Prospects of Serratia plymuthica strain 23B78/1 as a biocontrol agent for tomato protection

Cover Page

Cite item

Abstract

Tomato protection from diseases is necessary to obtain high yields of quality fruits. In protected soil conditions, tomatoes bear fruit for up to 265 days, while the fruits are harvested 1 or 2 times a week starting from 60 days after seed germination for early varieties and 100 days for late varieties. When growing tomatoes, especially during the fruiting period, it is optimal to use biological pest control agents, which, unlike chemical ones, are harmless to humans and do not accumulate in the fruits. Existing biological products are not effective enough against the entire range of tomato diseases. It is necessary to look for new strains of microorganisms. This paper presents the results of the study of strain 23B78/1 Serratia plymuthica with the aim of exploring the prospects for its use as a biocontrol agent. Pesticides based on this species are not registered in the Russian Federation. Species identification was determined by 16S gene sequence analysis and biochemical profiling. Antagonistic activity against phytopathogenic fungi was assessed in vitro using double culture method. Phytotoxicity testing was carried out on germinating seeds of tomato. Evaluation of antagonistic effect revealed effectiveness against the following phytopathogenic fungi: Alternaria solani, Botrytis cinerea, Colletotrichum truncatum, Fusarium citri, F. incarnatum, F. duofalcatisporum, F. incarnatum, F. oxysporum, Globisporangium ultimum, Sclerotinia sclerotiorum. The maximum antagonistic effect was observed during paired fusion with fungus B. cinerea, mycelium of which grew strictly in the opposite direction from the bacterium. Germination of tomato seeds in presence of strain 23B78/1 did not reveal any inhibitory effect on seed germination and development of young tomato plants. The conducted research shows that the strain Serratia plymuthica 23B78/1 is promising for creation of biofungicide for protecting tomato plants.

About the authors

Vladislav A. Platonov

RUDN University

Email: vlad97p@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-9719-5815

postgraduate student, Agrobiotechnology department, Agrarian and Technological Institute

8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

Mboum B.E. Njoya

RUDN University

Email: 1032215646@pfur.ru
ORCID iD: 0009-0008-4650-0971

student, Agrobiotechnology department, Agrarian and Technological Institute

8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

Alexander S. Elansky

RUDN University

Email: sasha.elansky@gmail.com
ORCID iD: 0000-0001-7485-7654

postgraduate student, Agrobiotechnology department, Agrarian and Technological Institute

8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

Denis N. Skokov

RUDN University

Email: 1132236262@pfur.ru
ORCID iD: 0009-0006-4851-3747

student, Agrobiotechnology department, Agrarian and Technological Institute

8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

Sergey N. Elansky

RUDN University; Lomonosov Moscow State University

Email: elanskiy_sn@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0003-1697-1576
SPIN-code: 6827-8026

Doctor of Biological Sciences, Associate Professor, Leading Researcher of the Biological Faculty, Lomonosov Moscow State University; Professor, Agrobiotechnology department, Agrarian and Technological Institute, RUDN University

8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation ; 1/12 Leninskie Gory, Moscow, Russian Federation

Elena M. Chudinova

RUDN University

Author for correspondence.
Email: chudinova_em@pfur.ru
ORCID iD: 0000-0003-3157-494X
SPIN-code: 6688-8116

Candidate of Biological Sciences, Associate Professor, Agrobiotechnology department, Agrarian and Technological Institute

