ABSTRACT
Macrophomina phaseolina is a polyphagous phytopathogen, causing stalk rot on many commercially important species. Damages caused by this pathogen in soybean and maize crops in Argentina during drought and hot weather have increased due its ability to survive as sclerotia in soil and crop debris under non-till practices. In this work, we explored the in vitro production of plant cell wall-degrading enzymes --#91;pectinases (polygalacturonase and polymethylgalacturonase); cellulases (endoglucanase); hemicellulases (endoxylanase) and the ligninolytic enzyme laccase--#93; by several Argentinean isolates of M. phaseolina, and assessed the pathogenicity of these isolates as a preliminary step to establish the role of these enzymes in M. phaseolina-maize interaction. The isolates were grown in liquid synthetic medium supplemented with glucose, pectin, carboxymethylcellulose or xylan as carbon sources and/or enzyme inducers and glutamic acid as nitrogen source. Pectinases were the first cell wall-degrading enzymes detected and the activities obtained (polygalacturonase activity was between 0.4 and 1.3 U/ml and polymethylgalacturonase between 0.15 and 1.3 U/ml) were higher than those of cellulases and xylanases, which appeared later and in a lesser magnitude. This sequence would promote initial tissue maceration followed by cell wall degradation. Laccase was detected in all the isolates evaluated (activity was between 36 U/l and 63 U/l). The aggressiveness of the isolates was tested in maize, sunflower and watermelon seeds, being high on all the plants assayed. This study reports for the first time the potential of different isolates of M. phaseolina to produce plant cell wall-degrading enzymes in submerged fermentation.
Macrophomina phaseolina es un fitopatógeno polífago, causante de podredumbre carbonosa. Los daños que genera en cultivos de soja y maíz bajo siembra directa en Argentina, en períodos secos y calurosos, se incrementaron por su habilidad para sobrevivir como esclerocios en suelos y restos de cosecha. El propósito del trabajo fue estudiar la producción in vitro de enzimas degradadoras de pared celular vegetal (pectinasas --#91;poligalacturonasa y polimetilgalacturonasa--#93;; celulasas --#91;endoglucanasa--#93;; hemicelulasas --#91;endoxilanasa--#93; y la enzima ligninolítica lacasa) de varios aislamientos argentinos de M. phaseolina y evaluar la patogenicidad de esos aislamientos, como paso preliminar para establecer el papel de estas enzimas en la interacción M. phaseolina-maíz. Se estudió la cinética de crecimiento del hongo y la de la producción de dichas enzimas en medios de cultivo líquidos sintéticos con ácido glutámico como fuente de nitrógeno y con pectina, carboximetilcelulosa (CMC) o xilano como fuentes de carbono. Las pectinasas fueron las primeras enzimas detectadas y los máximos títulos registrados (1,4 UE/ml --#91;poligalacturonasa--#93; y 1,2 UE/ml --#91;polimetilgalacturonasa--#93;, respectivamente) superaron a los de celulasas y xilanasas, que aparecieron más tardíamente y en menor magnitud. Esta secuencia promovería la maceración inicial del tejido, seguida luego por la degradación de la pared celular vegetal. Se detectó actividad lacasa en todos los aislamientos (36 a 63 U/l). La agresividad de todos los aislamientos resultó alta en los 3 hospedantes evaluados: semillas de maíz, de girasol y de melón. En este trabajo se investiga por primera vez el potencial de distintos aislamientos de M. phaseolina para producir enzimas degradadoras de pared celular vegetal en cultivo líquido.
Subject(s)
In Vitro Techniques/methods , Cell Wall/enzymology , Zea mays/enzymology , Zea mays/parasitology , Polygalacturonase/isolation & purification , Cellulase/isolation & purification , Endo-1,4-beta Xylanases/isolation & purificationABSTRACT
Polygalacturonase and α-amylase play vital role in fruit juice industry. In the present study, polygalacturonase was produced by Aspergillus awamori Nakazawa MTCC 6652 utilizing apple pomace and mosambi orange (Citrus sinensis var mosambi) peels as solid substrate whereas, α-amylase was produced from A. oryzae (IFO-30103) using wheat bran by solid state fermentation (SSF) process. These carbohydrases were decolourized and purified 8.6-fold, 34.8-fold and 3.5-fold, respectively by activated charcoal powder in a single step with 65.1%, 69.8% and 60% recoveries, respectively. Apple juice was clarified by these decolourized and partially purified enzymes. In presence of 1% polygalacturonase from mosambi peels (9.87 U/mL) and 0.4% α-amylase (899 U/mL), maximum clarity (%T660nm = 97.0%) of juice was attained after 2 h of incubation at 50 ºC in presence of 10 mM CaCl2. Total phenolic content of juice was reduced by 19.8% after clarification, yet with slightly higher %DPPH radical scavenging property.
Subject(s)
Aspergillus/enzymology , Beverages , Food Handling/methods , Polygalacturonase/isolation & purification , Polygalacturonase/metabolism , alpha-Amylases/isolation & purification , alpha-Amylases/metabolism , Aspergillus/growth & development , Culture Media/chemistry , Free Radical Scavengers/analysis , Phenols/analysis , Temperature , Time FactorsABSTRACT
Polygalacturonase (PG) production by Fomes sclerodermeus using solid-state fermentation (SSF) was carried out. Maximal PG activity (26 U/gdw) was obtained between days 11 and 13 at the end of exponential growth. PG activity in the crude extract was more stable at pH 5-6 and 30 °C and had optimum activity at pH 5 and 50 °C. Optimal conditions for PG extraction were: one time extraction with Na2SO4 as solvent with 10 min. of agitation. In a scale-up system, PG activity per gram of dry substrate decreased about 60% compared with the activity obtained in an Erlenmeyer flask; however, high total PG activity was obtained.
Se estudió la producción de poligalacturonasa (PG) por Fomes sclerodermeus usando técnicas de fermentación en estado sólido. La actividad PG máxima (26 U/g ps) fue observada entre los días 11 y 13. La actividad PG en los extractos crudos fue más estable a pH 5-6 y 30 °C, con una actividad óptima a pH 5 y a 50 °C. Las condiciones óptimas para la extracción de PG se lograron con una única extracción empleando Na2SO4 como solvente, con 10 minutos de agitación. En el escalado del sistema, la actividad PG por gramo de peso seco de sustrato disminuyó cerca de 60% comparada con la obtenida en frascos Erlenmeyer, pero la actividad total fue mayor.
Subject(s)
Coriolaceae/enzymology , Fungal Proteins/isolation & purification , Polygalacturonase/isolation & purification , Cell Fractionation/methods , Coriolaceae/growth & development , Fermentation , Hydrogen-Ion Concentration , Mycology/methods , Solvents , TemperatureABSTRACT
Se determinó la actividad poligalacturonasa en corteza de pitaya amarilla (Acanthocereus pitajaya). El buffer fosfato de sodio 20 mM pH 7,0 con NaCl 0,5 M se constituyó en el sistema más efectivo para la extracción. Se obtuvieron valores óptimos de actividad a pH 5,0 en buffer citratos, a una temperatura de 40 °C. Los valores de KM y VMÁX hallados para esta enzima fueron 2,9 mg ácido poligalacturónico/ml y 0,076 nmol de azúcares reductores/s, respectivamente. Los resultados muestran que la poligalacturonasa está vinculada con el ablandamiento de este fruto.