Phylogeny, identification and pathogenicity of the Botryosphaeriaceae associated with collar and root rot of the biofuel plant Jatropha curcas in Brazil, with a description of new species

Abstract

A partir da iniciativa do Governo Federal em introduzir o biodiesel na matriz energética brasileira, surgiu a necessidade de se pesquisar plantas oleaginosas potenciais para produção de matéria-prima para este biocombustível. O pinhão manso (Jatropha curcas) tem se destacado por ser uma planta perene, de fácil manejo, além de produzir sementes com alto teor de óleo. A grande expansão das áreas de cultivo tem sido acompanhada pelo surgimento de diversas enfermidades, do qual pouco se conhece sobre os reais agentes etiológicos. Atualmente, em diversas áreas do Brasil, tem-se relatado a ocorrência de uma nova doença que não apenas reduz a produtividade, como tem causado a morte das plantas. Esta doença está associada a uma podridão das raízes e do colo das plantas. Alguns patógenos já foram relatados para essa doença, sendo mais frequente a ocorrência de fungos da família Botryosphaeriaceae, grupo conhecido pela dificuldade de separação das espécies utilizando características morfológicas. Assim, o objetivo deste trabalho foi identificar os possíveis agentes etiológicos, investigar a diversidade de Botryosphaeriaceae associado a essa doença, utilizando características morfológicas aliadas às ferramentas moleculares, bem como provar a potogenicidade dos isolados. Foram realizadas coletas nos estados de Minas Gerais e Espírito Santo. Em adição a estes, foram obtidas amostras dos estados do Piauí e São Paulo. Isolados monospóricos foram obtidos e armazenados. Estes tiveram o DNA extraído e as regiões ITS e TEF1-α sequenciadas. A partir dos resultados das análises filogenéticas, foram separados dois a três isolados de cada espécie para a caracterização morfológica. Nove espécies de Botryosphaeriaceae foram identificadas, sendo Lasiodiplodia theobromae, L. parva, L. pseudotheobromae, L. iraniensis, Neoscytalidium dimidiatum, Macrophomina phaseolina e três a serem propostas como novas espécies (Lasiodiplodia sp.1, Lasiodiplodia sp.2 e Macrophomina sp.1). Todas as espécies distinguiram morfologicamente e filogeneticamente, com exceção de Macrophomina sp.1 que não esporulou em meio de cultura. Até o momento, apenas Lasiodiplodia theobromae, Lasiodiplodia sp.1 e Neoscytalidium dimidiatum tiveram a patogenicidade comprovada.Pelos testes de Blotter foram encontrados associados às sementes: Lasiodiplodia theobromae, Macrophomina phaseolina e Macrophomina sp.1. Espécies de Botryosphaeriaceae ocorrem em uma ampla gama de hospedeiros e ambientes, e são frequentemente referidos como endofíticos, patógenos latentes ou oportunistas, devido a manifestação da doença estar diretamente associada à ocorrência de estresse do hospedeiro. A expansão das áreas de pinhão manso no mundo tem contribuído para o surgimento de várias doenças que até o momento não tinham seus agentes etiológicos conhecidos. Este estudo fornece informações novas para futuros estudos de manejo da doença, programas de quarentena e especialmente para o desenvolvimento de variedades resistentes à podridão do colo e raiz do pinhão-manso.

The introduction of biodiesel in the Brazilian energy matrix by initiative of the Federal Government, encouraged the search for potential oleaginous crops to supply raw material for biofuel production. The physic nut (Jatropha curcas) has been highlighted since it is a perennial plant, easy to manage, and produces seeds with a high oil content. The expansion of areas of Jatropha in the world has contributed to the emergence of various diseases. Currently in Brazil, the occurrence of a new disease that not only reduces the productivity, since it causes death of the plants. This disease is associated with a collar and root rot of plants. A number of pathogens have been associates with this disease, the occurrence of Botryosphaeriaceae fungi being the most frequent, which is a group known to be difficult to delimit species based on morphological characters. Thus, the purposes of this work was to investigate the diversity of Botryosphaeriaceae associated with collar and root rot of J. curcas, with the aid of morphology and molecular tools and to asses the pathogenicity of the species involved. Samples were colleted in states of Minas Gerais and the Espirito Santo. In addition, samples were obtained from Piauí and São Paulo states. Single spore cultures were obtained and stored. These had their DNA extracted and the ITS and TEF1-α regions were sequenced. From the results of the phylogenetic analyses, two to three isolates of each species were separated for the morphological characterization and pathogenicity tests. With the purpose of investigating the association of the pathogens in seeds, Blotter tests were performed. Nine Botryosphaeriaceae species were identified: Lasiodiplodia theobromae, L. parva, L. pseudotheobromae, L. iraniensis, Neoscytalidium dimidiatum, Macrophomina phaseolina and three to be proposed as new species (Lasiodiplodia sp.1, Lasiodiplodia sp.2 and Macrophomina sp.1). All species were distinguished morphologically and phylogenetically, except Macrophomina sp.1 that failed sporulate in culture.Currently, only Lasiodiplodia theobromae, Lasiodiplodia sp.1 and Neoscytalidium dimidiatum have proven to be pathogenic. Lasiodiplodia theobromae, Macrophomina phaseolina and Macrophomina sp.1 were associated with seeds. Botryosphaeriaceae species occur in a wide range of hosts and environments, and are often referred to as endophytes and latent or opportunistic pathogens, because manifestation of the disease is directly linked with host stress. The great expansion of Jatropha areas in the world have contributed to the emergence of several diseases, which so far, the etiological agent have remained unknown. This study will provide new information for future studies of disease management, quarantine programs and especially, the development of resistant varieties for collar and root rot of J. curcas.