений препаратом на основе культурального бульона JCK-12 показали, что его совместное использование с фунгицидом Almuri ® (ДВ дифеноконазол и пропиконазол; «Syngenta», Корея) может существенно улучшать эффективность защиты пшеницы этим двухкомпонентным препаратом (62). Авторы предполагают, что повышение чувствительности гриба к фунгицидам под влиянием JCK-12 может быть следствием повреждения клеточной стенки и изменения проницаемости клеточной мембраны F. graminearum, вызванных смесью бактериальных липопептидов.…”

Influence of Cultivation Conditions of Rhodococcus erythropolis IMV Ac-5017 on the Properties of Synthesized Surfactants

“…Якщо близько 10 років тому у літературі були лише окремі повідомлення про залежність біологічних властивостей мікробних ПАР від їх хімічного складу [10,17], то останнім часом кількість таких публікацій збільшується [9, 11−13, 18−22]. Зазначимо, що така інформація стосується здебільшого найвідоміших ПАР мікробного походження: рамноліпідів [11, 12, 21, 22−25], софороліпідів [19, 20, 26−28], аміноліпідів бактерій роду Bacillus [9,13,18,29,30].…”

The Strategy of Obtaining Microbial Surfactants With Stable Preset Properties

“…У цих працях ми акцентували увагу на тому, що на теперішній час дослідження впливу умов культивування на властивості мікробних ПАР залишаються поза увагою дослідників. Разом з тим останніми роками збільшується кількість публікацій про залежність біологічних властивостей мікробних ПАР від їх хімічного складу [13][14][15][16], проте автори цих праць не досліджували залежність біологічних властивостей ПАР від умов культивування продуцентів і можливість регуляції таких властивостей у процесі біосинтезу.…”