Konya ilinde depolanan patates yumrularında fungal hastalık etmenlerinin tanılanması, yaygınlığı ve endofit bakteriler ile biyolojik mücadelesi
Identification, prevalence and biological control of fungal disease agents in potato tubers stored in Konya province with endophyte bacteria
Yazar: FATİH KÖSE
Danışman: PROF. DR. SONER SOYLU
Hatay Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bitki Koruma Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyokimya = Biochemistry ; Patoloji = Pathology ; Ziraat = Agriculture

Özet:
Patates [Solanum tuberosum L.], yüksek besin içeriğine sahip, dünya genelinde en fazla üretimi ve tüketimin yapılan 4. önemli sebze türüdür. Bu çalışmada, (i) Konya ilinin önemli ilçelerinde depolanan patates yumrularında sorun olan fungal hastalık etmenleri ve yaygınlıklarının belirlenmesi, (ii) sağlıklı patates yumrularından faydalı endofit bakterilerin izolasyonu, tanısı, (iii) endofit bakterilerin depolarda yaygın fungal hastalık etmenlerine karşı biyoetkinlikleri, (iv) antagonistik ve bitki gelişimini teşvikte (PGP) rol oynayan potansiyel etki mekanizmalarının in vitro ve in vivo koşullarda belirlenmesi amaçlanmıştır. 
Konya ilinin Altınekin, Seydişehir, Ereğli, Karapınar ve Meram ilçelerindeki tohumluk patates depolarında sörveyler gerçekleştirilmiştir. Tipik hastalık belirtileri gösteren yumrulardan yapılan izolasyonlar sonucu farklı hastalık belirtilerin gözlendiği 226 adet şüpheli patates yumrusu örneklerinden 147 adet primer, 41 adet sekonder fırsatçı (opurtunistik) hastalık etmenlerine ait toplam 188 adet fungal izolat elde edilmiştir. Yapılan morfolojik ve moleküler tanılama çalışmaları sonucunda kuru çürüklük hastalık etmenleri Fusarium spp. (96 izolat) %65.3 rastlama sıklığı ile en yaygın türler olarak belirlenmiş olup, bu türleri %8.2 ile Rhizoctonia solani (12 izolat), %7.5 ile Geotrichum candidum (11 izolat), %6.8 ile Alternaria alternata (10 izolat), %4.8 ile Botrytis cinerea (7 izolat), %4.1 ile Colletotrichum coccodes (6 izolat), %3.4 ile Macrophomina phaseolina (5 izolat) takip etmiştir. Çalışmada ayrıca Rhizopus stolonifer (%43.9, 18 izolat), Penicillum spp. (%31.7, 13 izolat) ve Aspergillus niger (%24.4, 10 izolat) gibi sekonder saprofitik fırsatçı türler tanılanmıştır.
Hastalığın gözlendiği depolardaki sağlıklı patates yumrularından 134 adet aday endofit bakteri izolatı elde edilmiştir. Bu izolatlar arasından temsilen seçilen 47 izolatın MALDI-TOF MS ile tanılaması yapılmış ve yaygın görülen fungal hastalık etmenlerinden Fusarium sambucinum, G. candidum ve C. coccodes'in misel gelişimini engellenme potansiyelleri belirlenmiştir. MALDI-TOF MS analizleri 47 antagonistik bakterinin 11 cinse ait olduğunu göstermiştir. Firmicutes üyeleri, özellikle de Bacillus spp., tüm sağlıklı patates yumru dokularında baskın türler olarak belirlenmiştir. Test edilen 47 aday bakteri izolat arasından 40 izolat en az bir patojene karşı yüksek antagonistik aktivite (>%50 miselyal büyüme inhibisyonu) gösterirken, 35 izolat iki, 31 izolat ise üç fungal patojene karşı antagonistik etkinlik göstermiştir. Lactobacillus paracasei FKB9, Bacillus amyloliquefaciens FKB20, Bacillus amyloliquefaciens plantarum FKB25 ve Bacillus subtilis FKB24 hastalık etmenlerine karşı yüksek düzeyde (≥%70) engelleme yapan antagonist bakteri izolatları olarak belirlenmiştir. 
Farklı düzeyde antagonistik etkinlik gösteren temsili 21 bakteri izolatının antagonistik (siderofor, amonyak, proteaz ve HCN üretimi) ve bitki gelişimini teşvik eden (IAA ve fosfor çözme) mekanizmaları in vitro koşullarda kalitatif ve kantitatif olarak belirlenmiştir. Pseudomonas aeruginosa FKB7 ve farklı Bacillus spp.'ye ait yüksek antagonistik etkinlik gösteren bakteri izolatların fungal etmenlerin misel gelişiminin engellenmesinde siderofor, proteaz, HCN, amonyak gibi mekanizmalardan bir veya birkaçını kullandığı belirlenmiştir. İzolatlar arasında en yüksek IAA üreten ve fosforu çözen izolatlar Enterobacter cloacae FKB14, Leclercia adecarboxylata FKB17 ve P. aeruginosa FKB7 olarak belirlenmiştir.
