A meta-analysis of biochar application to manage plant diseases caused by bacterial pathogens

The current agricultural scenario faces diverse challenges, among which phytosanitary issues are crucial. Plant diseases are mostly treated with chemicals, which cause environmental pollution and pathogen resistance. In light of the UN Sustainable Development Goals (SDGs), the biochar alternative use to chemical inputs fits into at least six of the proposed goals (2, 3, 7, 13, 15, and 17), highlighting the 12th, which explains responsible consumption and production. Biochar is valuable for inducing systemic resistance in plants because it is a practical and frequently used resource for improving physical, chemical, and biological soil attributes. This review assessed the beneficial and potential effects of applying biochar to agricultural soils on bacterial pathogen management. Such application is a recent strategy; therefore, this research evaluated 20 studies that used biochar to manage plant diseases caused by pathogens inhabiting the soil in different systems. The effectiveness of biochar application in controlling plant diseases has been attributed to its alkaline pH, which contributes to the growth of beneficial microorganisms and increases nutrient availability, and its porous structure, which provides habitat and protection for soil microbiome development. Therefore, the combined effect of improvements on soil attributes through biochar application aids pathogen control. Biochar application helps manage plant diseases through different mechanisms, inducing plant resistance, increasing activities and abundance of beneficial microorganisms, and changing soil quality for nutrient availability and abiotic conditions

Description of Microbial Community in the Rhizosphere of Sugarcane

A cana-de-açúcar é uma cultura importante no contexto agrário brasileiro, sobretudo com relação a manutenção e sustentabilidade dos agroecossistemas e da biodiversidade do solo. As comunidades microbianas associadas à canade- açúcar são participantes da manutenção dos ciclos biogeoquímicos, podendo ter sua estrutura e diversidade alteradas por mudanças no manejo da cultura e nas condições climáticas. Esse estudo teve como objetivo avaliar a diversidade microbiana associada à rizosfera de diferentes genótipos de cana-de-açúcar e empregar a metodologia de Stable Isotope Probing (DNA-SIP) para se avaliar a estrutura dos grupos responsivos a este ambiente. Para tanto, variedades de cana-de-açúcar foram selecionadas, extraindo-se o DNA total rizosférico e do bulk soil para análise por PCR-DGGE das regiões do gene 16S rDNA de bactérias, selecionando-se amostras representativas para o sequenciamento da região V6 do gene 16S rDNA através da plataforma Ion Torrent(TM). Os resultados demonstraram diferenças entre a diversidade das comunidades microbianas da rizosfera e do bulk soil, havendo a predominância dos grupos Actinobacteria, Proteobacteria e Acidobateria. Para o estudo da estrutura dos grupos responsivos na rizosfera, plantas da variedade RB86-7515 foram cultivadas sob duas concentrações de CO2 (350 e 700 ppm), realizando-se o enriquecimento com 13CO2, e posteriormente realizando a extração do DNA rizosférico para aplicação na técnica de DNA-SIP. A eficiência desta técnica foi avaliada por meio da técnica de PCR-DGGE para as regiões 16S rDNA de bactérias e ITS de fungos, onde foi verificado que após 48 horas já ocorre a incorporação de 13C pelas comunidades microbianas, havendo diferença entre os grupos que incorporaram o 13C. Diferenças foram também observadas para as distintas concentrações de CO2, indicando o DNA-SIP como uma poderosa ferramenta de estudos da ecologia das comunidades microbianas na rizosfera de cana-deaçúcar.The sugarcane is an important crop in Brazilian agrarian context, especially in respect to maintenance and sustainability of agroecosystems and soil biodiversity. The microbial communities associated to sugarcane are involved biogeochemical cycles processes and it may have their structure and diversity changed due to crop management and climatic conditions. The aim of this study was to evaluate the microbial diversity associated to the rhizosphere of different sugarcane\'s genotypes and employ the Stable Isotope Probing tecnique (DNASIP) to evaluate the structure of the groups that are responding to this environment attributes. Therefore, some sugarcane varieties were selected and the total DNA in bulksoil and rhizosphere for analysis by PCR-DGGE of 16S rDNA gene regions of bacteria was extracted, selecting representative samples for sequencing the 16S rDNA gene of V6 region by Ion Torrent (TM) platform. The results showed differences between the diversity of microbial communities in the rhizosphere and bulk soil, with the predominance of Actinobacteria, Proteobacteria and Acidobateria groups. To study the structure of the responsive rhizosphere groups, the genotype RB86-7515 were grown under two CO2 concentrations (350 and 700 ppm), performing the 13CO2 enrichment. Afterwards, was performed the extraction of DNA for application of the SIP-rhizosphere DNA technique. The efficiency of this technique was assessed by PCR-DGGE over the regions of bacteria 16S rDNA and fungi ITS, which of these showed that occurs after 48 hours the incorporation of 13C by microbial communities, and it elucidate differences between the groups that incorporate the 13C. These differences were also observed for those different CO2 concentrations, indicating that the DNA-SIP is a powerful tool for studies of the ecology of microbial communities in the rhizosphere of sugarcane

