DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1583114
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40376459
تاريخ النشر: 2025-05-01
المؤلف: Ranjna Kumari وآخرون
الموضوع الرئيسي: تفاعلات النباتات والميكروبات والمناعة
نظرة عامة
تستكشف هذه الدراسة أربعة عزلات من Trichoderma—T. harzianum وT. asperellum وT. virens وT. lixii—باستخدام تقنيات جزيئية، وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، وتحليل المركبات العضوية المتطايرة (VOC) لتقييم خصائصها المضادة للفطريات ضد Fusarium oxysporum f. sp. ciceri (FOC) وSclerotium rolfsii (SR). تم تأكيد العزلات من خلال تحليل منطقة ITS، حيث كشفت GC-MS عن المركبات العضوية المتطايرة التي تظهر خصائص مضادة للمرض. ومن الجدير بالذكر أن طيف FTIR حدد قممًا فريدة تت correspond لكل عزلة، وأظهرت المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لـ T. harzianum هياكل ميكوبارازيتية تشير إلى تفاعل فعال مع مسببات الأمراض.
تشير النتائج إلى أن دمج T. harzianum مع الفحم الحيوي (BC) عزز بشكل كبير مقاييس نمو نبات الحمص، بما في ذلك طول الجذر، وارتفاع النبات، وكتلة الجذر، بينما قلل أيضًا من حدوث الأمراض الناتجة عن FOC وSR. على وجه التحديد، أثبت التطبيق المشترك لـ BC (1-3%) مع T. harzianum أنه الأكثر فعالية في السيطرة على الفطريات النباتية، مما يعزز عدد سكان Trichoderma في التربة، مما حفز بدوره نمو النبات وأوقف تقدم المرض. تؤكد هذه الدراسة على إمكانية دمج أنواع Trichoderma مع الفحم الحيوي كاستراتيجية زراعية مستدامة، بينما تبرز أيضًا FTIR-ATR كطريقة سريعة وفعالة من حيث التكلفة لتوصيف أنواع Trichoderma. يجب أن تركز الدراسات المستقبلية على تحسين جرعات الفحم الحيوي واستكشاف سلالات Trichoderma إضافية عبر مسببات الأمراض المختلفة.
مقدمة
تناقش مقدمة ورقة البحث أهمية الحمص (Cicer arietinum L.) كنوع من البقوليات المهمة عالميًا، مع تسليط الضوء على فوائدها الغذائية وقدرتها على مقاومة الجفاف. على الرغم من مزاياها، تواجه محاصيل الحمص تهديدات من مسببات الأمراض المختلفة المنقولة عبر التربة، مثل *Sclerotinia sclerotiorum* و*Fusarium oxysporum*، والتي تؤثر سلبًا على نموها وإنتاجيتها. تشمل طرق السيطرة التقليدية استخدام الأصناف المقاومة، والمبيدات الفطرية، وعوامل المكافحة البيولوجية (BCAs) مثل أنواع *Trichoderma*، المعروفة بقدرتها على تعزيز نمو النبات ومحاربة مسببات الأمراض.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى تحديد دقيق لسلالات *Trichoderma*، مشيرة إلى أنه بينما تكون الطرق الشكلية صعبة، فإن التقنيات الجزيئية وطيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) تقدم بدائل موثوقة للتوصيف. تهدف الدراسة إلى استكشاف التأثيرات التآزرية لسلالات *Trichoderma* المختارة المدمجة مع الفحم الحيوي (BC) كحامل لتعزيز فعالية المكافحة البيولوجية ضد الأمراض المنقولة عبر التربة في الحمص. من المتوقع أن يحسن هذا النهج نمو النبات ويوفر رؤى حول استراتيجيات فعالة لإدارة مسببات الأمراض المنقولة عبر التربة.
