Efecto de la temperatura sobre los componentes de membrana y la acción antifúngica en cepas de Bacillus spp.

Abstract

The increase in global temperature resulting from anthropogenic activities adversely affects agricultural crops; as it alters plant physiology and significantly reduces food production, additionally, it increases crop susceptibility to pests and fungal diseases. The application of chemical fungicides is the most effective technique for combating these infections; however, they pollute the environment and induce resistance in pathogens. A potential alternative to the use of chemical fungicides is the application of plant growth-promoting bacteria (PGPB), especially those that are thermotolerant. In the present study, 8 bacterial isolates were identified through 16S rRNA gene sequencing as strains belonging to the Bacillus genus. Growth kinetics were conducted at 28, 37, 40, and 50 °C to determine their thermotolerance. 4 thermosensitive strains were found: B. aryabhattai AF27, Bacillus sp. AF53, Bacillus sp. AF56, and Bacillus sp. AF62; and 4 thermotolerant strains: B. velezensis AF12, B. halotolerans AF23, B. amyloliquefaciens AF42, and B. velezensis AF52. The growth of some strains in the thermosensitive and thermotolerant populations was reported at a maximum temperature of 32 °C and 40 °C, respectively. A phylogenetic analysis of the bacteria, based on the 16S rRNA gene, revealed clusters that correlate with the growth temperature. The antagonism of the 8 strains against the phytopathogenic fungi Botrytis cinerea, Fusarium brachygibbosum, Geotrichum candidum, and Botryosphaeria rhodina was also evaluated at different temperatures, and it was found that the thermotolerant population exhibits higher antagonistic activity against all 4 fungi evaluated. Finally, it was observed that the 8 strains exhibit modifications in their membrane lipids, especially in cardiolipin, whose concentration increased as the temperature rose, suggesting a potential mechanism for thermal stress tolerance.

El aumento en la temperatura a nivel global derivado de las actividades antropogénicas afecta negativamente a los cultivos agrícolas; ya que altera la fisiología de las plantas y disminuye significativamente la producción de alimentos, además, aumenta la susceptibilidad de los cultivos a plagas y enfermedades fúngicas. La aplicación de fungicidas químicos es la técnica más efectiva para combatir estas infecciones, sin embargo, contaminan el medio ambiente y producen resistencia en los patógenos. Una potencial alternativa al uso de fungicidas químicos es la aplicación de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (PGPB por sus siglas en inglés), especialmente aquellas termotolerantes. En el presente trabajo 8 aislados bacterianos fueron identificados por la secuenciación del gen ARNr 16S como cepas del género Bacillus. Se realizaron cinéticas de crecimiento a 28, 37, 40 y 50 °C para determinar su termotolerancia. Se encontraron 4 cepas termosensibles: B. aryabhattai AF27, Bacillus sp. AF53, Bacillus sp. AF56 y Bacillus sp. AF62; y 4 termotolerantes: B. velezensis AF12, B. halotolerans AF23, B. amyloliquefaciens AF42 y B. velezensis AF52. El crecimiento de algunas cepas en la población termosensible y termotolerante se reportó a una temperatura máxima de 32 °C y 40 °C, respectivamente. Un análisis filogenético de las bacterias, basado en el gen ARNr 16S, reveló agrupaciones de clados que se correlacionan con la temperatura de crecimiento. También se evaluó el antagonismo de las 8 cepas hacia los hongos fitopatógenos: Botrytis cinerea, Fusarium brachygibbosum, Geotrichum candidum y Botryosphaeria rhodina a diferentes temperaturas y se encontró que la población termotolerante presenta una mayor actividad antagónica hacia los 4 hongos evaluados. Finalmente se observó que las 8 cepas exhiben modificaciones en sus lípidos de membrana, especialmente en la cardiolipina, cuya concentración aumentó conforme incrementó la temperatura, sugiriendo un posible mecanismo de tolerancia al estrés térmico.