Nové biotechnologické prístupy pre znižovanie hospodárskych strát spôsobovaných patogénmi rodu Xanthomonas

Ing. Filip Gazdík

Disertační práce

Nové biotechnologické přístupy pro snižování hospodářských ztrát způsobovaných patogeny rodu Xanthomonas

Anotace:

Dizertační práce je zaměřena na nové biotechnologické přístupy využitelné v ochraně zemědělských plodin proti černé bakteriální hnilobě košťálové zeleniny způsobené bakterií Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc). Literární přehled obsahuje podrobný popis patogenu, se zaměřením na jeho biologii, genetickou podstatu škodlivosti, epigenetiku, možnosti detekce a možné metody ochrany se zaměřením na biologickou ochranu. V rámci experimentální části disertační práce byl poprvé testován originální koncept ošetření Xcc epigeneticky aktivními chemikáliemi dělících se do dvou skupin, a to na chemikálie s účinkem na aktivitu sirtuinů (5) a chemikálie s DNA demetylačním účinkem (5). Ošetření chemikáliemi s demetylačním účinkem mělo významný vliv na snížení virulence Xcc testované na rostlinách pekingského zelí, přičemž největší snížení virulence bylo zaznamenáno u variant ošetřených lomeguatribem (LOM) a zebularinem (ZEB). Naproti tomu ošetření chemikáliemi ovlivňujícími aktivitu sirtuinů mělo sice menší, ale za to opačný účinek na Xcc. Ve většině případů došlo k mírnému nárůstu virulence, i když se tyto změny nejevily jako stabilní. Získané hypovirulentní varianty LOM a ZEB byly dále testovány jako křížová ochrana před virulentním kmenem Xcc, ale tato hypotéza se nepotvrdila, protože nebyly mezi variantami zaznamenány statisticky významné rozdíly. Součástí experimentální části práce bylo i testování antagonistického účinku vybraného mikroorganismu Bacillus velezensis (Bv) proti Xcc, který vykazoval významný inhibiční účinek v pokusech in vitro, ale v pokusech na rostlinách se účinek nepotvrdil. Bv měl však významný pozitivní účinek na tvorbu kořenové biomasy. Výsledky získané v rámci této disertační práce poukazují na perspektivnost takových ošetření a otevírají tak prostor novým kapitolám v ochraně rostlin. Součástí práce jsou také doporučení pro další výzkum s možnostmi aplikace pro praxi.

Abstract:

The dissertation thesis is focused on new biotechnological approaches that can be used in protection of agricultural crops against black rot of crucifers caused by Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc). The theoretical part of the thesis describes the pathogen, with a focus on its biology, genetic nature of harmfulness, epigenetics, methods of detection and protection, with a focus on biological protection. In the experimental part of the thesis, an original concept of Xcc treatment with epigenetically active chemicals was tested for the very first time. Two groups of chemicals were used, chemicals with an effect on sirtuins (5) and chemicals with a DNA demethylating effect (5). Treatment with demethylating chemicals had a significant lowering effect on the virulence of Xcc tested on napa cabbage plants, with the greatest reduction in virulence observed in variants treated by lomeguatrib (LOM) and zebularine (ZEB). In contrast, treatment with chemicals affecting sirtuin activity had a smaller but opposite effect on Xcc. In most cases, there was a slight increase in virulence, although these changes did not appear to be stable. The obtained hypovirulent variants LOM and ZEB were further tested as cross-protection against the virulent Xcc strain, but this hypothesis was not confirmed, as no statistically significant differences were shown between the variants. The experimental part of the thesis also included testing of antagonistic effect of the selected microorganism Bacillus velezensis (Bv) against Xcc, which showed a signifycant inhibitory effect in in vitro experiments, but the inhibitory effect was not confirmed in experiments on plants. However, Bv had a positive effect on the root biomass formation. The results obtained within this dissertation thesis point to the perspective of such treatments and open new chapters in plant protection research. The thesis also includes recommendations for further research with possibilities of application for practice.

Abstract:

Dizertačná práca je zameraná na nové biotechnologické prístupy využiteľné v ochrane poľnohospodárskych plodín proti čiernej bakteriálnej hnilobe hlúbovej zeleniny spôsobovanej baktériou Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc). Literárny prehľad obsahuje podrobný opis patogénu, so zameraním na jeho biológiu, genetickú podstatu škodlivosti, epigenetiku, možnosti detekcie a možné metódy ochrany so zameraním na biologickú ochranu. V rámci experimentálnej časti dizertačnej práce bol po prvýkrát testovaný originálny koncept ošetrenia Xcc epigeneticky aktívnymi chemikáliami deliacich sa do dvoch skupín, a to na chemikálie s účinkom na aktivitu sirtuínov (5) a chemikálie s DNA demetylačným účinkom (5). Ošetrenie chemikáliami s demetylačným účinkom malo významný vplyv na zníženie virulencie Xcc testované na rastlinách pekinskej kapusty, pričom najväčšie zníženie virulencie bolo zaznamenané pri variantoch ošetrených lomeguatribom (LOM) a zebularínom (ZEB). Naproti tomu ošetrenie chemikáliami ovplyvňujúcimi aktivitu sirtuínov malo síce menší, ale za to opačný účinok na Xcc. Vo väčšine prípadov došlo k miernemu nárastu virulencie, aj keď tieto zmeny sa nejavili ako stabilné. Získané hypovirulentné varianty LOM a ZEB boli ďalej testované ako krížová ochrana pred virulentným kmeňom Xcc, no táto hypotéza sa nepotvrdila, nakoľko neboli medzi variantmi zaznamenané štatisticky významné rozdiely. Súčasťou experimentálnej časti práce bolo aj testovanie antagonistického účinku vybraného mikroorganizmu Bacillus velezensis (Bv) proti Xcc, ktorý vykazoval významný inhibičný účinok v pokusoch in vitro, no v pokusoch na rastlinách sa účinok nepotvrdil. Bv mal však významný pozitívny účinok na tvorbu koreňovej biomasy. Výsledky získané v rámci tejto dizertačnej práce poukazujú na perspektívnosť takýchto ošetrení a otvárajú tak priestor novým kapitolám v ochrane rastlín. Súčasťou práce sú tiež odporúčania pre ďalší výskum s možnosťami aplikácie pre prax.

Klíčová slova

ochrana rostlin, epigenetika, metylace, křížová ochrana, antagonismus, Bacillus velezensis, pekingské zelí, Xanthomonas campestris pv. campestris

Keywords

Xanthomonas campestris pv. campestris, plant protection, epigenetics, methylation, cross-protection, antagonism, Bacillus velezensis, napa cabbage

Klíčová slova

Xanthomonas campestris pv. campestris, ochrana rastlín, epigenetika, metylácia, krížová ochrana, antagonizmus, Bacillus velezensis, pekinská kapusta

Jazyk práce: slovenština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 6. 6. 2023

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Mgr. Miroslav Baránek, Ph.D.
• Oponent: Jaroslav Salava, externi, Martin Koudela, externi, Jana Řepková, externi

Mendelova univerzita v Brně

Zahradnická fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Zahradnické inženýrství / Zahradnictví