Correlations between the phosphorus fractions of soil and rhizosphere microbiome of sugarcane

O fósforo é um elemento-chave para a manutenção da vida, desde os processos de transferência energética (ATP) até a estruturação das cadeias de ácidos nucléicos. Frequentemente é o que mais limita o desenvolvimento vegetativo em função da alta reatividade do PO43- na solução do solo. Mais de 80% do P adicionado ao solo pode ser imobilizado na forma de compostos de baixa labilidade, adsorvendo-se as superfícies das argilas e dos oxi-hidróxidos de Fe3+ e Al3+, processo irreversível em condições naturais. A solubilização do P não lábil às plantas é possível mediante a liberação de ácidos orgânicos sintetizados por micro-organismos nativos do solo, os quais também contribuem efetivamente com a mineralização do P orgânico através da produção de enzimas (fosfatases), entretanto, esses mecanismos ainda são pouco conhecidos. O principal objetivo desse estudo foi correlacionar as possíveis mudanças nas frações orgânicas (Po) e inorgânicas (Pi) de fósforo no solo rizosférico de plantas de cana-de-açúcar com a estrutura e a diversidade do seu microbioma. Para tanto, as plantas foram cultivadas durante 180 dias em diferentes microcosmos com fosfato monoamônico (MAP), superfosfato triplo (SFT) e fosfato natural reativo (NAT), tanto na ausência quanto na presença da torta de filtro. As diferentes frações de fósforo no solo rizosférico foram correlacionadas com os dados moleculares baseados no sequenciamento parcial dos amplicons do gene 16S rRNA obtidos do DNA total extraído desses solos. Aos 60 dias, houve uma maior diversidade geral de bactérias, sendo um período com altos teores de P-lábil na rizosfera, beneficiando principalmente as bactérias de hábitos copiotróficas (r-estrategistas): divisão Halophaga/Acidobacterium, Chloracidobacteria e Bacilli. A diminuição da diversidade aos 120 dias ocorreu como resposta da redução dos teores de P-lábil na rizosfera, beneficiando mais as bactérias oligotróficos (k-estrategistas): Actinobacteria e Proteobacterias. A associação da torta de filtro com o MAP revelou fortes indícios do aumento do processo de mineralização na superfície do solo, uma vez que houve rápida liberação de P lábil para a rizosfera. Isso teria aumentado a atividade de micro-organismos envolvidos na mineralização da torta de filtro, havendo forte correlação com o aumento da população de β-Proteobacteria aos 120 dias. Neste período, as Proteobacterias foram mais abundantes nos solos com NAT+torta. Isso explicaria o incremento de P moderadamente lábil desse tratamento aos 180 dias, pois esse filo possui várias espécies capazes de solubilizar o P ligado ao Ca, presente nos fosfatos de rocha. No geral, a torta de filtro alterou a solubilização e disponibilidade do P nas fontes minerais de modo diferente, contribuindo com os incrementos tanto das frações de Po como as de Pi. Esses resultados demonstraram que as bactérias participam ativamente dos processos de disponibilização do P de fontes minerais no solo. Nessas condições, a torta de filtro pode modular essas transferências, em benefício às plantas, por estimular a atividade de micro-organismos solubilizadores de P e mineralizadores da matéria orgânica do solo.Phosphorus is a key element for the maintenance of life from the energy transfer processes (ATP) to the structuring of chains of nucleic acids. Often, it is more limited vegetative growth due to the