Name: measuring volatile and non-volatile antifungal activity of biocontrol products
Uploaded: 2020-12-05T14:00:00
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Nous sommes très reconnaissants à Frank Yates pour ses précieux conseils. Ce travail a été soutenu par Sup’Biotech.

1. Préparation d’Inocula
<ol><li>Avant l’expérience, 5 μL de Trichoderma spp. Spores de SBT10-2018 stockées à 4 °C sur le milieu de l’agar dextrose de pomme de terre (PDA) et incuber pendant 4 jours à 30 °C avec exposition régulière à la lumière pour favoriser la formation de conidies42 (figure 1, panneau A). NOTE: Trichoderma spp. Le SBT10-2018 a été isolé du bois et est utilisé comme modèle dans cette étude pour sa croi...

L’approche présentée ici permet d’évaluer les propriétés antifongiques des produits dérivés de plantes peu transformés. Dans ce protocole, la distribution homogène des spores à la surface de l’agar est obtenue à l’aide de perles de verre de 2 mm. Cette étape nécessite des compétences de manipulation pour distribuer correctement les perles et d’obtenir des résultats reproductibles, permettant finalement la comparaison des effets antifongiques à différents stades de la croissance fongique. Nous a...

Les pertes mondiales de fruits et légumes peuvent atteindre jusqu’à 50 % de la production1 et résulter principalement de la décomposition des aliments causée par la détérioration des champignons sur le terrain ou pendant le stockage post-récolte2,3, malgré l’emploi important de fongicides synthétiques depuis le milieu du XXe siècle4. L’utilisation de ces substances est réexaminée puisqu’elle représente de graves risques pour l’environnement et la santé. Comme les conséquences néfastes de leur utilisation se manifestent dans tous les écosystèmes et que des preuves d’impacts potentiels sur la santése sont accumulées 5,6, de nouvelles alternatives aux anciennes stratégies prophylactiques sont en cours d’élaboration pour les traitements pré et post-récolte7,8,9. Par conséquent, le défi auquel nous sommes confrontés est double. Les nouvelles stratégies fongicides doivent, premièrement, maintenir les niveaux d’efficacité de la protection alimentaire contre les phytopathogènes et, en même temps, contribuer, deuxièmement, à réduire considérablement l’empreinte environnementale des pratiques agricoles. Pour atteindre cet objectif ambitieux, des stratégies inspirées par les défenses naturelles évoluées dans les plantes sont proposées car plus de 1000 espèces végétales ont été mises en évidence pour leurs propriétés antimicrobiennes8. Par exemple, les plantes qui ont développé des fongicides naturels pour lutter contre les phytopathogènes sont une ressource nouvelle dans l’exploration du développement de nouveaux produits de lutte biologique2. Les huiles essentielles sont des molécules phares de ce type. Par exemple, l’huile essentielle d’Origanum protège les plants de tomates contre la moisissure grise dans les serres 10 et solidago canadensis L. et cassia huiles essentielles ont été montrés pour préserver les fraises post-récolte de dommages moulegris 11,12. Ces exemples illustrent que le biocontrôle et notamment les produits dérivés des plantes représentent une solution qui combine efficacité biologique et durabilité environnementale.
Ainsi, les plantes sont une ressource importante de molécules d’intérêt potentiel pour l’industrie de la protection des cultures. Toutefois, seule une poignée de produits végétaux ont été proposés pour être utilisés comme produits de lutte biologique, même s’ils sont généralement reconnus comme sûrs, non phytotoxiques et respectueux del’environnement 2. Certaines difficultés dans la transposition du laboratoire au champ ont été observées, comme la diminution de l’efficacité une fois appliquée in vivo2,9. Ainsi, il devient important d’améliorer la capacité des tests de laboratoire à mieux prédire l’efficacité sur le terrain. Dans ce contexte, des méthodes d’essai antifongiques pour les produits dérivés des plantes sont nécessaires à la fois pour évaluer leur efficacité antifongique et pour définir leurs conditions optimales d’utilisation. Plus précisément, les produits de lutte biologique sont généralement moins efficaces que les fongicides chimiques, de sorte qu’une meilleure compréhension de leur mode d’action est importante pour proposer des formulations appropriées, pour identifier le mode d’application dans les champs et pour définir quel stade de développement de l’agent pathogène est vulnérable au bioproduit candidat.
Les approches actuelles portant sur les activités antibactériennes et antifongiques comprennent des méthodes de diffusion telles que la diffusion du disque d’agar, la dilution, la bioautographie et la cytométrie des flux.13. La plupart de ces techniques, et plus particulièrement, les tests de susceptibilité antifongique standard - analyse de diffusion et de dilution du disque d’agar - sont bien adaptés pour évaluer l’activité antimicrobienne des composés solubles sur les spores bactériennes et fongiques dans les suspensions liquides.14. Toutefois, ces méthodes ne conviennent généralement pas aux essais de composés solides tels que la poudre de plantes séchées ou à quantifier l’activité antifongique pendant la croissance du mycélium, car elles nécessitent une dilution des spores ou une propagation des spores sur les plaques d’agar et/ou une dilution des composés antifongiques.13. Dans la méthode empoisonnée par la nourriture, les plaques d’agar contenant l’agent antifongique sont inoculées avec un disque de 5-7 mm de diamètre échantillonné à partir d’une culture de champignons de 7 jours sans tenir compte de la quantité précise de mycélium de départ. Après incubation, l’activité antifongique est déterminée comme un pourcentage d’inhibition de la croissance radiale17,18,19. Avec cette approche, nous pouvons évaluer l’activité antifongique sur la croissance mycéliale. En revanche, la méthode de dilution de l’agar est effectuée pour déterminer l’activité antifongique sur les spores directement inoculées à la surface de la plaque d’agar contenant les composés antifongiques13,20,21. Ces deux approches donnent des résultats complémentaires sur l’activité antifongique. Toutefois, il s’agit de deux techniques indépendantes utilisées en parallèle qui ne permettent pas de comparer côte à côte avec précision l’efficacité relative des composés antifongiques sur les spores et le mycélium.17,20,22 comme la quantité de matériel fongique de départ diffère dans les deux approches. En outre, l’activité antifongique d’un produit dérivé des plantes résulte souvent de la combinaison de molécules antifongiques synthétisées par les plantes pour faire face à des agents pathogènes. Ces molécules englobent les protéines, les peptides23,24, et les métabolites ayant une grande diversité chimique et appartenant à différentes classes de molécules telles que les polyphénols, terpènes, alcaloïdes25, glucosinolates8, et les composés organosulfurés26. Certaines de ces molécules sont volatiles ou deviennent volatiles lors d’une attaque d’agents pathogènes27. Ces agents sont le plus