Antifungal analysis of synthetic fungicide against Neocosmopara falciformis (syn. of Fusarium falciforme) isolated from Solanum lycopersicum in Puerto Rico

Abstract

Worldwide Solanum lycopersicum is the most important vegetable crop. In 2019 a total production of 37.38 million metric tonnes (mT) tomatoes were produced. In Puerto Rico, according to the most recent agricultural census, approximately 18,000 mt of tomatoes were produced in 2019 contributing closely to $20 million to the island agricultural gross income. Puerto Rico's tropical climate, characterized by warm and humid conditions with annual temperatures oscillating between 21° to 32°C, promote a favorable and diverse environment for soil microorganisms. The fungal genus Fusarium spp. includes a diverse group of species responsible for soil-borne plant diseases of agricultural importance. For this reason, the first objective of this research was to identify Fusarium spp. associated with tomato production at the southern region of Puerto Rico. The second objective was to evaluate in-vitro, the sensitivity of Fusarium spp. isolates to a conventional synthetic fungicide (i.e., chlorothalonil). Three Fusarium spp. isolates were obtained from tomato plants (Skyway) showing necrotic or chlorotic tissue, delayed root development, stunted growth, and stem rot. For fungal identification, morphological characteristics were examined, and phylogenetic analysis were conducted using three genes: translation elongation factor (Tef), DNA-directed RNA polymerase II subunit(RPB1) and the internal transcribed spacer (ITS) . All isolates were identified as Fusarium falciforme, of the Fusarium solani species complex, more recently reappraised as Neocosmopora falciformis. Pathogenicity tests conducted in wounded roots of three-month-old tomato plants (cv. Skyway) tested negative. In addition, pathogenicity tests performed on wounded and unwounded tomato fruits under laboratory conditions, promoted mycelia development and fruit rot in wounded areas, for all Neocosmopara falciformis isolates evaluated. Subsequently, in-vitro fungicide sensitivity test showed statistical differences between isolates. Cell viability was measured by calculating percentage (%) reduction which is needed to maintain cellular structures and associated functions, after 48 hours of exposure to the fungicide, chlorothalonil. Neocosmopara falciformis showed resistance to the highest doses tested 128 ppm. No statistical differences were observed when compared to the non-treated control. Fusarium oxysporum f. sp. cubense did show statistical differences to the non-treated control and fungal cell activity was diminish by 84% compared to the non-treated control. This research is the first report of N. falciformis associated with an agricultural important crop and exhibiting resistance to a commonly used fungicide (chlorothalonil) in Puerto Rico. This study will provide a base of identification for future monitoring as a possible pathogen and also shows the importance of developing new effective methods for the management of this organism.

Solanum lycopersicum es el cultivo de hortalizas más importante a nivel mundial. En el 2019 se obtuvo una producción total de 37,38 millones de toneladas métricas (mT) de tomates. En Puerto Rico, según el censo agrícola más reciente (2019) se produjeron aproximadamente 18.000 (mT) de tomates, contribuyendo con alrededor de 20 millones de dólares al ingreso bruto agrícola de la isla. El clima tropical de Puerto Rico, caracterizado por condiciones cálidas y húmedas, con temperaturas anuales que oscilan entre 21 ° a 32 °C, promueve un ambiente favorable y diverso para los microorganismos del suelo. El género Fusarium spp. incluye un grupo diverso de especies de hongos responsables de ocasionar enfermedades transmitidas por el suelo a diferentes plantas de importancia agrícola. Por esta razón, el primer objetivo de esta investigación fue identificar Fusarium spp. asociadas con la producción de tomate en la región sur de Puerto Rico. El segundo objetivo fue evaluar la sensibilidad de Fusarium spp. con un fungicida sintético convencional (Clorotalonil). Se obtuvieron tres aislados de Fusarium spp. en plantas de tomate (variedad Skyway) que mostraban los siguientes síntomas: tejido necrótico o clorótico, retraso en el desarrollo de las raíces y pudrición del tallo. Para la identificación de hongos, se examinaron las características morfológicas y se realizaron análisis filogenéticos utilizando tres genes: el factor de elongación de traducción (Tef), la subunidad de la ARN polimerasa II dirigida por ADN (RPB1) y el espaciador transcrito interno (ITS). Todos los aislados fueron identificados como Fusarium falciforme, del complejo de especies Fusarium solani, el cual fue reevaluado recientemente como Neocosmopora falciformis. Las pruebas de patogenicidad resultaron negativas en plantas de tomate con herida en las raíces (cv. Skyways). A diferencia de las pruebas de patogenicidad realizadas en plantas, las pruebas complementarias realizadas en fruto demostraron el desarrollo de micelio y la pudrición del fruto en las áreas con heridas. Posteriormente, la prueba de sensibilidad a fungicida demostró diferencias estadísticas entre los aislados. La viabilidad celular se midió calculando el porcentaje (%) de reducción después de 48 horas de exposición al fungicida Clorotalonil. La especie Neocosmopara falciformis demostró resistencia a la dosis más alta de Clorotalonil (128ppm) y no mostró diferencias estadísticas en comparación a el grupo control no tratado. El aislado de Fusarium oxysporum f. sp. cubense mostró diferencias estadísticas y disminuyó el crecimiento micelial, en un 84% en comparación con el control no tratado. Esta investigación confirma el primer reporte de N. falciformis asociado con un cultivo de importancia agrícola que exhibe resistencia a un fungicida de uso común (Clorotalonil) en Puerto Rico. Este estudio proporcionará una base de identificación para futuros monitoreos, como posible agente patogénico y también muestra la importancia de desarrollar nuevos métodos efectivos para el manejo de este organismo.