Studies on the Characteristics of the Antagonistic Relationship between Radopholus similis (Cobb) Thorne and Mutualistic Endophytic Fungi in Nematode-Suppressive Banana Plants (Musa AAA)

Abstract

The antagonistic relationship of Radopholus similis and seven mutualistic endophytes isolated from banana and plantain were investigated in a series of experiments. First, prior to field trials and further greenhouse experiments, the vegetative compatibility of endophytes identified as Fusarium oxysporum and known pathogenic F. oxysporum isolates was tested. Nitrate non-utilizing (nit) mutants were produced and crossed with complementary testers from pathogenic F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici, lycopersici and cubense strains. None of the endophytic F. oxysporum isolates formed heterokaryons with any of the pathogenic strains tested. The nematode-antagonistic endophytes are therefore not vegetatively compatible with the pathogenic strains, and can not exchange genetic information with them.<br /> Second, the role of systemic induced resistance to nematode penetration and reproduction was tested in a series of split-root tests carried out in greenhouses in Germany and Costa Rica. The results revealed that, of the three T. atroviride (MT-20, ET-35 and S2) and four F. oxysporum (MF-25, MF-40, S9 and P12) isolates tested, only MT-20 and S2 seemed to induce systemic effects in Musa AAA cv. ‘Valery’ plants. S2 significantly and consistently reduced R. similis penetration, 10 days after nematode inoculation, while MT-20 significantly reduced nematode reproduction over a 9 week period. None of the tested F. oxysporum isolates induced systemic resistance to nematode penetration or reproduction.<br /> Third, the possible transfer of nematode suppression from endophyte-inoculated Musa AAA cv. ‘Valery’ mother plants to daughter plants (suckers) in the field was studied. As part of a large scale field trial looking at the suppression of nematodes in the field, mother plants were inoculated with endophytes prior to field transfer, and nematode populations monitored for 7 months. At the first de-suckering, sword suckers were removed from the field and grown in the greenhouse, where they were later challenged with R. similis. Results from the field to greenhouse test indicated that, when nematode suppression is established in the field, this suppression is transferred from mother to daughter plants.<br /> Finally, the effects of single and combined inoculations of two F. oxysporum and two T. atroviride on R. similis biocontrol in Musa AAA cv. ‘Williams’ and on plant growth of Musa AAA cvs. ‘Grand Nain’, ‘Valery’ and ‘Williams’ were investigated. Combining inoculations of mutualistic endophytes increased nematode control levels and plant growth in ‘Williams’ plants inoculated with both R. similis and fungi. Plant growth in the absence of R. similis was promoted by single and dual inoculations of T. atroviride isolates and by single inoculations of F. oxysporum isolates in ‘Grand Nain’, ‘Valery’ and ‘Williams’ plants. Dual inoculations of F. oxysporum and of all four endophytes did not positively affect plant growth.

<p><strong>Studien zur Characterizierung der Antagonistischen Beziehung zwischen Radopholus similis (Cobb) Thorne und Mutualistischen Endophytischen Pilzen in Nematoden-Suppressiven Bananen Pflanzen (Musa AAA)</strong><br /> Die antagonistische Beziehung von Radopholus similis und sieben aus Bananen und Kochbananen isolierten mutualistischen Endophyten wurden in einer Serie von Versuchen durchleuchtet. Vor weiteren Gewächshausversuchen und Feldversuchen, wurde erstens die vegetative Kompatibilität der als Fusarium oxysporum identifizierten Endophyten und bekannte pathogenen F. oxysporum Isolate getestet. Nitrate nicht verwendende (nit) Mutanten wurden produziert und mit komplementären Testern der pathogenen Stämme von F. oxysporum f. sp. radicis-lycopersici, lycopersici und cubense gegenüber gestellt. Keiner der getesteten endophytischen F. oxysporum Isolate formte einen Heterokaryon mit pathogenen Stämmen. Die Nematoden antagonistischen Endophyten sind daher nicht mit pathogenen Stämmen vegetativ kompatibel, und können keine genetische Information austauschen.<br /> Zweitens wurde die Rolle der systemisch induzierten Resistenz zu Nematoden Penetration und Reproduktion in einer Reihe Split-Root Versuchen im Gewächshaus in Deutschland and Costa Rica nachgeprüft. Von den drei T. atroviride (MT-20, ET-35 und S2) und den vier F. oxysporum (MF-25, MF-40, S9 und P12) getesteten Pilzen, induzierten nur MT-20 und S2 eine systemische Reaktionen in Musa AAA cv. ‘Valery’ Pflanzen. S2 reduzierte in signifikanterweise und immer wieder die Penetration von R. similis, 10 Tagen nach Nematoden Inokulation, wehrend MT-20 in signifikanterweise die Reproduktion über eine 9-Wöchige Periode reduzierte. Keins der getesteten F. oxysporum Isolate induzierte eine systemische Resistenz, weder zur Penetration noch zur Reproduktion von R. similis. Drittens wurde die mögliche Übertragung der durch Endophyten hervorgerufene Nematoden Suppression in Musa AAA cv. ‘Valery’ Mutterpflanzen an deren Töchter (Wurzelschössling) im Feld erforscht. Als Teil eines groß angelegten Feldversuches, wurden Mutterpflanzen mit Endophyten vor der Aussaat im Feld inokuliert, und der Nematoden Bestand über 7 Monate überwacht. Bei der ersten Schösslingsentfernung, wurden Schwertschösslinge vom Feld entnommen und ins Gewächshaus verpflanzt, wo sie später mit R. similis inokuliert wurden. Die Ergebnisse des Versuchs deuteten darauf hin das, dort wo sich die Nematoden Suppression im Feld etabliert, wird diese auch von Mutter- zu Tochterpflanze übertragen.<br /> Letztlich wurden die Wirkung einzelner und kombinierter Inokulationen von zwei F. oxysporum und zwei T. atroviride auf die Biokontrolle von R. similis in Musa AAA cv. ‘Williams’ und auf das Wachstum von Musa AAA cvs. ‘Grand Nain’, ‘Valery’ und ‘Williams’ untersucht. In ‘Williams’ Pflanzen die mit R. similis sowie Pilzen inokuliert wurden, wurde das Niveau der Nematoden Biokontrolle und des Pflanzenwachstums durch kombinierte Inokulationen gesteigert. In der Abwesenheit von R. similis, wurde der Wachstum in ‘Grand Nain’, ‘Valery’ und ‘Williams’ Pflanzen durch die Inokulation mit einzelnen oder beiden T. atroviride und mit einzelnen F. oxysporum gesteigert. Die Inokulation mit beiden F. oxysporum und mit allen Pilzen förderte nicht das Wachstum der Pflanzen.</p>