souvent des composés solubles dans l’eau et à haute pression de vapeur qui doivent être récupérés par distillation de l’eau sous forme d’huiles essentielles, dont certaines activités antimicrobiennes ont été bien établies.28. Des essais de susceptibilité 2métras par phase de vapeur ont été mis au point pour mesurer l’activité antimicrobienne des composés volatils après l’évaporation et la migration par la phase de vapeur29. Ces méthodes sont basées sur l’introduction de composés antifongiques à distance de la culture microbienne29,30,31,32,33. Dans l’analyse couramment utilisée de l’agar en phase de vapeur, les huiles essentielles sont déposées sur un disque de papier et placées au centre de la couverture de la boîte de Pétri à distance de la suspension bactérienne ou fongique des spores, qui se propage sur le milieu de l’agar. Le diamètre de la zone d’inhibition de croissance est ensuite mesuré de la même manière que pour la méthode de diffusion du disque d’agar20,24. D’autres approches ont été développées pour fournir une mesure quantitative de la susceptibilité antifongique de phase de vapeur des huiles essentielles, dérivée de la méthode de dilution du bouillon à partir de laquelle une activité antimicrobienne ment mentée en phase de vapeur inhibitrice a été calculée32, ou dérivé d’analyses de diffusion de disque d’agar31. Ces méthodes sont généralement spécifiques aux études d’activité en phase de vapeur et ne conviennent pas aux essais d’inhibition de contact. Cela empêche la détermination de la contribution relative d’agents volatils et non volatils à l’activité antifongique d’un mélange bioactif complexe.
La méthode quantitative que nous avons développée vise à mesurer l’effet antifongique de la poudre de plantes séchées sur des quantités contrôlées de spores et de mycélium cultivé déposé à la surface d’un milieu d’agar pour reproduire la croissance aérienne des phytopathogènes lors de l’infectiondes plantes 15 ainsi qu’un réseau mycélial interconnecté16. L’approche est une configuration expérimentale modifiée basée sur la dilution de l’agar et les méthodes empoisonnées par les aliments qui permet également, dans la même configuration expérimentale, la quantification côte à côte de la contribution des métabolites antifongiques volatils et non volatils. Dans cette étude, la méthode a été comparée à l’activité de trois préparations antifongiques bien caractérisées.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Autoclave-vacuclav 24B+</td>
			<td>Melag</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbendazim</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>378674-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Distilled water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eppendorf tubes</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>72.706</td>
			<td>1.5 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcons tubes</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>547254</td>
			<td>50 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Five millimeters diameter stainless steel tube</td>
			<td>retail store</td>
			<td></td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Food dehydrator</td>
			<td>Sancusto</td>
			<td></td>
			<td>six trays</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Garlic powder</td>
			<td>Organic shop</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glass beads</td>
			<td>CLOUP</td>
			<td>65020</td>
			<td><img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61798/61798eq1.png" /> 2 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemocytometer counting cell</td>
			<td>Jeulin</td>
			<td>713442</td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Incubator</td>
			<td>Memmert</td>
			<td>&#160;UM400</td>
			<td>30 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Knife mill</td>
			<td>Bosch</td>
			<td>TSM6A013B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual cell counter</td>
			<td>Labbox</td>
			<td>HCNT-001-001</td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Measuring ruler</td>
			<td>retail store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbiological safety cabinets</td>
			<td>FASTER</td>
			<td></td>
			<td>FASTER BHA36, TYPE II, Cat 2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette</td>
			<td>Mettler-Toledo</td>
			<td>17014407</td>
			<td>100 - 1000 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette</td>
			<td>Mettler-Toledo</td>
			<td>17014411</td>
			<td>20 - 200 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette</td>
			<td>Mettler-Toledo</td>
			<td>17014412</td>
			<td>2 - 20 &#181;L</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>82-1194500</td>
			<td><img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61798/61798eq1.png" /> 55 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Petri dish</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>82-1473&#160;</td>
			<td><img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/61798/61798eq1.png" /> 90 mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pipette Controllers-EASY 60</td>
			<td>Labbox</td>
			<td>EASY-P60-001</td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potato Dextrose Agar</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>70139-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Precision scale-RADWAG</td>
			<td>Grosseron</td>
			<td>B126698</td>
			<td>AS220.R2-ML 220g/0.1mg&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rake</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>86-1569001</td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Reverse microscope AE31E trinocular</td>
			<td>Grosseron</td>
			<td>M097917</td>
			<td>/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile graduated pipette</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>1254001</td>
			<td>10 mL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thymus essential oil</td>
			<td>Drugstore</td>
			<td></td>
			<td>Essential oil 100%</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tips 1000 &#181;L&#160;</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>70.762010</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tips 20 &#181;L&#160;</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>70.760012</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tips 200 &#181;L</td>
			<td>Sarstedt</td>
			<td>70.760002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tooth pick</td>
			<td>retail store</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trichoderma spp strain</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Strain of LRPIA laboratory</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween-20&#160;</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>P1379-250ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tween-80</td>
			<td>Sigma&#160;</td>
			<td>P1754-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Labbox</td>
			<td>FORS-001-002</td>
			<td>/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring volatile and non-volatile antifungal activity of biocontrol products