high reactivity of PO43- in the soil solution. Up to 80% of P added to the soil can be immobilized as low-labile compounds adsorbing to the clay surfaces and oxy-hydroxides of Fe3+ and Al3+, irreversible process under natural conditions. Solubilization of non-labile P by plants may be carried out for organic acids synthesized by native soil microorganisms, which also effectively contribute for mineralization of organic P through the production of enzymes (phosphatases) although these mechanisms are still poorly understood. The main objective of this study was to correlate the changes in the organic (Po) and inorganic (Pi) fractions of P in the rhizosphere of sugarcane plants with the structure and diversity in their microbiome. Therefore, the plants were grown for 180 days in different microcosms with monoammonium phosphate (MAP), triple superphosphate (TSP) and rock phosphate (NAT), both in absence and in presence of the filter cake. The different P fractions in the rhizosphere soil were correlated with the molecular data based on the partial sequencing of 16S rRNA gene amplicons obtained from total DNA extracted from soils. At 60 days, there was a greater overall diversity of bacteria, it is a period with high labile-P in the rhizosphere, especially benefiting the copiotrophic bacteria (r-strategists): Halophaga/Acidobacterium division, Chloracidobacteria and Bacilli. The decrease in diversity at 120 days occurred in response to the reduction of labile-P content in the rhizosphere, more benefiting oligotrophic bacteria (k-strategists): Actinobacteria and Proteobacteria. The association filter cake with MAP showed strong evidence of increased mineralization process on the soil surface, since there was rapid release of labile P to the rhizosphere. It would have increased the activity of microorganisms involved in the mineralization of the filter cake with a strong correlation with increase in β-Proteobacteria population at 120 days. Then, Proteobacteria were more abundant in soils with NAT+filtercake at 120 days. That would explain the increases in moderately labile P content this treatment at 180 days, because this phylum has several species capable of solubilizing the P linked to Ca present in rock phosphates. In general, filter cake changed solubilization and availability of P in mineral sources of different ways, contributing to the increments of Po and Pi fractions. These results showed that bacteria participate in the processes that afford phosphorus in the soil. Under these conditions, the filter cake can modulate these transfers in beneficial to plants by stimulating the activity of P solubilizing microorganisms and mineralizing the soil organic matter

Mucor variicolumellatus L. Wagner & G. Walther (Mucorales, Mucoromycota): a first record for the Neotropics

Two specimens of Mucor variicolumellatus L. Wagner & G. Walther were isolated from soil samples collected in an upland rainforest area located in Pernambuco state, Brazil. Their identity were confirmed by morphophysiology and ITS rDNA sequence analysis. Both specimens are distinguished from other species within the Mucor circinelloides complex by producing obovoid, ovate and strawberry-shaped columellae. A detailed description and illustration of the specimens are presented. This is the first record of M. variicolumellatus in the Neotropics

Composição diferencial das comunidades bacterianas na rizosfera de variedas de cana-de-açúcar

