Development of biotools for vineyard-associated pest and disease control based on entomopathogenic nematode symbiotic bacteria stars

Resumen

La vides uno de los cultivos socioeconómicos más importantes a nivel mundial. Sin embargo, el sector vitivinícola se enfrenta a numerosos desafíos en la actualidad, desde el cambio climático y diversas formas de degradación ambiental hasta graves brotes de plagas y enfermedades. Para afrontar estos retosy proteger los viñedos es necesario desarrollar nuevas herramientas sostenibles. En este contexto, las bacterias simbióticas de nematodos entomopatógenos, específicamente Xenorhabdusspp. y Photorhabdusspp., emergen como posibles agentes de biocontrol debido a su capacidad para producir compuestos bioactivos con propiedades insecticidas y antifúngicas. Nuestra hipótesis fue que estas bacterias simbióticas y sus subproductos podrían gestionar de manera efectiva ciertas plagas y enfermedades que representan amenazas significativas para las vides. Por tanto, los objetivos específicos deesta Tesis fueron los siguientes: (i) evaluar el efecto insecticida y antifúngico de las toxinas solubles producidas por Xenorhabdusy Photorhabduspara controlar plagas y enfermedades en viñedos; (ii) investigar la actividad disuasoria y antifúngica de los compuestos orgánicos volátiles (COVs) emitidos durante las fermentaciones de Xenorhabdusy Photorhabdus; y (iii) evaluar silos metabolitos secundarios bacterianos pueden alterar los mecanismos de defensa de las uvas. Se llevaron a cabo experimentos in vitropara evaluar las propiedades insecticidas y antifúngicas de varios bioproductos derivados de Xenorhabdusspp. y Photorhabdusspp. Para obtener estos bioproductos bacterianos, se inocularoncolonias individuales de cada cultivo puro en medio de cultivo TriptoneSoya Broth(TSB), manteniendo los cultivoslíquidos durante 72 horas bajo agitación orbital continua (150 rpm)a una temperatura de 22 ºC en oscuridad. Los subproductos bacterianos resultantes incluyeron los metabolitos secundarios solubles (sobrenadantes libres de células bacterianas y fermentos sin filtrar), los compuestos orgánicos volátiles (COVs) emitidos porlos fermentos y las bacterias crudas aisladas. Para nuestros bioensayos, utilizamos dos especies de insectos: Philaenus spumarius, el principal vector responsable de transmitir Xylella fastidiosa en Europa, el agente causante de la enfermedad de Pierce envid;y Lobesia botrana, una de las plagas mássignificativas económicamenteque afecta a los viñedos europeos. En cuanto a las enfermedades del viñedo, se seleccionó Botrytis cinerea, el patógeno responsable de la podredumbre de la uva. Losexperimentos se llevarona cabo en condiciones controladas. Se emplearondiseños de bloques completamenteal azar con múltiples repeticiones (de 2 a 3 veces)para confirmar las observaciones. Los resultados demostraron que los metabolitos secundarios solubles producidos por las bacterias simbióticas asociadas a nematodos entomopatógenos poseen propiedades insecticidas contra larvas de L. botranay ninfas de P. spumarius, así como actividad antifúngica contra la podredumbre de la uva causada por B. cinerea. Los fermentos bacterianos sin filtrar exhibieron la mayor capacidad insecticida y antifúngica en comparación con los sobrenadantes libres de células bacterianas estudiados contra larvas de L. botranay B. cinerea, respectivamente. Además, el aislado crudo de la especie Photorhabdus laumondiisubsp. laumondii mostró un grado antifúngico equivalente al del fungicida comercial Bacillus amyloliquefaciens(Serenade® ASO). Por otro lado, los COVs emitidospor las bacterias, que hasta ahora han sido poco estudiados, mostraron potencial para el control de plagas en las vides. Los COVs emitidos por los fermentos de X. nematophilay P.laumondiisubsp. laumondii demostraron efectos disuasorios para la alimentación y la oviposición contra larvas de L. botranay estados adultos, respectivamente. Además, los COVs emitidos por los fermentosdeTSB de X. nematophilay P. laumondiisubsp. laumondiiinhibieron más del 60% del crecimiento micelial de B. cinereaen pruebas in vitroy limitaron el área de lesión de B. cinereaal 0.5 % y 2.2 % en ensayos enuvas, respectivamente. Finalmente,seinvestigó el efecto preventivo de los COVs en las uvas, demostrando que los compuestos volátiles naturales emitidos por Xenorhabdusy Photorhabdustenían el potencial de inducir efectos preventivos tanto en uvas dañadas como en uvas sanas después de la cosecha, protegiendo contra posibles infecciones por podredumbre causada porB. cinerea.Los mecanismos específicos son aún desconocidos. En conclusión, nuestros hallazgos sugieren que Xenorhabdusy Photorhabdus tienenun gran potencial como agentes de biocontrolpara el manejo de plagas y enfermedades asociadas a los viñedos. Estas bacterias simbióticas ofrecen una fuente prometedora de nuevas herramientas biológicaspara una viticultura sostenible.