Le protocole décrit est basé sur une technique de plug-transfer qui permet une détermination précise des quantités de micro-organismes et de leurs stades de développement. Un certain nombre de spores sont réparties sur une plaque d’agar. Cette plaque d’agar est incubée pendant une période définie pour permettre aux champignons d’atteindre le stade de développement prévu, à l’exception des spores où l’incubation n’est pas nécessaire. Les bouchons d’agar couverts de spores, d’hyphes ou de mycélium sont ensuite retirés et transférés sur des supports d’agar contenant le composé antifongique à tester soit à une distance des champignons, soit en contact. Cette méthode est applicable pour tester à la fois les extraits liquides et les échantillons solides (poudres). Il est particulièrement bien adapté pour quantifier les contributions relatives des agents volatils et non volatils dans les mélanges bioactifs et pour déterminer leurs effets, spécifiquement sur les spores, les hyphes précoces et le mycélium.
La méthode est très pertinente pour la caractérisation de l’activité antifongique des produits de lutte biologique, notamment les produits dérivés des plantes. En effet, pour le traitement des plantes, les résultats peuvent être utilisés pour guider le choix du mode d’application et pour établir les seuils de déclenchement.

Pour évaluer la capacité de la méthode quantitative à discriminer le mode d’action de différents types de composés antifongiques, nous avons comparé l’efficacité de trois agents antifongiques bien connus. Carbendazim est un fongicide synthétique non volatil qui a été largement utilisé pour contrôler un large éventail de maladies fongiques chez les plantes39,40. Thymus vulgaris huile essentielle a été largement décrit pour son activit...