A cultura da cana-de-açúcar é de extrema importância no cenário agrícola nacional. No entanto, pouco se sabe sobre a estruturação das comunidades microbianas associadas aos solos e às rizosferas de tais plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a estrutura e diversidade das comunidades de bactérias associadas ao solo e à rizosfera de seis variedades de cana-de-açúcar cultivadas no Estado de São Paulo (Brasil). As análises foram realizadas com base em métodos independentes de cultivo, em que a técnica de PCR-DGGE revelou alterações na rizosfera para os grupos de bactérias totais e também para os grupos de Alphaproteobacteria e Betaproteobacteria. Após essa análise, quatro amostras (três de rizosfera e uma de solo) foram usadas para o sequenciamento da região V6 do gene 16S DNAr na plataforma Ion Torrent TM. Essa análise gerou um total de 95.812 sequências, dentro das quais houve a predominância das afiliadas aos filos Actinobacteria, Proteobacteria e Acidobateria . Os resultados revelaram que as comunidades bacterianas na rizosfera são distintas daquelas encontradas no solo. Foi possível ainda observar efeito diferencial de plantas das variedades. Alguns grupos bacterianos apresentaram menor frequência na rizosfera (Acidobacteria ), enquanto outros se mostraram fortemente estimulados pela presença das raízes, comumente para todas as variedades (Betaproteobacteria , Nitrospora e Chloroflexi ), ou em respostas variedade-específicas (Bacilli e Sphingobacteria )

Composição diferencial das comunidades bacterianas na rizosfera de variedas de cana-de-açúcar

A cultura da cana-de-açúcar é de extrema importância no cenário agrícola nacional. No entanto, pouco se sabe sobre a estruturação das comunidades microbianas associadas aos solos e às rizosferas de tais plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a estrutura e diversidade das comunidades de bactérias associadas ao solo e à rizosfera de seis variedades de cana-de-açúcar cultivadas no Estado de São Paulo (Brasil). As análises foram realizadas com base em métodos independentes de cultivo, em que a técnica de PCR-DGGE revelou alterações na rizosfera para os grupos de bactérias totais e também para os grupos de Alphaproteobacteria e Betaproteobacteria. Após essa análise, quatro amostras (três de rizosfera e uma de solo) foram usadas para o sequenciamento da região V6 do gene 16S DNAr na plataforma Ion Torrent TM. Essa análise gerou um total de 95.812 sequências, dentro das quais houve a predominância das afiliadas aos filos Actinobacteria, Proteobacteria e Acidobateria . Os resultados revelaram que as comunidades bacterianas na rizosfera são distintas daquelas encontradas no solo. Foi possível ainda observar efeito diferencial de plantas das variedades. Alguns grupos bacterianos apresentaram menor frequência na rizosfera (Acidobacteria ), enquanto outros se mostraram fortemente estimulados pela presença das raízes, comumente para todas as variedades (Betaproteobacteria , Nitrospora e Chloroflexi ), ou em respostas variedade-específicas (Bacilli e Sphingobacteria )

Isolamento e prospecção de bactérias endofíticas e epifíticas na cana-de-açúcar em áreas com e sem cupinicida

A exploração e o conhecimento dos mecanismos de interação bactéria-planta podem ser utilizados para a produção sustentável de diversas culturas, como a cana-de-açúcar. O objetivo deste trabalho foi isolar e prospectar bactérias associadas à cultura da cana-de-açúcar com capacidade de fixar nitrogênio e solubilizar fosfato inorgânico em áreas com e sem aplicação de cupinicida. Bactérias endofíticas, de folha e raiz, e do rizoplano foram isoladas de três variedades comerciais (RB 92579, RB 867515 e RB 863129) de cana-de-açúcar, cultivadas no Nordeste brasileiro, em áreas com e sem aplicação de cupinicida, aos quatro meses após o plantio. Foram obtidos 272 isolados, selecionados quanto à sua capacidade de solubilizar fosfato inorgânico e fixar nitrogênio. O uso do cupinicida não provocou alterações nas comunidades microbianas endofíticas de folha e raiz e epifíticas do rizoplano. As variedades estudadas apresentam uma comunidade bacteriana associada com potencial aplicação para a promoção de crescimento vegetal, pois possuem a capacidade de fixar N2 e solubilizar fosfato inorgânico

