Date of Award

6-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Biology

First Advisor

Prof. Khaled El-Tarabily

Second Advisor

Prof. Synan Abu Qamar

Abstract

In the United Arab Emirates (UAE), royal poinciana (Delonix regia) trees suffer from stem canker disease. Symptoms of stem canker can be characterized by branch and leaf dryness, bark lesions, discoloration of xylem tissues, longitudinal wood necrosis and extensive gumming. General dieback signs were also observed leading to complete defoliation of leaves and ultimately death of trees in advanced stages. The fungus, Neoscytalidium dimidiatum DSM 109897, was consistently recovered from diseased royal poinciana tissues; this was confirmed by the molecular, structural and morphological studies. Phylogenetic analyses of the translation elongation factor 1-a (TEF1-α) of N. dimidiatum from the UAE with reference specimens of Botryosphaeriaceae family validated the identity of the pathogen. To manage the disease, the chemical fungicides, Protifert®, Cidely® Top and Amistrar® Top, significantly inhibited mycelial growth and reduced conidial numbers of N. dimidiatum in laboratory and greenhouse experiments. The described “apple bioassay”is an innovative approach that can be useful when performing fungicide treatment studies. Under field conditions, Cidely® Top proved to be the most effective fungicide against N. dimidiatum among all tested treatments. The data suggest that the causal agent of stem canker disease on royal poinciana in the UAE is N. dimidiatum. In addition to the fungicides application, the current theory also studied the effect of biological control agents to control this disease. The current study also revealed that 47 actinobacterial isolates were obtained from rhizosphere soils of royal poinciana in the UAE, among which streptomycete actinobacteria were the predominant isolates. Three isolates, Streptomyces rochei UAE2, S. coelicoflavus UAE1 and S. antibioticus UAE1, exhibited powerful in vitro antifungal activity against N. dimidiatum. The antifungal action of S. rochei and S. coelicoflavus was mainly correlated with antibiosis and cell-wall-degrading enzymes production, respectively. S. antibioticus was, however, associated with both mode of actions. Using the novel apple fruit bioassay, these isolates suppressed lesion development on fruits inoculated with N. dimidiatum. Under greenhouse conditions, each of the potential Biological Control Agents (BCAs) showed greater efficacies against stem canker when applied before N. dimidiatum inoculation (preventive) than those when the same BCAs were applied after the pathogen (curative) or the pathogen alone (control). The curative effects of Cidely® Top (a chemical fungicide) and S. antibioticus on disease symptoms were comparable on royal poinciana. Prior to pathogen inoculation, S. antibioticus was capable to suppress disease symptoms and prevent the pathogen spread, suggesting a relative superiority of S. antibioticus over all other chemical and biological treatments tested. In conclusion, the multiple mode of actions in S. antibioticus can be particularly effective to produce synergistic actions against the fungus. This study is the first to explore the potential to use both biocontrol and fungicides to further develop an integrated disease management strategy against stem canker disease in royal poinciana.

Arabic Abstract


المقاومة الكيميائية و البيولوجية لمرض تسوس اشجار البونسيانا والذى يسببه فطر نيوسكايتليديوم دايميتديوم

فى دولة الإمارات العربية المتحدة، تعاني أشجار البوينسيانا من مرض تسوس السيقان والأغصان. وتشمل أعراض المرض تقرح الساق مع ظهور جفاف فى الافرع والأوراق مع تغير لون أنسجة الخشب. ويصاحب المرض أيضا حدوث تسوس ونخر فى انسجة الخشب واللحاء ويظهر فى جميع الحالات افراز كميات من المواد الصمغية. وتؤدى الإصابة أيضا إلى تساقط أوراق الاشجار بالكامل وفي النهاية موت الأشجار في مراحل متقدمة. تم عزل الفطر المسبب للمرض من أنسجة الأشجار المصابة وتم تعريف الفطر باستخدام الطرق الميكروسكوبية وباستخدام التحليلات الوراثية وثبت انتمائه الى جنس نيوسكايتليديوم دايميتديوم. ومن أجل مقاومة الفطر وللقضاء على مرض تسوس أشجار البونسيانا، تم استخدام الطرق الكيمائية والطرق البيولوجية للقضاء على هذه الآفة الخطيرة. فيما يخص الطرق الكيمائية باستخدام المبيدات القاتلة للفطريات، أثبتت الدراسة نجاح المبيدات سيدلى توب وايمىستار توب وبروتيفرت على تثبيط نمو الفطر بشكل كبير ومعنوي مع الإقلال من أعداد جراثيم الفطر الممرض على أشجار البوينسيانا وذلك فى التجارب والتي تم عملها داخل البيوت البلاستيكية. ولقد أثبتت الدراسة أيضاً أن أفضل هذه المبيدات الثلاثة هو المبيد الفطري سيدلى توب والذي نجح أيضا فى القضاء على المرض عند استخدامه على أشجار مصابة بالمرض فى الحدائق العامة فى الإمارات العربية المتحدة. وفيما يخص بالمقاومة البيولوجية أثبتت الدراسة الحالية أيضاً أنه تم الحصول على 47 عزلة من الاكتينوبكتريا من التربة المحيطة بالجذور لأشجار البوينسيانا. أظهرت ثلاث عزلات تتبع جميعاً جنس ستربتوميس وتم تعريفها كالتالي ستربتوميس رويشيى وستربتوميس كوليسوفلافس وستربتوميس انتيبوتيكيس والتي أثبتت فعالية كبيرة في قتل الفطر المسبب للمرض. كان السبب الرئيسي لتثبيط نمو الفطر هو إفراز مضادات حيوية فقط فى جنس ستربتوميس رويشيى وإفراز انزيمات محللة لجدران الفطر الممرض فقط فى جنس ستربتوميس كوليسوفلافس، ولكن لوحظ أن جنس ستربتوميس انتيبوتيكيس كان له القدرة على إفراز مضادات حيوية وانزيمات محللة لجدران الفطر فى آن واحد. أثبتت الدراسة نجاح كبير فى الحد من المرض وذلك عند استخدام الثلاث عزلات داخل البيوت البلاستيكية وأثبتت الدراسة أن العزلة الأفضل وهي جنس ستربتوميس انتيبوتيكيس والذي قام بعمل أكثر من ميكانيكية لمقاومة الفطر الضار والتي أعطت نتيجة فعالة وإيجابية فى الحد من المرض، وكانت النتيجة مشابهة لحد كبير من استخدم المبيد الفطري سيدلى توب. و بالتالي، توصي الدراسة بإمكانية استخدام المقاومة البيولوجية كبديل قوي وفعال عن استخدام المبيدات الكيميائية. تعتبر هذه الدراسة هي الأولى من نوعها في إمكانية استخدام كل من المكافحة الكيميائية والمقاومة البيولوجية لتطوير استراتيجية متكاملة لإدارة المرض ضد مرض تسوس أشجارالبوينسيانا مع الوضع فى الاعتبار أفضلية استخدام المقاومة البيولوجية الصديقة للبيئة.

Download

Included in

Biology Commons

Share

COinS