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Measuring Volatile and Non-volatile Antifungal Activity of Biocontrol Products

Nous décrivons une méthode modifiée à base d’agar conçue pour quantifier les effets antifongiques des produits dérivés des plantes. Les contributions volatiles et non volatiles à l’activité antifongique peuvent être évaluées par ce protocole. En outre, l’efficacité contre les champignons peut être mesurée à des stades clés de développement dans une seule configuration expérimentale.

Mesure de l’activité antifongique volatile et non volatile des produits de lutte biologique

The protocol described is based on a plug-transfer technique that allows accurate determination of microorganism quantities and their developmental ...

This protocol provides a method for making accurate side-by-side comparisons of the relative efficacy of volatile and non-volatile antifungal compounds at different fungal growth stages. This method is well-suited for evaluating the antifungal activity of plant-derived products used in dried or liquid forms that contain a wide diversity of molecules. This method can provide valuable information about the mode of application of plant-derived products and is particularly well-suited in the field of biocontrol.Demonstrating the procedure will be Valentina Gligorijevic, an engineer assistant from the Sup'Biotech laboratory. For conidia collection, layer three milliliters of 0.05%Tween 20 on a trichoderma mycelium culture and use a rake to release the conidia from the conidiophores taking care not to press down on the mycelium to prevent the hyphae from being torn away. When all of the conidia have been released, use a micropipette to quickly recover and add the conidia solution to a 15 milliliter tube for counting.To prepare fungal plates, deposit 100 microliters of spores at a three times 10 to the six spores per milliliter concentration onto a nine centimeter Petri dish containing PDA medium, and use a sterile spatula to add 10 grams of two millimeter diameter glass beads to the plate. Then gently shake the plate forward and backward and spin and rotate the plate in 90 degree segments until it has been fully rotated to evenly distribute the spores across the surface of the agar. Then incubate the plate at 30 degrees Celsius until growth inhibition analysis.To perform a contact-inhibition assay with garlic powder, use a sterile spatula to weigh the desired garlic powder quantity into individual 50 milliliter tubes. to obtain concentrations generally ranging from 0.25 to 16 milligrams per milliliter. Add 10 milliliters of approximately 45 degrees Celsius PDA to each tube and carefully invert each tube several times to evenly distribute the powder throughout the agar.Quickly, pour the homogenized suspensions into five centimeter diameter Petri dishes and allow the agar to solidify at room temperature. To perform a contact-inhibition assay, use a five millimeter diameter sterile stainless steel tube to plot a circle in the center of the agar in the control and antifungal compound-treated dishes, and use a sterile toothpick to dispose of the agar cylinders. Next, use a new five millimeter diameter stainless steel tube to plot 15 to 20 circles randomly into the fungal plates, and use sterile toothpicks to carefully transfer the spore, hyphae, or mycelium-covered cylinders into the empty regions of the PDA plates.Then return the plates to the 30 degree Celsius incubator. To prepare a plates for a vapor-phase antifungal inhibition assay, pour 10 milliliters of PDA medium into the lid of a five centimeter diameter Petri dish containing 10 milliliters of PDA medium containing antifungal compounds or PDA medium alone, and allow the agar to solidify at room temperature. Using a 50 milliliter centrifical tube as a calibration tool, make a circle of PDA in the center of the agar and use a sterile spatula to remove the agar around the circle.Use a five millimeter diameter sterile stainless steel tube to plot a circle in the center of the medium in the lid and use a sterile toothpick to discard the auger cylinder. Then use a five millimeter diameter sterile stainless steel tube to randomly make plugs in the prepared fungal plates, and use a sterile toothpick to carefully transfer spore, hyphae, or mycelium-coated plugs into the lids of the assay plates. In this analysis, trichoderma species SBT 10-2018 growth inhibition triggered by three antifungal compounds was evaluated using contact and vapor-phase inhibition assays as demonstrated for each fungal stage.A higher spore sensitivity to carbendazim was observed compared to early hyphae and mycelium networks when trichoderma and antifungal compounds were in contact. In contrast, carbendozim had no antifungal effect on trichoderma when the fungus was placed at a distance from the fungicide in accordance with the low volatility of this substance. When thymus vulgaris essential oil was used as an antifungal compound, a higher sensitivity was observed for spores and early hyphae as compared to mycelium growth inhibition at 0.025%essential oil.As expected, thymus vulgaris essential oil presented identical antifungal activity irrespective of the distance between the fungus and the oil. When garlic powder was used, a higher efficacy was observed against spore germination and early hyphae elongation than for mycellium growth. Particular attention must be paid during the fungal plate preparation to make sure that the spores are evenly distributed on the surface of the agar plate to ensure comparable results.

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