طرق
في هذه الدراسة، تم عزل أربعة سلالات من Trichoderma—PBT9 (T. lixii)، PBT13 (T. harzianum)، PBT4 (T. asperellum)، وPBT3 (T. virens)—من عينات التربة من منطقة الجذور في بنجاب، الهند. تضمنت عملية العزل تعليق التربة في ماء معقم، والخلط بالدوامة، والتخفيف التسلسلي، تلاها زراعة على أجار روز بنغال للتكاثر. تم الحصول على ثقافات نقية على أجار دكستروز البطاطس، وتم تصنيف السلالات بناءً على خصائصها الشكلية. شمل التوصيف الجزيئي استخراج الحمض النووي، وتكبير منطقة ITS باستخدام برايمرات محددة، والتسلسل لتأكيد هوية الأنواع.
بالنسبة للإعداد التجريبي، تم تعقيم التربة من حقل LPU الزراعي وتلقيحها بمستعمرات مسببات الأمراض لإنشاء تربة مريضة. تم تطبيق Trichoderma وعوامل المكافحة البيولوجية بتركيبات مختلفة لتقييم فعاليتها في زراعة الحمص. شملت العلاجات تركيبات مختلفة من Fusarium oxysporum f.sp. ciceris (FOC)، وتعديلات التربة، وT. harzianum، مع تكرار كل علاج ثلاث مرات في تصميم عشوائي كامل. بالإضافة إلى ذلك، تم تعقيم بذور الحمص على السطح وتغذيتها بمعلق كونيدي لـ T. harzianum قبل زراعتها في التربة المعدلة. تهدف هذه المنهجية الشاملة إلى تقييم إمكانيات سلالات Trichoderma في تعزيز نمو الحمص وإدارة مسببات الأمراض المنقولة عبر التربة.
نتائج
نجحت الدراسة في توصيف 21 عزلة من Trichoderma، مع تحديد أربعة أنواع—*T. lixii* و*T. asperellum* و*T. harzianum* و*T. virens*—من خلال تكبير PCR لمنطقة ITS باستخدام برايمرات محددة. أظهرت التسلسلات المستخرجة تشابهًا بنسبة 100% مع سلالات NCBI الموجودة، وكشف تحليل النشوء والتطور باستخدام MEGA 7.1 عن علاقات جينية وثيقة بين هذه الأنواع. أشارت الملاحظات المجهرية إلى أن *T. harzianum* كانت الأكثر فعالية كمضاد ضد مسببات الأمراض المنقولة عبر التربة *Fusarium* و*Sclerotium*، حيث أظهرت وضعين مضادين: التواء الهيفات والاختراق، مما أدى إلى انهيار مسببات الأمراض وتفككها.
علاوة على ذلك، قام طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR) بتوصيف الملفات الكيميائية الحيوية لأربعة أنواع من Trichoderma، كاشفًا عن مجموعات وظيفية مميزة وتوقيعات أيضية تساهم في قدراتها على المكافحة البيولوجية. كما قيمت الدراسة تأثير الفحم الحيوي (BC) على النمو الفطري لـ *Fusarium oxysporum* (FOC) و*Sclerotium rolfsii* (SR) في الثقافات الثنائية مع *T. harzianum*. أشارت النتائج إلى أن BC قيدت بشكل كبير نمو مسببات الأمراض، مع أعلى تثبيط لوحظ عند تركيز 1% (86.67% لـ FOC و88.14% لـ SR)، بينما دعمت أيضًا نمو *T. harzianum*. تؤكد هذه النتائج على إمكانية دمج أنواع Trichoderma والفحم الحيوي كعوامل مكافحة بيولوجية فعالة ضد مسببات الأمراض المنقولة عبر التربة في زراعة الحمص.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم عزل 21 سلالة غير محددة من Trichoderma spp. من منطقة الجذور في حقول غير مزروعة في بنجاب، الهند، مع إمكانية العمل كعوامل مكافحة بيولوجية (BCAs) لمحاصيل وصحة التربة. تم تأكيد أربعة أنواع—T. lixii وT. harzianum وT. asperellum وT. virens—من خلال تقنيات جزيئية. أشارت الاختبارات الكيميائية الحيوية إلى أن هذه العزلات تنتج إنزيمات مدمرة لجدران الخلايا وتظهر نشاطًا مضادًا ضد مسببات الأمراض المنقولة عبر التربة Fusarium oxysporum f.sp. ciceri وSclerotium rolfsii. كما سلطت الدراسة الضوء على فعالية طيف الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR-ATR) في التمييز بين أنواع Trichoderma بناءً على تركيباتها الكيميائية الحيوية، مما يوفر بديلًا سريعًا وفعالًا من حيث التكلفة للطرق الجزيئية التقليدية.
