Published July 24, 2018
| Version v1
Publication
Open
Development of PSP1, a Biostimulant Based on the Elicitor AsES for Disease Management in Monocot and Dicot Crops
Creators
- 1. Instituto de Química del Noroeste Argentino
- 2. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 3. Instituto Superior de Investigaciones Biológicas
- 4. National University of Tucumán
- 5. Comisión de Investigaciones Científicas
Description
In this work, we present a novel biostimulant for sustainable crop disease management, PSP1, based on the plant defense-elicitor AsES, an extracellular protease produced by the strawberry fungal pathogen Acremonium strictum. Fungal fermentation conditions and downstream processing were determined to maximize extracellular protein production, product stability and a high plant defense-eliciting activity, as monitored by anthracnose resistance in supernatant-treated strawberry plants subsequently infected with a virulent strain of Colletotrichum acutatum. Fermentation batches were shown to reduce anthracnose development by 30-60% as compared to infected non-treated plants. Product formulation was shown to be stable for 6 months when stored at temperatures up to 45°C and toxicological tests showed that PSP1 was harmless to beneficial organisms and non-toxic to mammalian species at concentrations 50 times higher than those used in plant experiments. Furthermore, disease protection studies using dilutions of PSP1 indicated that there is a minimum threshold protease activity needed to induce pathogen defense in strawberry and that this induction effect is dose-independent. A significant characteristic of PSP1 is its broad-range protection against different diseases in various crop species. In soybean, PSP1 reduced the symptomatology by 70% of Corynespora cassiicola, etiological agent of the target spot. This protection effect was similar to the commercial inducer BION 500 WG based on BTH, and both products were shown to induce an oxidative burst and up-regulated PR1-gene expression in soybean. Furthermore, a double PSP1-treatment on greenhouse-grown sugarcane plants provided protection against bacterial red stripe disease caused by Acidovorax avenae and a double foliar application of PSP1 on field-grown wheat plants significantly increased resistance against Fusarium graminearum, causal agent of head blight disease, manifested mainly in an increased seed germination rate. In summary, these disease protection studies demonstrated an effective control against both bacterial and fungal pathogens in both monocot and dicot crop species, which together with its low production cost, effectiveness at low concentrations, long shelf-life, tolerance to high temperatures, harmlessness to non-target organisms and simple handling and application, make PSP1 a very promising candidate for effective and sustainable disease management in many crop species.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
في هذا العمل، نقدم محفزًا حيويًا جديدًا للإدارة المستدامة لأمراض المحاصيل، PSP1، استنادًا إلى محفز الدفاع النباتي AsES، وهو بروتياز خارج الخلية ينتجه الممرض الفطري للفراولة Acremonium strictum. تم تحديد ظروف التخمير الفطري والمعالجة النهائية لزيادة إنتاج البروتين خارج الخلية واستقرار المنتج ونشاط إثارة دفاع النبات العالي، كما تمت مراقبته من خلال مقاومة الأنثراكنوز في نباتات الفراولة المعالجة بمادة طافية والتي أصيبت لاحقًا بسلالة خبيثة من Colletotrichum acutatum. تبين أن دفعات التخمير تقلل من تطور الجمرة الخبيثة بنسبة 30-60 ٪ مقارنة بالنباتات المصابة غير المعالجة. تبين أن تركيبة المنتج مستقرة لمدة 6 أشهر عند تخزينها في درجات حرارة تصل إلى 45 درجة مئوية وأظهرت الاختبارات السمية أن PSP1 غير ضارة للكائنات الحية المفيدة وغير سامة لأنواع الثدييات بتركيزات أعلى 50 مرة من تلك المستخدمة في التجارب النباتية. علاوة على ذلك، أشارت دراسات الوقاية