Study of the fungal endophytic community in Quercus suber L. populations

Abstract

Cork oak (Quercus suber) is a species of high importance in the Mediterranean. Besides its ecological importance, the cork oak also has a high relevance for the Portuguese economy. This importance is due to the production and processing of cork. However, the sustainability of the cork oak is being threatened due to climate change, which will reduce the availability of water in the Mediterranean, and the occurrence of diseases that increasingly affect their normal development. The charcoal disease, caused by the fungus Biscogniauxia mediterranea, leads to decline, and eventually, death of the tree. Diplodia corticola is another pathogen of the cork oak and is involved in various diseases considered responsible for the decline of the cork oak in the Mediterranean Basin. Currently, the use of fungicides is the main technique used to combat these problems. However the environmental hazard and toxicity of this process leads to the necessity of finding a more effective method. Biological control is an appropriate strategy as an alternative to this problem. Endophytes have the potential to be used as biological agents to control diseases. In addition to being described as potentiators of plant responses to stressful situations, endophytes have the potential for use as biological control agents. To identify endophytic fungi in cork oak, four sites of continental Portugal (Bragança, Gerês, Alcobaça and Grândola), which had differences in water availability, were selected to carry out the collection of biological material. Subsequently, the community of fungal endophytes of three organs (leaves, stems, roots) was evaluated. The trees analysed were largely colonized by fungi of the phylum Ascomycota. In general, Grândola had the highest colonization frequency and diversity of endophytes, while Alcobaça had the lowest. Of all study sites, the cork oaks from Gerês showed a more distinct community, differentiating from all other locations. The roots have a more diverse fungal community than the leaves and stems. It was found that the pathogenic fungi tested (B. mediterranea and D. corticola), essentially affect the aboveground organs of the tree, however no disease symptoms were detected. Furthermore, Gerês was the only study site that did not show any signs of infection by these pathogenic fungi. D. corticola only infected the southern regions (Alcobaça and Grândola), where as B. mediterranea also infected the trees in Bragança. Taking this into account, many fungi were selected for antagonism assays of biological control. Three species (belonging to two genera) may potentially act as biocontrol agents against diseases in Q. suber.

O sobreiro (Quercus suber) é uma espécie de elevada importância na região do Mediterrâneo. Para além da sua importância ecológica, o sobreiro também apresenta uma elevada relevância para a economia Portuguesa. Esta relevância provém da indústria de produção e transformação da cortiça. No entanto, a sustentabilidade do sobreiro poderá estar ameaçada devido às previstas alterações climáticas, que diminuirão a disponibilidade de água na região do Mediterrâneo, e à ocorrência de doenças que afetam cada vez mais o seu normal desenvolvimento. A doença do carvão do entrecasco, causada pelo fungo Biscogniauxia mediterranea, origina um acentuado declínio na árvore, podendo levar à sua morte. Diplodia corticola é um outro fungo patogénico do sobreiro, que está envolvido em várias doenças consideradas responsáveis pelo declínio do sobreiro na Bacia do Mediterrâneo. Atualmente, a utilização de fungicidas é a técnica mais usada para o combate destes problemas. Contudo, o risco ambiental e a toxicidade deste processo levam à necessidade da utilização de outros métodos eficazes. A luta biológica é uma estratégia adequada como alternativa a este problema. Além de se encontrarem descritos como potenciadores das respostas das plantas a situações de stresse, os organismos endófitos têm potencial para serem utilizados como agentes na luta biológica. Para identificar fungos endófitos em sobreiro, quatro locais de Portugal continental (Bragança, Gerês, Alcobaça e Grândola), que apresentavam diferenças na disponibilidade de água, foram selecionados para realizar a recolha de material biológico. A comunidade de fungos endófiticos foi avaliada em três órgãos (folhas, caules, raiz). Os sobreiros testados encontram-se maioritariamente colonizados por fungos do filo Ascomycota. Os sobreiros de Grândola apresentaram uma maior frequência de colonização e diversidade de endófitos, enquanto que os de Alcobaça apresentaram a menor. De todos os locais, os sobreiros do Gerês foram os que apresentaram uma comunidade mais distinta, diferenciando-se de todos os outros locais. As raízes apresentaram uma comunidade de fungos mais diversa do que as folhas e caules. Verificou-se ainda que os fungos patogénicos testados (B. mediterranea e D. corticola), infetaram essencialmente a parte aérea da árvore, apesar de não terem sido verificados sintomas nas mesmas. O Gerês foi o único local de estudo que não apresentou nenhum sinal de infeção por parte destes fungos. O fungo D. corticola infetou exclusivamente as regiões mais a sul (Alcobaça e Grândola), enquanto o fungo B. mediterranea foi também encontrado na região de Bragança. Tendo isto em consideração, diversos fungos foram selecionados para estudos de antagonismo e luta biológica, tendo sido encontradas três espécies (pertencentes a dois géneros) que poderão potencialmente atuar como agentes de biocontrolo contra as doenças de Q. suber.