استكشفت الأبحاث أيضًا التأثيرات التآزرية للفحم الحيوي (BC) وTrichoderma على نمو الحمص ومكافحة الأمراض. أظهرت النتائج أن التطبيق المشترك لـ BC وT. harzianum حسّن بشكل كبير معايير نمو النبات وقلل من حدوث الأمراض مقارنة بالمجموعات الضابطة. خلصت الدراسة إلى أن التطبيق المشترك لـ BC وTrichoderma يعزز صحة التربة ومرونة النبات ضد مسببات الأمراض، مما يقترح نهجًا مستدامًا لإنتاج المحاصيل. يجب أن تركز الأبحاث المستقبلية على تحسين أنواع وجرعات BC جنبًا إلى جنب مع سلالات Trichoderma المختلفة لتعظيم فعاليتها في المكافحة البيولوجية.
DOI: https://doi.org/10.3389/fmicb.2025.1583114
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40376459
Publication Date: 2025-05-01
Author(s): Ranjna Kumari et al.
Primary Topic: Plant-Microbe Interactions and Immunity
Overview
This study investigates four Trichoderma isolates—T. harzianum, T. asperellum, T. virens, and T. lixii—utilizing molecular techniques, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and volatile organic compounds (VOC) profiling to assess their antagonistic properties against Fusarium oxysporum f. sp. ciceri (FOC) and Sclerotium rolfsii (SR). The isolates were confirmed through ITS region analysis, with GC-MS revealing VOCs that exhibit antipathogenic properties. Notably, FTIR spectroscopy identified unique peaks corresponding to each isolate, and scanning electron microscopy (SEM) of T. harzianum demonstrated mycoparasitic structures indicative of effective pathogen interaction.
The results indicate that the combination of T. harzianum with biochar (BC) significantly enhanced chickpea plant growth metrics, including root length, plant height, and root mass, while also reducing disease incidence from FOC and SR. Specifically, the combined application of BC (1-3%) with T. harzianum proved most effective in controlling the phytopathogens, promoting a higher Trichoderma population in the soil, which further stimulated plant growth and inhibited disease progression. This research underscores the potential of integrating Trichoderma spp. with biochar as a sustainable agricultural strategy, while also highlighting FTIR-ATR as a rapid and cost-effective method for Trichoderma species characterization. Future studies should focus on optimizing biochar dosages and exploring additional Trichoderma strains across various pathogens.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of chickpeas (Cicer arietinum L.) as a globally important legume, highlighting their nutritional benefits and resilience to drought. Despite their advantages, chickpea crops face threats from various soil-borne pathogens, such as *Sclerotinia sclerotiorum* and *Fusarium oxysporum*, which adversely affect their growth and yield. Traditional control methods include the use of resistant varieties, fungicides, and biocontrol agents (BCAs) like *Trichoderma* species, which are recognized for their plant growth-promoting and pathogen-fighting capabilities.
The paper emphasizes the need for accurate identification of *Trichoderma* strains, noting that while morphological methods are challenging, molecular techniques and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy offer reliable alternatives for characterization. The study aims to explore the synergistic effects of selected *Trichoderma* strains combined with biochar (BC) as a carrier to enhance biocontrol efficacy against soil-borne diseases in chickpeas. This approach is expected to improve plant growth and provide insights into effective strategies for managing soil-borne pathogens.