من الأمراض باستخدام مخففات PSP1 إلى وجود حد أدنى من نشاط البروتياز اللازم للحث على الدفاع عن مسببات الأمراض في الفراولة وأن تأثير التحريض هذا لا يعتمد على الجرعة. من السمات المهمة لـ PSP1 حمايته واسعة النطاق من الأمراض المختلفة في أنواع المحاصيل المختلفة. في فول الصويا، قلل PSP1 من الأعراض بنسبة 70 ٪ من Corynespora cassiicola، العامل المسبب للبقعة المستهدفة. كان تأثير الحماية هذا مشابهًا للمحفز التجاري BION 500 WG بناءً على BTH، وقد تبين أن كلا المنتجين يحفزان انفجارًا مؤكسدًا وتعبيرًا جينيًا PR1 عالي التنظيم في فول الصويا. علاوة على ذلك، فإن المعالجة المزدوجة لـ PSP1 على نباتات قصب السكر المزروعة في الدفيئة وفرت الحماية ضد مرض الشريط الأحمر البكتيري الناجم عن Acidovorax avenae والتطبيق الورقي المزدوج لـ PSP1 على نباتات القمح المزروعة في الحقول زاد بشكل كبير من المقاومة ضد Fusarium graminearum، العامل المسبب لمرض آفة الرأس، والذي يتجلى بشكل رئيسي في زيادة معدل إنبات البذور. باختصار، أظهرت دراسات الوقاية من الأمراض هذه سيطرة فعالة ضد كل من مسببات الأمراض البكتيرية والفطرية في كل من أنواع المحاصيل أحادية وثنائية النواة، والتي إلى جانب انخفاض تكلفة الإنتاج والفعالية عند التركيزات المنخفضة والعمر الافتراضي الطويل والتسامح مع درجات الحرارة العالية وعدم الإضرار بالكائنات الحية غير المستهدفة والمناولة والتطبيق البسيطين، تجعل PSP1 مرشحًا واعدًا للغاية للإدارة الفعالة والمستدامة للأمراض في العديد من أنواع المحاصيل.Translated Description (French)
Dans ce travail, nous présentons un nouveau biostimulant pour la gestion durable des maladies des cultures, PSP1, basé sur l'inhibiteur de la défense des plantes AsES, une protéase extracellulaire produite par le pathogène fongique de la fraise Acremonium strictum. Les conditions de fermentation fongique et le traitement en aval ont été déterminés pour maximiser la production de protéines extracellulaires, la stabilité du produit et une activité élevée d'activation de la défense des plantes, telle que surveillée par la résistance à l'anthracnose dans les plants de fraises traités par surnageant infectés par la suite avec une souche virulente de Colletotrichum acutatum. Il a été démontré que les lots de fermentation réduisaient le développement de l'anthracnose de 30 à 60 % par rapport aux plantes infectées non traitées. La formulation du produit s'est avérée stable pendant 6 mois lorsqu'il était stocké à des températures allant jusqu'à 45 °C et les tests toxicologiques ont montré que la PSP1 était inoffensive pour les organismes bénéfiques et non toxique pour les espèces de mammifères à des concentrations 50 fois plus élevées que celles utilisées dans les expériences sur les plantes. De plus, des études de protection contre la maladie utilisant des dilutions de PSP1 ont indiqué qu'il existe un seuil minimum d'activité protéasique nécessaire pour induire la défense contre les agents pathogènes chez la fraise et que cet effet d'induction est indépendant de la dose. Une caractéristique importante de la PSP1 est sa large protection contre différentes maladies chez diverses espèces végétales. Dans le soja, la PSP1 a réduit la symptomatologie de 70% de Corynespora cassiicola, agent étiologique de la tache cible. Cet effet protecteur était similaire à l'inducteur commercial BION 500 WG à base de BTH, et il a été démontré que les deux produits induisaient une explosion oxydative et une expression régulée à la hausse du gène PR1 dans le soja. En outre, un double traitement PSP1 sur les plantes de canne à sucre cultivées en serre a fourni une protection contre la maladie bactérienne des bandes rouges causée par Acidovorax avenae et une double application foliaire de PSP1 sur les plantes de blé cultivées en plein champ a considérablement augmenté la résistance contre Fusarium graminearum, agent causal de la maladie du mildiou, se manifestant principalement par une augmentation du taux de germination des graines. En