Biocontrol ability and mechanism of the endophyte Penicillium commune CIMO 14FM009 against olive anthracnose

Olive (Olea europaea L.) is a crop of great economic and cultural interest for the Mediterranean Basin, including Portugal. Olive anthracnose, caused by several Colletotrichum species, is the most economically harmful fruit disease of olive crop worldwide, by causing high losses in fruit yield and oil quality. Strategies to control this disease are mostly based on the use of copper-based products, with limited efficacy and not compatible with sustainable production systems. The development of new, more effective and safe tools for olive anthracnose control is therefore an urgent need. In this regard, the exploitation of endophytes as biological control agents against anthracnose, may holds great promise. Thus, this work aimed to evaluate the ability of the endophyte Penicillium commune to induced the production of volatile organic compounds within olive tree tissues with antifungal activity towards Colletotrichum acutatum. For this purpose, branches of five olive trees were inoculated with buffer (control), endophyte, pathogen (C. acutatum), or endophyte and one month later with the pathogen (endophyte+pathogen). After 0, 3 and 24h of inoculation with the pathogen, both leaves and fruits were collected for evaluation of their composition on volatiles (by HS-SPME- GC/MS) and of the effect of plant-derived volatiles towards C. acutatum. The volatile profile varied over time and between treatments, especially in fruits. It was at 3 h where the greatest differences between treatments were recorded, with fruits from endophyte+pathogen inoculated branches being differentiated from the other treatments due to the emission of 7-octen-2-ol, 2,6-dimethyl-, 3-octanol, 3,7-dimethyl- and propanoic acid, 2-methyl-, 3-methyl-2-butenyl ester. The analysis of the leaves showed a different pattern at 3h, with leaves from branches inoculated with endophyte or endophyte+pathogen exhibiting a similar volatile profile, but distinct from pathogen treatment. Plant-derived volatiles induced by P. commune reduced significantly the growth and sporulation of C. acutatum. Although preliminary, these findings provide new viable possibilities of controlling olive anthracnose using the endophyte P. commune and/or volatiles. These volatile inhibitory metabolites should be further tested against anthracnose.

A oliveira (Olea europaea L.) é uma cultura de grande interesse económico e cultural para a Bacia Mediterrânica, incluindo Portugal. A gafa, causada por várias espécies de Colletotrichum, é a doença frutífera economicamente mais nociva da cultura da azeitona a nível mundial, causando elevadas perdas na produção de frutos e na qualidade do azeite. As estratégias para controlar esta doença baseiam-se principalmente na utilização de produtos à base de cobre, com eficácia limitada e não compatíveis com sistemas de produção sustentáveis. O desenvolvimento de ferramentas novas, mais eficazes e seguras para o controlo da gafa é, portanto, uma necessidade urgente. A este respeito, a exploração de endófitos como agentes de controlo biológico contra a gafa, pode ser uma das soluções. Assim, este trabalho teve como objetivos avaliar a capacidade do endófito Penicillium commune, para induzir a produção de compostos orgânicos voláteis dentro dos tecidos da oliveira com atividade antifúngica para o Colletotrichum acutatum. Para tal, ramos de cinco oliveiras foram inoculados com tampão (controlo), endófito, patogéneo (C. acutatum), ou endófito e um mês depois com o patogéneo (endófito+patófito). Após 0, 3 e 24h da inoculação com o patogéneo, tanto as folhas como os frutos foram colhidos para avaliação da sua composição em voláteis (por HS-SPME-GC/MS) e do efeito dos voláteis derivados de plantas contra o C. acutatum. O perfil volátil variou ao longo do tempo e entre tratamentos, principalmente em frutos. Foi às 3h onde se registaram as maiores diferenças entre os tratamentos, sendo os frutos de ramos inoculados de endófito+patogéneo diferenciados dos outros tratamentos devido à emissão de 7-octen-2- ol, 2,6-dimetil-, 3-octanol, 3,7-dimetil- e ácido propanóico, 2-metil-, 3-metil-2-éster de butil. A análise das folhas mostrou um padrão diferente às 3h, com folhas de ramos inoculados com endófito ou endófito+patógeneo exibindo um perfil volátil semelhante, mas distinto do tratamento com patogéneo. Os voláteis derivados de plantas induzidos por P. commune reduziram significativamente o crescimento e a esporulação de C. acutatum. Embora preliminares, estas descobertas oferecem novas possibilidades viáveis de controlar a gafa utilizando o endófito P. commune e/ou os voláteis. Estes metabolitos voláteis inibidores devem ser testados contra a gafa.

This work is supported by FEDER funds through the COMPETE (Operational Program for Competitiveness Factors) and by National funds through the FCT (Foundation for Science and Technology) in the scope of the project POCI-01-0145-FEDER-031133 “MicOlives - Exploiting plant induced resistance by beneficial fungi as a new sustainable approach to olive crop protection”.