Methods
In this study, four Trichoderma strains—PBT9 (T. lixii), PBT13 (T. harzianum), PBT4 (T. asperellum), and PBT3 (T. virens)—were isolated from rhizospheric soil samples in Punjab, India. The isolation process involved suspending soil in autoclaved water, vortex mixing, and serial dilution, followed by plating on Rose Bengal agar for incubation. Pure cultures were obtained on potato dextrose agar, and the strains were classified based on their morphological characteristics. Molecular characterization included DNA extraction, amplification of the ITS region using specific primers, and sequencing to confirm species identity.
For the experimental setup, soil from the LPU agricultural field was sterilized and inoculated with pathogen inoculums to create sick soils. Trichoderma and biocontrol agents were applied in various combinations to assess their effectiveness in chickpea cultivation. The treatments included different combinations of Fusarium oxysporum f.sp. ciceris (FOC), soil amendments, and T. harzianum, with each treatment replicated three times in a completely randomized design. Additionally, chickpea seeds were surface sterilized and primed with a conidial suspension of T. harzianum before being planted in the amended soils. This comprehensive methodology aims to evaluate the potential of Trichoderma strains in enhancing chickpea growth and managing soil-borne pathogens.
Results
The study successfully characterized 21 Trichoderma isolates, identifying four species—*T. lixii*, *T. asperellum*, *T. harzianum*, and *T. virens*—through PCR amplification of the ITS region using specific primers. The sequences obtained exhibited 100% similarity with existing NCBI strains, and a phylogenetic analysis using MEGA 7.1 revealed close genetic relationships among these species. Microscopic observations indicated that *T. harzianum* was the most effective antagonist against soilborne pathogens *Fusarium* and *Sclerotium*, demonstrating two antagonistic modes: hyphal coiling and penetration, leading to pathogen collapse and disintegration.
Furthermore, Fourier-transform infrared (FTIR) spectroscopy characterized the biochemical profiles of the four Trichoderma species, revealing distinct functional groups and metabolic signatures that contribute to their biocontrol capabilities. The study also evaluated the impact of biochar (BC) on the mycelial growth of *Fusarium oxysporum* (FOC) and *Sclerotium rolfsii* (SR) in dual cultures with *T. harzianum*. Results indicated that BC significantly inhibited pathogen growth, with the highest inhibition observed at a 1% concentration (86.67% for FOC and 88.14% for SR), while also supporting the growth of *T. harzianum*. These findings underscore the potential of integrating Trichoderma species and biochar as effective biocontrol agents against soilborne pathogens in chickpea cultivation.
Discussion
In this study, 21 unidentified strains of Trichoderma spp. were isolated from the rhizosphere of uncultivated fields in Punjab, India, with the potential to serve as biocontrol agents (BCAs) for crops and soil health. Four species—T. lixii, T. harzianum, T. asperellum, and T. virens—were confirmed through molecular techniques. Biochemical assays indicated these isolates produce cell wall-degrading enzymes and exhibit antagonistic activity against the soil-borne pathogens Fusarium oxysporum f.sp. ciceri and Sclerotium rolfsii. The study also highlighted the effectiveness of Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR-ATR) in differentiating between Trichoderma species based on their biochemical compositions, providing a rapid and cost-effective alternative to traditional molecular methods.
The research further explored the synergistic effects of biochar (BC) and Trichoderma on chickpea growth and disease control. Results demonstrated that the combined application of BC and T. harzianum significantly improved plant growth parameters and reduced disease incidence compared to control groups. The study concluded that the co-application of BC and Trichoderma enhances soil health and plant resilience against pathogens, suggesting a sustainable approach for crop production. Future research should focus on optimizing BC types and dosages alongside various Trichoderma strains to maximize their biocontrol efficacy.