résumé, ces études de protection contre les maladies ont démontré un contrôle efficace contre les agents pathogènes bactériens et fongiques chez les espèces de monocotylédones et de dicotylédones, ce qui, combiné à son faible coût de production, son efficacité à de faibles concentrations, sa longue durée de conservation, sa tolérance aux températures élevées, son innocuité pour les organismes non ciblés et sa manipulation et son application simples, font de PSP1 un candidat très prometteur pour une gestion efficace et durable des maladies chez de nombreuses espèces de cultures.Translated Description (Spanish)
En este trabajo, presentamos un nuevo bioestimulante para el manejo sostenible de enfermedades de cultivos, PSP1, basado en el elicitor de defensa vegetal AsES, una proteasa extracelular producida por el patógeno fúngico de la fresa Acremonium strictum. Las condiciones de fermentación fúngica y el procesamiento posterior se determinaron para maximizar la producción de proteínas extracelulares, la estabilidad del producto y una alta actividad de provocación de defensa de la planta, según lo monitoreado por la resistencia a la antracnosis en plantas de fresa tratadas con sobrenadante posteriormente infectadas con una cepa virulenta de Colletotrichum acutatum. Se demostró que los lotes de fermentación reducen el desarrollo de antracnosis en un 30-60% en comparación con las plantas infectadas no tratadas. La formulación del producto demostró ser estable durante 6 meses cuando se almacenó a temperaturas de hasta 45 ° C y las pruebas toxicológicas mostraron que la PSP1 era inofensiva para los organismos beneficiosos y no tóxica para las especies de mamíferos a concentraciones 50 veces mayores que las utilizadas en los experimentos con plantas. Además, los estudios de protección contra enfermedades que utilizaron diluciones de PSP1 indicaron que existe un umbral mínimo de actividad de proteasa necesario para inducir la defensa de patógenos en la fresa y que este efecto de inducción es independiente de la dosis. Una característica significativa de la PSP1 es su amplia protección contra diferentes enfermedades en diversas especies de cultivos. En soja, PSP1 redujo la sintomatología en un 70% de Corynespora cassiicola, agente etiológico de la mancha diana. Este efecto de protección fue similar al inductor comercial BION 500 WG basado en BTH, y se demostró que ambos productos inducen una explosión oxidativa y una expresión del gen PR1 regulada al alza en la soja. Además, un doble tratamiento con PSP1 en plantas de caña de azúcar cultivadas en invernadero proporcionó protección contra la enfermedad de la raya roja bacteriana causada por Acidovorax avenae y una doble aplicación foliar de PSP1 en plantas de trigo cultivadas en el campo aumentó significativamente la resistencia contra Fusarium graminearum, agente causal de la enfermedad del tizón de la cabeza, que se manifiesta principalmente en una mayor tasa de germinación de semillas. En resumen, estos estudios de protección contra enfermedades demostraron un control efectivo contra patógenos bacterianos y fúngicos en especies de cultivos monocotiledóneos y dicotiledóneos, que junto con su bajo costo de producción, efectividad a bajas concentraciones, larga vida útil, tolerancia a altas temperaturas, inocuidad para organismos no objetivo y manejo y aplicación simples, hacen de PSP1 un candidato muy prometedor para el manejo efectivo y sostenible de enfermedades en muchas especies de cultivos.Files
pdf.pdf
Files
(1.9 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c9f27bc4be170a509ececa99c7c45eaa
|
1.9 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تطوير PSP1، وهو محفز حيوي يعتمد على ASES Elicitor لإدارة الأمراض في محاصيل Monocot و Dicot
- Translated title (French)
