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Título: Evaluation of the biocontrol potential of Pseudomonas protegens against Colletotrichum sp. by the induction of hydrogen cyanide synthesis
Título(s) alternativo(s): Avaliação do potencial de biocontrole de Pseudomonas protegens contra Colletotrichum sp. pela indução da síntese de ácido cianídrico
Autor(es): Miranda, João Paulo Martins
Orientador(es): Pagnoncelli, Maria Giovana Binder
Palavras-chave: Sistemas de controle biológico
Metabólitos
Pseudomonas
Agricultura sustentável
Fitopatologia
Biological control systems
Metabolites
Colletotrichum
Sustainable agriculture
Plant diseases
Data do documento: 19-Dez-2024
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Dois Vizinhos
Citação: MIRANDA, João Paulo Martins. Evaluation of the biocontrol potential of pseudomonas protegens against colletotrichum sp. by the induction of hydrogen cyanide synthesis. 2024. Dissertação (Mestrado em Biotecnologia) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2024.
Resumo: A demanda crescente por alimentos, alinhada à necessidade de uma agricultura sustentável, conduz à descoberta de formas alternativas de controlar doenças de plantas, como por exemplo, o controle biológico realizado por microrganismos. Destaca-se a capacidade da bactéria Pseudomonas protegens, por meio de seus metabólitos secundários, controlar o desenvolvimento de fitopatógenos, como por exemplo, Colletotrichum spp., causador da Antracnose em diversas culturas agrícolas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o potencial biotecnológico de P. protegens por meio de uma análise cienciométrica e experimentalmente o potencial de biocontrole contra Colletotrichum sp. pela indução da síntese de ácido cianídrico (HCN). Primeiramente, para elucidar o potencial e os estudos de P. protegens relacionados aos estudos científicos, foi realizada uma análise cienciométrica. A base de dados utilizada foi a Web of Science (WoS) Core Collection, com dados referentes ao período de 2011 a março de 2024. Posteriormente, determinou-se experimentalmente o potencial agronômico de P. protegens como agente de biocontrole contribuído pela síntese de HCN. Foi realizada a anotação genômica funcional deste microrganismo para determinar a presença do cluster de gene de interesse (hcnABC) e a análise da rota metabólica. Nos processos fermentativos foi testada a concentração do indutor de HCN (glicina) em fermentação sólida e líquida nas concentrações de 1, 3, 5, 7 e 10 g/L, sendo o resultado qualificado por meio da reação com a solução de ácido pícrico e quantificado por espectrometria utilizando uma curva de cianeto de potássio. O potencial de biocontrole de Colletotrichum sp. foi avaliado pelo crescimento competitivo em placas de BDA e avaliado o percentual de inibição de crescimento do fungo. A pesquisa sobre P. protegens na base de dados WoS e a análise posterior resultaram em 248 estudos, com dados entre 2011 e março de 2024. A primeira publicação sobre P. protegens foi em maio de 2011, que diferenciou a espécie e avaliou o potencial de seus metabólitos secundários. Os países com maior centralidade de publicação foram a Suíça e Alemanha, 0,37 cada. Dentre as áreas reportadas, a área microbiológica com foco na agricultura se destacou e a pesquisa de controle biológico teve o maior destaque. A síntese de ácido cianídrico foi maximizada ao utilizar a maior concentração do indutor testada (10 g/L de glicina) tanto na fermentação líquida quanto na sólida. Neste caso, a concentração deste metabólito no meio sólido foi confirmada com uma concentração igual a 0,084 mg de HCN, enquanto na fermentação líquida foi obtida uma concentração de 0,043 mg de ácido cianídrico. No bioensaios, esta condição permitiu o melhor biocontrole de Colletotrichum sp., gerando um controle de crescimento fúngico de 65%. Pela análise cienciométrica foi observado o potencial biotecnológico de P. protegens, principalmente na agricultura, permitindo sua aplicação no controle biológico. Foi demonstrado a presença do cluster gênico hcnABC no genoma do isolado bacteriano trabalhado e sua atividade na presença de seu indutor (glicina), permitindo a síntese de HCN e contribuindo para o biocontrole de Colletotrichum sp. in vitro. Assim, concluise o elevado potencial da biotecnologia em promover o desenvolvimento de uma agricultura sustentável.
Abstract: The growing demand for food, aligned with the need for sustainable agriculture, has led to the discovery of alternative ways to control plant diseases, such as biological control by microorganisms. It is noteworthy the ability of the bacterium Pseudomonas protegens, through its secondary metabolites, to control the development of phytopathogens, such as Colletotrichum spp., which causes anthracnose in several crops. The objective of this work was to evaluate the biotechnological potential of P. protegens through a scientometric analysis and, experimentally, the biocontrol potential against Colletotrichum sp. by inducing the synthesis of hydrocyanic acid (HCN). First, to elucidate the potential and studies of P. protegens related to scientific studies, a scientometric analysis was performed. The database used was the Web of Science (WoS) Core Collection, with data related to the period from 2011 to March 2024. Secondly, experimentally the agronomical potential as a biocontrol agent of P. protegens was determined by the synthesis of HCN. The functional genomic annotation of the microorganism was performed to determine the presence of the gene cluster of interest (hcnABC) and the analysis of the metabolic pathway. In the fermentation processes, the concentration of the HCN inducer (glycine) was tested in solid and liquid fermentation at concentrations of 1, 3, 5, 7, and 10 g/L, and the result was qualified by reaction with the picric acid solution and quantified by spectrometry using a potassium cyanide curve. The biocontrol action against Colletotrichum sp. was evaluated by competitive growth on PDA plates and the percentage of mycelial inhibition of the fungus was evaluated. The research about P. protegens in the database WoS and the posterior analysis resulted in 248 studies, with data from 2011 to March 2024. The first publication about P. protegens was in May 2011, which differentiated the species and evaluated the potential of its secondary metabolites. Switzerland and Germany were the countries with the highest centrality, 0.37 each. Among the areas reported, the microbiological area with a focus on agriculture stood out and the biological control research had the greatest prominence. The synthesis of hydrogen cyanide was maximized when using the highest concentration of the inducer tested (10 g/L of glycine) in both liquid and solid fermentation. In this case, the concentration of this metabolite in the solid medium was confirmed with a concentration equal to 0.084 mg of HCN, whereas in liquid fermentation a concentration of 0.043 mg of hydrocyanic acid was obtained. In the bioassays, this condition allowed the best biocontrol of Colletotrichum sp. with a fungal growth control of 65%. The scientometric analysis observed the biotechnological potential of P. protegens, mainly in agriculture, allowing its application in biological control. The presence of the hcnABC gene cluster in the genome of the bacterial isolate studied and its activity in the presence of its inducer (glycine) were demonstrated, allowing the synthesis of HCN and contributing to the biocontrol of Colletotrichum sp. in vitro. Thus, it is concluded that biotechnology has a high potential to promote the development of sustainable agriculture.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/36727
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