Using streptomyces as potential biocontrol agents against rhizoctonia solani causing root rot disease /
استخدام Streptomyces كعوامل مقاومـة حيوية ضد فطر Rhizoctonia solani المسبب لمرض تعفن الجذور
by Fatma Shams Lotfy Ali Mahmoud ; Supervisor Dr. Hussien Emam Makboul, Dr. Mohamed Abdallah Moselhy, Dr. Ayat Mahmuod El-Sayed.
- 180 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.
Bibliography: pages 145-181.
Rhizoctonia solani is a destructive soil-borne fungal pathogen which infects many important crops, including green beans. This work was conducted to isolate and screen the actinobacteria with potential biocontrol capacity against this phytopathgen. After screening, two isolates AC82 and AC143 were selected for further study according to their ability to reduce the mycelial growth of R. solani by antibiosis in dual culture. These two isolates were identified as Streptomyces lividans and Streptomyces rochei based on their morphological, and biochemical characteristics as well as 16S rRNA gene sequenceing. The antifungal mechanisms of both strains were seen through the light and SEM microspic images. Also, the selected strains could produce hydrolytic enzymes. The cultural and fermentation conditions for both strains were optimized by single-factor and response surface methods. The use of low-cost novel medium ingredients (molasses and CSL) greatly enhanced the antifungal activity of both strains. The overall suppression of R. solani growth reached 92 and 91% with an improvement of 53 and 68% for S. lividans and S. rochei, respectively, when compared to the basal medium. The Fourier transform infrared (FT-IR) spectra for both extracts revealed the varied patterns of functional groups absorption of the bioactive compounds (BACs). Moreover, LC-ESI-MS/MS [M-H]- analysis of the crude extracts revealed the presence of 22 and 21 diverse secondary metabolite compounds produced by S. lividans and S. rochei, respectively. A moderate antioxidant activity was noticed for S. lividans and S. Rochei. In addition, BACs from Streptomyces spp exhibited significant antibacterial activity. Streptomyces spp extracts showed a moderate level of cytotoxicity against lung cancer cell lines (A-549) with low cytotoxic effects on lung normal cell lines (WI-38). The greenhouse experiments revealed that the fermentation broth of both strains increased the percentages of surviving green bean plants (75-80%) in comparison to control (25-30%). Using a mix of both strains supported surviving 86.1 and 90.6% of bean plants compared with 31.1 and 48.3% in control treatments, in the commercial greenhouses located in Giza and Ismailia Governorates. The biological activities of both Streptomyces extracts might be attributed to the presence of a variety of metabolites, and hence, two Streptomyces strains can be used as an excellent source for bioactive compounds and as promising biocontrol agents in R. solani management. Rhizoctonia solaniهو مسبب مرضى فطرى ممرض ينتقل عن طريق التربة ويصيب العديد من المحاصيل الهامة، بما في ذلك الفاصولياء الخضراء. تم إجراء هذا العمل لعزل وفحص الآكتينوبكتيريا ذات القدرة على المكافحة الحيوية ضد هذا المسبب المرضي للنبات. و بعد الفحص الأولي، تم اختيار العزلتين AC82 وAC143 لمزيد من الدراسة وفقًا لقدرتهما على تثبيط النمو الفطري لـ R. solani عن طريق آلية التضاد الحيوي في الزراعة المزدوجة. تم تعريف هاتين العزلتين على أنهماStreptomyces lividans وStreptomyces rochei بناءا على الخصائص المورفولوجية والبيوكيميائية ، بالإضافة إلى تسلسل جين rRNA .16Sتم دراسة الآليات المضادة للفطريات لكلتا السلالتين من خلال صور الميكروسكوب الضوئي والإلكتروني الماسح. كما أثبتت السلالات المختارة قدرتها على إنتاج بعض الإنزيمات الخارجية المحللة. تم تحسين الظروف المزرعية والتخميرية لكلتا السلالتين باستخدام طرق العامل الفردى و الاستجابة السطحية. كذلك أدى استخدام مكونات بيئية جديدة منخفضة التكلفة مثل المولاس ومستخلص الذرة السائلة إلى تعزيز النشاط المضاد للفطريات لكلتا السلالتين بشكل كبير. بلغت نسبة تثبيط نمو R. solani الإجمالية الى 92 و91% مع تحسن بنسبة 53 و68% لسلالتي S. lividans وS. rochei على التوالي مقارنة بالوسط البيئى الأساسي. كشفت أطياف تحليل الأشعة تحت(FT-IR) لكلا المستخلصين عن الأنماط المتنوعة لامتصاص المجموعات الوظيفية للمركبات الحيوية النشطة (BACs) بالإضافة إلى ذلك، كشفت تقنية تحليل LC-ESI-MS/MS [M-H]- عن وجود 22 و21 مركبًا ثانويًا متنوعًا منتجة بواسطة سلالتي S. lividans وS. rochei على التوالي. تم تسجيل نشاط متوسط مضاد للأكسدة لـكل من S. lividans وS. rochei. بالإضافة إلى ذلك، أظهرت المركبات البيولوجية النشطة BACs المنتجة من .Streptomyces spp نشاطًا مضادًا للبكتيريا بشكل كبير ضد مسببات الأمراض البشرية الخطيرة. أظهرت مستخلصات Streptomyces spp. تأثير متوسط من السمية الخلوية ضد خلايا سرطان الرئة (A-549) مع تأثيرات منخفضة السمية على خلايا الرئة الطبيعية .(WI-38) كشفت تجارب الصوبة أن سائل التخمير لكلتا السلالتين زاد من نسبة بقاء نباتات الفاصولياء الخضراء بنسبة تتراوح بين (75-80%) مقارنة بالمعاملة الكنترول (25-30%). وعند استخدام خليط من كلتا السلالتين، وصلت نسب بقاء النباتات إلى 86.1% و90.6% مقارنة بـ31.1 و48.3% في المعاملات الكنترول في الصوبة الزراعية التجارية الواقعة في محافظتي الجيزة والإسماعيلية على التوالي. يمكن أن تُعزى الأنشطة البيولوجية لكلا مستخلصيStreptomyces إلى وجود مجموعة متنوعة من المركبات الثانوية، وبالتالي، يمكن استخدام سلالاتى Streptomyces كمصدر ممتاز للمركبات النشطة بيولوجيًا وكعوامل مكافحة حيوية واعدة في القضاء على فطر R. solani.