F. sambucinum ve G. candidum hastalık etmenlerine karşı in vitro antagonistik etkinliği yüksek 6 farklı bakteri izolatın "koruyucu" ve "tedavi" edici olmak üzere 2 farklı biyokontrol etkinliği yarı in vivo koşullarda belirlenmiştir. B. amyloliquefaciens FKB10, Bacillus cereus FKB5, B. amyloliquefaciens plantarum FKB1 izolatlarının "koruyucu" olarak uygulandıkları yumrularda F. sambucinum ve G. candidum belirtilerinin çıkışı %56.1-70.98 gibi yüksek oranda engellenmiştir. 
Sonuç olarak, bu çalışma endofit bakterilerin in vitro ve yarı in vivo koşullar altında patates depo hastalık etmenlerine karşı antagonistik ve bitki büyümesini teşvik edici etkinlik gösterme potansiyelini ortaya koymuştur. Özellikle, P. aeruginosa ve Bacillus spp. ait izolatlar, birden fazla faydalı özellikleri nedeniyle patates yumrularında yaygın fungal çürüklük hastalık etmenlerine karşı umut verici "büyümeyi teşvik eden" ve aynı zamanda "biyokontrol etmeni" olarak büyük bir potansiyele sahiptir.

Abstract:
Potato (Solanum tuberosum L.), are highly nutritious and are ranked as the fourth most important vegetable worldwide in terms of production and consumption. The objectives of this study were to (i) determine identification of fungal disease agents and their prevalance in stored potato tubers in the main districts of Konya province, (ii) to isolate and characterize beneficial endophytic bacteria from healthy potato tubers, (iii) to evaluate the bioactivity of endophytic bacterial isolates against prevalent fungal pathogens in storage, and (iv) to investigate potential mechanisms of antagonism and plant growth promoting (PGB) activities under in vitro and in vivo conditions.
Surveys were carried out in seed potato warehouses located in the districts of Altınekin, Seydişehir, Ereğli, Karapınar and Meram in Konya province. A total of 188 fungal isolates were obtained from a total of 226 suspect tubers showing typical symptoms of the disease. These isolates consisted of 147 primary and 41 secondary opportunistic fungal pathogens. Morphological and molecular identification revealed that the most prevalent dry rot disease agents were Fusarium spp. (96 isolates) with a frequency of 65.3%, followed by Rhizoctonia solani (12 isolates, 8.2%), Geotrichum candidum (11 isolates, 7.5%), Alternaria alternata (10 isolates, 6.8%), Botrytis cinerea (7 isolates, 4.8%), Colletotrichum coccodes (6 isolates, 4.1%), and Macrophomina phaseolina (5 isolates, 3.4%), respectively. In addition, secondary saprophytic opportunistic species such as Rhizopus stolonifer (43.9%, 18 isolates), Penicillium spp. (31.7%, 13 isolates), and Aspergillus niger (24.4%, 10 isolates) were also identified. 
A total of 134 putative endophyte bacterial isolates were obtained from healthy potato tubers in the warehouses where the disease was observed. Among putative bacterial isolates, 47 representative isolates were identified by MALDI-TOF MS and their potential to inhibit the mycelial growth of the common fungal disease agents Fusarium sambucinum, G. candidum and C. coccodes were determined. MALDI-TOF MS analysis showed that 47 antagonistic bacteria belonged to 11 genera. Members of the Firmicutes, especially Bacillus spp., were the dominant species in all healthy potato tuber tissues. Among the 47 candidate bacterial isolates tested, 40 isolates showed higher antagonistic activity (>50% mycelial growth inhibition) against at least one fungal pathogen, while 35 isolates showed antagonistic activity against two and 31 isolates against three fungal pathogens. Lactobacillus paracasei FKB9, Bacillus amyloliquefaciens FKB20, Bacillus amyloliquefaciens plantarum FKB25 and Bacillus subtilis FKB24 were determined as antagonist bacterial isolates with highest level (≥70%) inhibition against disease agents.
Twenty-one representative bacterial isolates were qualitatively and quantitatively screened for antagonistic (siderophore, ammonia, protease, and HCN production) and PGP mechanisms (IAA and phosphorus solubilization). Bacterial isolates, including Pseudomonas aeruginosa FKB7 and various Bacillus spp., showed high antagonistic activity, using one or more mechanisms, such as siderophore, protease, HCN, and ammonia production. Enterobacter cloacae FKB14, Leclercia adecarboxylata FKB17, and P. aeruginosa FKB7 were identified as the isolates with the highest IAA production and phosphorus solubilisation.
Six different bacterial isolates with higher in vitro antagonistic activity against F. sambucinum and G. candidum, were evaluated for their "protective" and "therapeutic" biocontrol activities under semi in vivo conditions. The use of B. amyloliquefaciens FKB10, Bacillus cereus FKB5, and B. amyloliquefaciens plantarum FKB1 as 'protective' agents on tubers resulted in a significant reduction (56.1-70.98%) in the incidence of symptoms caused by F. sambucinum and G. candidum.
In conclusion, this study demonstrated the potential of endophytic bacteria to exert antagonistic and plant growth-promoting activities against potato storage disease agents under in vitro and semi in vivo conditions. In particular, isolates belonging to P. aeruginosa and Bacillus spp. have great potential as a promising "growth promoting" and "biocontrol agent" against common fungal decay pathogens in potato tubers due to its multiple beneficial traits