Biocontrol of Aspergillus flavus and Fusarium verticillioides by Bacillus spp. isolated from maize root system

Os fungos toxigênicos Aspergillus flavus e Fusarium verticillioides podem colonizar plantas de milho em todas as etapas do cultivo, através da contaminação fúngica presente no solo, levando a queda de produtividade e qualidade do grão. Em adição, estes fungos podem produzir micotoxinas que põem em grande risco a saúde de humanos e animais que consomem os grãos contaminados. O controle biológico é um método de controle fúngico alternativo ao uso de fungicidas químicos e o uso de bactérias provenientes do sistema radicular de plantas de milho é extremamente promissor em função da capacidade competitiva e de sobrevivência destes micro-organismos. O objetivo deste trabalho foi selecionar bactérias do sistema radicular de plantas de milho com potencial para o biocontrole de Aspergillus flavus e Fusarium verticillioides no agroecossistema de cultivo do milho. Foram isolados 1283 colônias bacterianas do sistema radicular de plantas de milho e destas 24 apresentaram atividade antifúngica e 3 foram selecionados para o restante do trabalho. Os três isolados selecionados foram identificados como Bacillus safensis RF69, B. amyloliquefaciens RP103 e B. subtilis RP242. Os isolados foram capazes de reduzir a taxa de crescimento micelial in vitro dos dois fungos, assim como foram capazes de reduzir a produção, germinação e sobrevivência de conídios. Foi detectada a produção de iturina A pelos isolados B. amyloliquefaciens RP103 e B. subtilis RP242, caracterizando este metabolito como um dos responsáveis pela atividade antifúngica. Os isolados B. amyloliquefaciens RP103 e B. subtilis RP242 demonstraram a manutenção da dominância frente a A. flavus e F. verticillioides in vitro em diferentes condições ambientais, caracterizando alta eficácia no controle fúngico em situações de stress hídrico e de térmico. A bacterização de sementes com os três isolados foi efetiva na proteção radicular frente aos dois fungos, assim como levou ao aumento do comprimento e peso das plântulas, da taxa de emergência de plântulas e na germinação de sementes. Os isolados foram capazes de reduzir drasticamente as contagens fúngicas em solo não-rizosférico e no grão de milho, reduzindo também a concentração de aflatoxina B1 e fumonisina B1 nos grãos. Os isolados demonstraram-se extremamente promissores para serem utilizados em um bioformulado objetivando o controle micotoxigênico em plantas de milho em diferentes etapas da produção de grãos.Toxigenic fungi Aspergillus flavus and Fusarium verticillioides may colonize maize grains on the field and during storage, leading to yield and quality losses, mainly by the production of aflatoxin B1 and fumonisin B1, carcinogenic and potentially carcinogenic mycotoxins, respectively. Biological control is a promising alternative control method and the usage of soil bacteria as biocontrol agents has great potential due to survival and competitive characteristics of those microorganisms. The objective of this study was to select bacteria from maize root system with potential to biocontrol Aspergillus flavus and Fusarium verticillioides on the agroecosystem of maize. We isolated 1283 bacterial colonies from maize root system, 24 of them presented antifungal activity and three were selected for the rest of the study. Selected isolates were identified as Bacillus safensis RP69, B. amyloliquefaciens RP103 and B. subtilis RP242. The isolates were capable to reduce in vitro mycelial growth rate of both fungi and reduce conidial production, germination and survival. Iturin A production was detected by B. amyloliquefaciens RP103 and B. subtilis RP242, characterizing this metabolite as one of the responsible for the antifungal activity. Isolates B. amyloliquefaciens RP103 and B. subtilis RP242 maintained in vitro dominance towards A. flavus and F. verticillioides in different environmental conditions, characterizing high efficacy on fungal control even in water and temperature stress situations. Seed bacterization was effective on root protection towards both fungi, as well as increased seedling length and weight, emergency rate and seed germination percentage. The isolates were able to reduce fungal counts on non-rhizospheric soil and on grain, and were able to decrease aflatoxin B1 and fumonisin B1 final concentrations on maize grain. The selected isolates shown extremely promising to be used as biocontrol agents on a bioformulated product aiming mycotoxigenic control on maize plants during different steps of grain production