Caracterización de bacteriófagos contra Pseudomonas syringae pv. tomato como parte de una estrategia de biocontrol de la Peca Bacteriana en cultivos de tomate

Abstract

Pseudomonas syringae patovar tomato es la bacteria fitopatógena causante de la Peca Bacteriana en tomates. Actualmente, el manejo de la enfermedad se basa en el control cultural y químico, con uso frecuente de pesticidas en base a cobre y estreptomicina. No obstante, el abuso de estos productos ha derivado en la selección de bacterias resistentes, intensificando el desarrollo de estrategias de manejo alternativas. En este aspecto, los bacteriófagos o fagos han ganado un renovado interés como agentes de control biológico por su capacidad de infectar y lisar exclusivamente bacterias, incluso resistentes a pesticidas. El presente estudio tuvo por objetivo aislar y caracterizar fagos como potenciales agentes de biocontrol de cepas de P. syringae patovar tomato aisladas desde cultivos de tomate en la Zona Central de Chile, algunas tolerantes a pesticidas. Como resultado, se aislaron diez fagos desde muestras de aguas servidas y una acequia, los cuales se procedió a caracterizar morfológica y molecularmente. Entre sus características principales, todos produjeron placas de lisis transparentes, carecen de membrana lipídica y sus genomas se componen de ADN bicatenario. Sumado a esto, las morfologías observadas por microscopía electrónica de transmisión determinaron que los diez fagos pertenecen al orden Caudovirales y poseen las morfologías de las familias Myoviridae (fagos Φ1 y Φ16), Podoviridae (fagos Φ11, Φ12, Φ15 y Φ18) y Siphoviridae (fagos Φ7 y Φ8). El análisis directo del genoma con enzima de restricción reveló que los fagos son genéticamente diversos, distinguiendo cinco clústeres que se asocian con la morfología. Posteriormente, se determinó el rango de hospedero de los fagos evaluando la capacidad de lisar 77 cepas de P. syringae patovar tomato. Los fagos lisaron 44 cepas, de las cuales 41% son tolerantes a cobre, 9% a estreptomicina y 30% a ambos pesticidas. También, se evaluó la capacidad de translocación de los fagos a través de las raíces de plantas jóvenes de tomates en medio hidropónico. Para los ensayos, seis fagos fueron seleccionados según la diversidad morfológica y, como resultado, los fagos Φ6, Φ8, Φ12 y Φ18 se detectaron en el tallo y el fago Φ1 también en las hojas. Finalmente, este es el primer estudio que reporta el aislamiento y caracterización de bacteriófagos que infectan cepas de P. syringae patovar tomato aisladas en Chile. Los fagos lisaron 57% del cepario, incluso cepas tolerantes a cobre y/o estreptomicina. Además, tienen la capacidad de translocar en plantas de tomate desde las raíces hacia tejidos superiores. Los resultados muestran el potencial para ser utilizados en una estrategia de biocontrol efectiva contra P. syringae patovar tomato.

Pseudomonas syringae pathovar tomato is the phytopathogenic bacterium that causes Bacterial Speck in tomatoes. Currently, the management of the disease is based on cultural and chemical control, with frequent use of pesticides based on copper and streptomycin. However, the abuse of these products has led to the selection of resistant bacteria, intensifying the development of alternative management strategies. In this regard, bacteriophages or phages have gained renewed interest as biological control agents due to their ability to exclusively infect and lyse bacteria, even those resistant to pesticides. The present study aimed to isolate and characterize phages as potential biocontrol agents of P. syringae pathovar tomato strains isolated from tomato crops in the Central Zone of Chile, some of them tolerant to pesticides. As a result, ten phages were isolated from sewage samples and an acequia, which were proceeded to characterize morphological and molecularly. Among their main characteristics, they all produced clear plaques, they lack lipid membrane, and their genomes are composed of double-stranded DNA. In addition to this, the morphologies observed by transmission electron microscopy determined that the ten phages belong to the Caudovirales order and possess the morphologies of the families Myoviridae (phages Φ1 and Φ16), Podoviridae (phages Φ11, Φ12, Φ15 and Φ18) and Siphoviridae (phages Φ7 and Φ8). Direct genome restriction enzyme analysis revealed that the phages are genetically diverse, distinguishing five clusters that are associated with morphology. Subsequently, the host range of the phages was determined by evaluating the ability to lyse 77 strains of P. syringae pathovar tomato. The phages lysed 44 strains, of which 41% are tolerant to copper, 9% to streptomycin and 30% to both pesticides.

Also, the translocation capability of the phages through the roots of young tomato plants in a hydroponic medium was evaluated. For the tests, six phages were selected according to morphological diversity and, as a result, phages Φ6, Φ8, Φ12 and Φ18 were detected in stem and phage Φ1 also in leaves. Finally, this is the first study that reports the isolation and characterization of bacteriophages that infect P. syringae pathovar tomato strains isolated in Chile. The phages lysed 57% of strains, including copper and/or streptomycin tolerant strains. In addition, they are able to translocate in tomato plants from the roots into higher tissues. The results indicate the potential to be used in an effective biocontrol strategy against P. syringae pathovar tomato.