The systemic activity of mutualistic endophytic fungi in Solanaceae and Cucurbitaceae plants on the behaviour of the phloem-feeding insects <em>Trialeurodes vaporariorum, Aphis gossypii </em>and<em> Myzus persicae</em>

Abstract

The biocontrol activity of mutualistic endophytic fungi inoculated into the rhizosphere on the root-knot nematode<em> Meloidogyne incognita</em> and the phloem-feeding insects: <em>Trialeurodes vaporariorum</em> (Westwood) the green house whitefly (GHWF), <em>Aphis gossypii</em> (Glover) the melon aphid, and <em>Myzus persicae</em> (Sulzer) the green peach aphid were investigated on host plants in two plant families. <br /><em>Fusarium oxysporum</em> strain 162 (Fo162) was successfully re-isolated from the roots of squash, melon and pepper, 27.8, 27.4 and 28.8 percent respectively, following endophyte pre-inoculation at sowing. The results showed for the first time that Fo162 was able to effectively colonize these three new host plants. Early root penetration of<em> M. incognita</em> was reduced 83, 70 and 73 percent in the three plants, respectively. In the absence of Fo162, the level of nematode galling was significantly higher in all crops compared to the rate of galling on endophyte inoculated plants. Organic matter amendments did not affect the biological control activity of Fo162. Strain Fo162 as well as five other endophytic isolates with known biological control activity toward plant-parasitic nematodes, were investigated for their potential to induce systemic effects against the GHWF on tomato. The endophytic isolates of <em>Trichoderma atroviride</em> MT-20 and S-2 as well as Fo162 added to the soil at sowing significantly reduced the number of GHWF on the leaves of tomato over the controls in a choice-test as measured over a 10 day period after insect release. The highest level of biocontrol activity was obtained with Fo162. The endophytic fungi did not alter chlorophyll content of the tomato leaves, which was thought to have influenced host selection behaviour. The choice-test also demonstrated that Fo162 negatively affected GHWF behaviour on tomato, squash, and melon at the time of host selection and oviposition. 79 and 74 percent of the adults and eggs detected on the tomato leaves were found on untreated plants, whereas on squash and melon plants the presence of Fo162 reduced host preference of the GHWF equally 80 percent. Significant negative effects of Fo162 on <em>T. vaporariorum</em> reproduction in tomato, <em>A. gossypii</em> in melon and squash as well as on <em>M. persicae</em> in pepper were also detected. Tomato plants treated with Fo162 had a reduced number of 2^nd and 3^rd nymphal stages and total eggs that were able to complete their life cycle. In squash there was a significant negative effect on the reproductive rate of the melon aphid and in Fo162 treated plants as compared to the control plants. Pepper plants inoculated with Fo162 also had a negative effect on the reproduction of the green peach aphid. Final populations only reached 15% on treated plants of that attained on the untreated plants. RP-HPLC analysis demonstrated that tomato, squash, melon and pepper plants colonized by Fo162 had altered concentrations of metabolite accumulation both in the presence and in the absence of the phloem-feeding insects. Metabolite accumulation in the presence of the phloem-feeding insect populations increased and was negatively correlated with different developmental stages of <em>T. vaporariorum</em>. The results of the present studies demonstrated that the mutualistic fungal endophytes are able to induce systematic resistance in host plants when applied to the soil at sowing. Endophytic root colonization enhanced systemically plant defence mechanisms simultaneously against the root-knot nematode <em>M. incognita</em> in the roots and toward phloem-feeding insects in the leaves.

