Trichoderma spp. associated with coffee in Africa: taxonomy and potential uses for the biological control of coffee leaf rust and plant growth promotion

Abstract

Coffee leaf rust (CLR) caused by the fungus Hemileia vastatrix is the most important disease in coffee. Difficulties in obtaining long lasting resistance, the failure of the strategy of escaping the disease by highland coffee cultivation and the increasing restrictions to the use of fungicides prompted the search for alternative forms of management. Biological control is an alternative of major strategical importance in such a scenario. Although there are publications dealing with biological control of H. vastatrix, none of these studies involved fungi of the genus Trichoderma or the classical approach of biological control involving antagonists to H. vastatrix from its native range in Africa. The present work concentrated in the study of endophytic and mycoparasite Trichoderma – collected in Africa and obtained from coffee plants in wild or semi-wild conditions. Taxonomy of 94 isolates which were obtained, screening for potential antagonists to H. vastatrix and a preliminary evaluation of beneficial physiological effects of one selected isolate were performed. Among the isolates of Trichoderma obtained from Ethiopia, Cameroon and Kenya 16 distinct species Trichoderma were recognized. Twelve were known to science, namely: Trichoderma agressivum, T. andinense, T. atroviride, T. guizhouense, T. hamatum, T. koningiopsis, T. lentiforme, T. parareesei T. petersenii, T. spirale, T. theobromicola and T. virens. Four were described as new taxa: Trichoderma sp. nov.1, Trichoderma sp. nov.2, Trichoderma sp. nov.3 and Trichoderma sp. nov.4. All sporulating isolates were tested for their ability to reduce the germination of H. vastatrix urediniospores in vitro and of reducing CLR severity on leaf disc and plants. Additionally, to Trichoderma spp. some other taxa obtained as endophytes of coffee in Africa were also included in the screening. The ability of Trichoderma spp. to colonize coffee plants as endophytes after inoculation under controlled conditions was also investigated. Seventeen isolates of Trichoderma inhibited the germination of H. vastatrix urenidospores. Isolates COAD 2396 (T. atroviride), E48 (Cordyceps sp.) and E486 (Aspergillus sp.) reduced the severity of the disease to less than 50% of the levels observed in the controls when applied at 72h, 24h before or simultaneously with H. vastatrix on coffee leaf discs. Over 60% reduction of disease severity was obtained when E48 (Cordyceps sp.) was applied xiiion coffee plants 72h before inoculation with H. vastatrix. All species of Trichoderma were able to colonize coffee stems and leaves as endophytes except for COAD 2399 – Trichoderma sp. nov1. Additionally, to those studies one selected isolate (COAD 2482 - T. parareesei) was tested for growth stimulation in a model-plant species (tomato). This involved four tomato cultivars: Cereja, Italiano, Maça and Santa Cruz. The results showed that the application of the COAD 2482 isolate produced a beneficial effect which was only statistically significant for the cultivar "Santa Cruz". For that cultivar the significant effect was on the growth and development of the root system.

A ferrugem do cafeeiro (CLR) causada pelo fungo Hemileia vastatrix é a doença mais importante no café. Dificuldades na obtenção de resistência duradoura, o fracasso da estratégia de fuga da doença pelo cultivo de café em terras altas e as crescentes restrições ao uso de fungicidas, motivaram a procura de formas alternativas para seu manejo. O controle biológico é uma alternativa de importância estratégica em tal cenário. Embora existam publicações que tratam do controle biológico de H. vastatrix, nenhum desses estudos envolveu fungos do gênero Trichoderma ou a abordagem de controle biológico clássico envolvendo antagonistas de H. vastatrix de sua região nativa na África. O presente trabalho concentrou-se no estudo de endofíticos e micoparasitas de Trichoderma - coletadas na África e obtidas de cafeeiros em condições selvagens ou semi-selvagens. Taxonomia de 94 isolados obtidos, triagem de potenciais antagonistas para H. vastatrix e uma avaliação preliminar dos efeitos fisiológicos benéficos de um isolado selecionado foram realizados. Entre os isolados de Trichoderma obtidos da Etiópia, Camarões e Quênia foram reconhecidas 16 espécies distintas de Trichoderma. Doze são conhecidas pela ciência, nomeadas: Trichoderma agressivum, T. andinense, T. atroviride, T. guizhouense, T. hamatum, T. koningiopsis, T. lentiforme, T. parareesei T. petersenii, T. spirale, T. theobromicola e T. virens. Quatro foram descritos como novos táxons: Trichoderma sp. nov.1, Trichoderma sp. nov.2, Trichoderma sp. nov.3 e Trichoderma sp. nov.4. Todos os isolados de boa esporulação foram testados quanto à sua capacidade de reduzir a germinação dos urediniósporos de H. vastatrix in vitro e na redução da severidade da CLR no disco folia e em plantas. Além de Trichoderma spp. alguns outros taxa obtidos como endófitos do café na África também foram incluídos na triagem. A capacidade de Trichoderma spp. Colonizar cafeeiros como endófitos após a inoculação sob condições controladas também foi investigado. Dezessete isolados de Trichoderma inibiram a germinação de urenidosporos de H. vastatrix. Os isolados COAD 2396 (T. atroviride), E48 (Cordyceps sp.) e E486 (Aspergillus sp.) Reduziram a severidade da doença para menos de 50% dos níveis observados nos controles quando aplicados em 72h, 24h antes ou simultaneamente com H. vastatrix em discos de folhas de café. Mais de 60% de redução na severidade da doença foi obtida quando E48 xv(Cordyceps sp.) foi aplicado em cafeeiro 72h antes da inoculação com H. vastatrix. Todas as espécies de Trichoderma foram capazes de colonizar caules e folhas de café como endofíticos, com exceção de COAD 2399 - Trichoderma sp. nov.1. Além desses estudos, um isolado selecionado (COAD 2482 - T. parareesei) foi testado para estimulação do crescimento em uma espécie de planta-modelo (tomate). Isso envolveu quatro cultivares de tomate: Cereja, Italiano, Maça e Santa Cruz. Os resultados mostraram que a aplicação do isolado COAD 2482 produziu um efeito benéfico que foi estatisticamente significativo apenas para a cultivar "Santa Cruz". Para essa cultivar, o efeito significativo foi no crescimento e desenvolvimento do sistema radicular.