8 Miklukho-Maklaya st., Moscow, 117198, Russian Federation

References

  1. Bae HJ, Kim S-H, Jeong Y, Park S, Ochar K, Hong Y, et al. Optimal Planting Time for Summer Tomatoes (Lycopersicon esculentum Mill.) Cropping in Korea: Growth, Yield, and Photosynthetic Efficiency in a Semi-Closed Greenhouse. Plants. 2024;13(15):2116. doi: 10.3390/plants13152116 EDN: BSCUPH
  2. Srinivas C, Devi DN, Murthy KN, Mohan CD, Lakshmeesha TR, Singh B, et al. Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici causal agent of vascular wilt disease of tomato: Biology to diversity. A review. Saudi journal of biological sciences. 2019;26(7):1315–1324. doi: 10.1016/j.sjbs.2019.06.002
  3. Frank R, Braun HE, Ripley BD, Pitblado R. Residues of Nine Insecticides and Two Fungicides in Raw and Processed Tomatoes. J Food Prot. 1991;54(1):41–46. doi: 10.4315/0362-028X-54.1.41
  4. Abreo E, Valle D, González A, Altier N. Control of damping-off in tomato seedlings exerted by Serratia spp. strains and identification of inhibitory bacterial volatiles in vitro. Syst Appl Microbiol. 2021;44(2):126177. doi: 10.1016/j.syapm.2020.126177 EDN: OMPSSK
  5. Dhar Purkayastha G, Mangar P, Saha A, Saha D. Evaluation of the biocontrol efficacy of a Serratia marcescens strain indigenous to tea rhizosphere for the management of root rot disease in tea. PLoS One. 2018;13(2): e0191761. doi: 10.1371/journal.pone.0191761 EDN: YEJVBB
  6. Pereira ÉJMC, Amorim ÉADF, Aragão FMM, Câmara WDS, Araújo MC, Pereira CDDS, et al. Biocontrol potential of Serratia Marcescens (B8) and Bacillus sp. (B13) isolated from urban mangroves in Raposa. Brazil Life. 2023;13(10):2036. doi: 10.3390/life13102036 EDN: GTTLNC
  7. Li Z, Ma J, Li J, Chen Y, Xie Z, Tian Y, et al. A Biocontrol Strain of Serratia plymuthica MM Promotes Growth and Controls Fusarium Wilt in Watermelon. Agronomy. 2023;13(9):2437. doi: 10.3390/agronomy13092437 EDN: ZINGFU
  8. Sayahi N, Sportelli G, Carluccio AV, Ebel C, Mechichi T, Cillo F, et al. The Serratia sp. strain C2 confers tomato tolerance to high salt, virus infection and both stresses in combination. Current Plant Biology. 2024;40:100390. doi: 10.1016/j.cpb.2024.100390 EDN: KQMIWZ
  9. Lane DJ. 16S/23S rRNA sequencing. In: Stackebrandt E, Goodfellow M. (eds.) Nucleic Acid Technologies in Bacterial Systematics. Wiley: Chichester; 1991. p.115–175.
  10. Ali S, Hameed S, Shahid M, Iqbal M, Lazarovits G, Imran A. Functional characterization of potential PGPR exhibiting broad- spectrum antifungal activity. Microbiol Res. 2020;232:126389. doi: 10.1016/j.micres.2019.126389 EDN: DULSLK
  11. Rafii F. Serratia. In: Encyclopedia of Food Microbiology. Academic press; 2014. p.371–375. doi: 10.1016/B978-0-12-384730-0.00304-9 EDN: TPKQPW
  12. Kulkova I, Wróbel B, Dobrzyński J. Serratia spp. as plant growth-p romoting bacteria alleviating salinity, drought, and nutrient imbalance stresses. Front Microbiol. 2024;15:1342331. doi: 10.3389/fmicb.2024.1342331
  13. Czajkowski R, van der Wolf JM. Draft genome sequence of the biocontrol strain Serratia plymuthica A30, isolated from rotting potato tuber tissue. J Bacteriol. 2012;194(24):6999–7000. doi: 10.1128/JB.01699–12
  14. Barman S, Bhattacharya SS, Mandal NC. Serratia. In: Beneficial Microbes in Agro- Ecology. Academic Press; 2020. p.27–36. doi: 10.1016/B978-0-12-823414-3.00003-4
  15. Akila AH, Ali MAS, Khairy AM, Elnahal AS, Alfassam HE, Rudayni HA, et al. Biological control of tomato bacterial leaf spots and its impact on some antioxidant enzymes, phenolic compounds, and pigment content. Biology. 2024;13(6):369. doi: 10.3390/biology13060369 EDN: ILLCMX

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».