<strong>Systemische Aktivität von mutualistisch endophytischen Pilzen in <em>Solanaceaen</em> und <em>Cucurbitaceaen</em> Pflanzen auf das Verhalten der Phloem-ernährenden Insekten<em> Trialeurodes vaporariorum, Aphis gossypii </em>und<em> Myzus persicae</em></strong><br /> Die biologische Kontrollaktivität von mutualistischen endophytischen Pilzen, inokuliert in die Rhizosphäre, gegen den Wurzelgallennematoden <em>Meloidogyne incognita</em> und die Phloem-ernährenden Insekten, Weiße Fliege (GHWG) <em>Trialeurodes vaporariorum</em> (Westwood), die Blattlaus <em>Aphis gossypii</em> (Glover) und die grüne Pfirsich Blattlaus <em>Myzus persicae</em> (Sulzer) wurde an Pflanzen aus zwei Familien untersucht.<br /><em>Fusarium oxysporum</em> Stamm 162 (Fo162) wurde erfolgreich von Gurke, Melone und Paprika re-isoliert, mit Kolonisationsraten von jeweils 27,8%, 27,41% und 28,84%. Diese Ergebnisse zeigten zum ersten mal, dass Fo162 effektiv die Wurzeln von diesen Kulturpflanzen kolonisieren konnte. Die frühe Wurzeleindringung von M. incognita wurde im Vergleich zur Kontrollvariante jeweils in jeder Kulturpflanze um 83%, 70% und 73% reduziert. In Abwesenheit von Fo162 war die Gallenbildung durch die Nematoden signifikant höher als in inokulierten Pflanzen. Die Stärke der biologischen Kontrolle wurde nicht durch organische Bestandteile im Boden beeinflusst. Stamm Fo162 und fünf weitere endophytische Isolate mit bekannter biologischer Kontrollaktivität gegen pflanzenparasitäre Nematoden wurden auf die die Bildung einer systemischen Resistenz gegen GHWG an Tomaten getestet. Die endophytischen Isolate von <em>Trichoderma atroviride</em> MT-20 und S-2 als auch Fo162 inokuliert während der Saat, reduzierten die Anzahl von GHWG an den Pflanzen zehn Tage nach Freilassung signifikant. Das höchste Level der Kontrollaktivität wurde mit Fo162 erziehlt. Ein Einfluss der Endophythen auf den Chlorophyll Gehalt von Blättern der Tomate konnte nicht nachgewiesen werden. Fo162 hatte einen negativen Einfluss auf Auswahl und Eiablage der weißen Fliege an Tomate, Gurke und Melone. 79 und 74 Prozent der Adulten und Eier an Tomatenpflanzen wurden auf unbehandelten Pflanzen gefunden, wobei an Gurke und Melone die Präsenz von Fo162 die Wirtspräferenz um 80% senkte. Signifikante negative Effekte von Fo162 auf die Vermehrung der GHWG an Tomate, <em>A. gossypii </em>an Melone und Gurke, als auch von <em>M. persicae</em> an Paprika wurden nachgewiesen. An Tomatenpflanzen behandelt mit Fo162, wurde die Anzahl des zweiten und dritten Larvenstadiums und die Anzahl der Eier, welche den Lebenszyklus beendeten, reduziert. Die Kolonistation der Melonenblattlaus auf Fo162 inokulierten Gurkenpflanzen zeigte einen negativen Effekt im Vergleich zu den Kontrollpflanzen. An Paprika reduzierte Fo162 die Vermehrungsrate der grünen Pfirsischblattlaus um 85% im Vergleich zu den unbehandelten Pflanzen. RP-HPLC Analysen der mit Fo162 behandelten Tomaten, Gurken und Paprika Pflanzen ergaben eine Veränderung der Metabolitenproduktion in den Blättern sowohl wenn die Insekten präsent waren als auch ohne Präsenz der Insekten. Wenn die verschiedenen Insektenpopulationen vorhanden waren, war die Metabolitbildung ebenfalls erhöht und negativ korreliert mit <em>T. vaporariorum </em>Entwicklungsstadien. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie demonstrierten, dass die mutualistischen Endophyten in der Lage waren eine induzierte Resitenz hervorzurufen wenn sie während der Saat inokuliert wurden. Wurzelbesiedlung durch Endophyten erhöhte die systemischen Pflanzen-Abwehrmechanismen, gleichzeitig gegen die Wurzelgallennematode <em>M. incognita</em> in den Wurzeln, als auch gegen Phloem saugende Insekten an den Blättern.