- Développement de PSP1, un biostimulant basé sur l'Elicitor AsES pour la gestion des maladies dans les cultures de monocotylédones et de dicotylédones
- Translated title (Spanish)
- Desarrollo de PSP1, un Bioestimulante Basado en el Elicitor AsES para el Manejo de Enfermedades en Cultivos de Monocotiledóneas y Dicot
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2807658512
- DOI
- 10.3389/fpls.2018.00844
References
- https://openalex.org/W1480753239
- https://openalex.org/W1490034301
- https://openalex.org/W1535897375
- https://openalex.org/W1543764881
- https://openalex.org/W1569025925
- https://openalex.org/W1571197729
- https://openalex.org/W1574459258
- https://openalex.org/W1699924943
- https://openalex.org/W1854475073
- https://openalex.org/W1922782995
- https://openalex.org/W1931843378
- https://openalex.org/W1964037568
- https://openalex.org/W1965122273
- https://openalex.org/W1968160407
- https://openalex.org/W1974683784
- https://openalex.org/W1980272617
- https://openalex.org/W1982740071
- https://openalex.org/W1983243370
- https://openalex.org/W1985631338
- https://openalex.org/W1986339284
- https://openalex.org/W1987503020
- https://openalex.org/W1988355396
- https://openalex.org/W1988578642
- https://openalex.org/W1989154409
- https://openalex.org/W1991191712
- https://openalex.org/W1991467369
- https://openalex.org/W1991560013
- https://openalex.org/W2000324333
- https://openalex.org/W2004613555
- https://openalex.org/W2007963646
- https://openalex.org/W2009674410
- https://openalex.org/W2010469954
- https://openalex.org/W2015093208
- https://openalex.org/W2024556021
- https://openalex.org/W2032206926
- https://openalex.org/W2034941720
- https://openalex.org/W2035317163
- https://openalex.org/W2036441011
- https://openalex.org/W2039777790
- https://openalex.org/W2040557463
- https://openalex.org/W2044956670
- https://openalex.org/W2053622167
- https://openalex.org/W2056497559
- https://openalex.org/W2057812791
- https://openalex.org/W2058799260
- https://openalex.org/W2060666564
- https://openalex.org/W2065344023
- https://openalex.org/W2067468594
- https://openalex.org/W2075527204
- https://openalex.org/W2076129234
- https://openalex.org/W2079671261
- https://openalex.org/W2079951284
- https://openalex.org/W2086504305
- https://openalex.org/W2087021171
- https://openalex.org/W2088346677
- https://openalex.org/W2089268060
- https://openalex.org/W2089440699
- https://openalex.org/W2090882253
- https://openalex.org/W2092105019
- https://openalex.org/W2092596738
- https://openalex.org/W2093505921
- https://openalex.org/W2094108457
- https://openalex.org/W2094567605
- https://openalex.org/W2101985322
- https://openalex.org/W2102953824
- https://openalex.org/W2108244474
- https://openalex.org/W2119903492
- https://openalex.org/W2124593107
- https://openalex.org/W2124603595
- https://openalex.org/W2124955487
- https://openalex.org/W2128635872
- https://openalex.org/W2128923805
- https://openalex.org/W2129851138
- https://openalex.org/W2136309995
- https://openalex.org/W2140816330
- https://openalex.org/W2142029168
- https://openalex.org/W2148973652
- https://openalex.org/W2149806308
- https://openalex.org/W2149993527
- https://openalex.org/W2151138612
- https://openalex.org/W2155208432
- https://openalex.org/W2160008282
- https://openalex.org/W2169648917
- https://openalex.org/W2174255809
- https://openalex.org/W2179133762
- https://openalex.org/W2231910342
- https://openalex.org/W2303516665
- https://openalex.org/W2582935604
- https://openalex.org/W2594582972
- https://openalex.org/W2699178082
- https://openalex.org/W2792064442
- https://openalex.org/W3022868433
- https://openalex.org/W3121082186
- https://openalex.org/W3128233165
- https://openalex.org/W4285719527
- https://openalex.org/W4298036680
- https://openalex.org/W613643118