Effect of biochar and inoculation with Trichoderma aureoviride on melon growth and sandy Entisol quality

The melon belongs to the family of commercially important cucurbitaceous in the world. However, the production of this crop can be very problematic in some places due to management practices and the climatic instability. Amongst the different options available to overcome these obstacles, the use of biochar often promoted for providing multiple benefits to crops, could contribute in holding more water and nutrients in soil and therefore improve the plant growth. A second way to try to improve the plant development was to use Trichoderma (TRI) known as aiding in seed germination, and being an excellent biological control agent against plant pathogenic pests. So, the objective of this study was to evaluate the benefits of the association of biochar and TRI on the initial growth of melon and the effects on the quality of a sandy Entisol. We quantified the effects of these associations through biometric growth in melon plants and chemical, microbial, and enzymatic activities of the biogeochemical cycles in the soil. An experiment in a completely of randomized design was performed in a factorial scheme (3 x 2 + 1) with three sources of biochar (bean husk (BH), coffee ground (CG), and coffee husk (CH)) inoculated with (T+) or without (T-) TRI and additional controls When the coffee grounds (CG) and bean husks (BH) biochar with T+ soil was inoculated, the fresh weight (number of leaves), dry weight, length (of roots and branch), soil acid and alkaline phosphatase, total organic carbon, phosphorus, magnesium, potassium, and pH were all increased. Moreover, T. aureoviride inoculated CG biochar compared to the control increased the shoot length and dry biomass of the melon plant in 30 and 22% between 22 and 30 %. The soil that received coffee husks (CH) biochar and T+ showed higher microbial biomass carbon. However, the melon plants responded more to the type of biochar than to the T. aureoviride inoculation, possibly due to the short growth time of melon. Results of BH biochar inoculated with T. aureviride in sandy soil showed improved efficiency on melon growth and increased soil quality

Entomopathogenic fungus treatment changes the gut bacterial diversity of Rhipicephalus microplus ticks

Abstract Background Ticks are obligate bloodsucking parasites responsible for significant economic losses and concerns with human and animal health, mainly due to the transmission of pathogens. Entomopathogenic fungi have been intensively studied as an alternative strategy for tick control that can be used in combination with synthetic acaricides in the integrated management of ticks. Here, we investigated how the gut bacterial community of Rhipicephalus microplus is shaped after Metarhizium anisopliae treatment and how the tick susceptibility to the fungus is affected after disrupting gut bacterial microbiota. Methods Partially engorged tick females were artificially fed with pure bovine blood or blood plus tetracycline. Two other groups received the same diet and were topically treated with M. anisopliae. The guts were dissected, and the genomic DNA was extracted 3 days after the treatment; the V3–V4 variable region of the bacterial 16S rRNA gene was amplified. Results The gut of ticks that received no antibiotic but were treated with M. anisopliae exhibited lower bacterial diversity and a higher occurrence of Coxiella species. The Simpson diversity index and Pielou equability coefficient were higher in the gut bacterial community when R. microplus were fed with tetracycline and fungus-treated. Ticks from fungus-treated groups (with or without tetracycline) exhibited lower survival than untreated females. Previous feeding of ticks with the antibiotic did not change their susceptibility to the fungus. Ehrlichia spp. were not detected in the gueated groups. Conclusions These findings suggest that myco-acaricidal action would not be impacted if the calf hosting these ticks is under antibiotic therapy. Moreover, the hypothesis that entomopathogenic fungi can affect the bacterial community in the gut of R. microplus engorged females is endorsed by the fact that ticks exposed to M. anisopliae exhibited a dramatic reduction in bacterial diversity. This is the first report of an entomopathogenic fungus affecting the tick gut microbiota. Graphical Abstrac