Taxonomic characterization of Aphelenchoides besseyi sensu lato and the study of diseases angular leaf spot in jambu (Acmella oleracea) and green stem and foliar retention syndrome in soybean (Glycine max)

Abstract

Aphelenchoides besseyi is considered one of the most threatening nematodes to global agriculture. Despite this, there is little information about genetic diversity, host range and some aspects related to its interaction with its host plants. Recently it was proposed to reclassify A. besseyi into a species complex composed of: A. besseyi sensu stricto, A. oryzae e A. pseudobesseyi. Thus, the objectives of this work were: i) to identify the species of Aphelenchoides causing angular leaf spot in jambu (Acmella oleracea); ii) to biologically and molecularly characterize populations of A. besseyi sensu lato from different hosts, comparing them with other populations from the A. besseyi species complex already described; iii) evaluate aspects of the interaction of this plant parasitic nematode with soybean through histopathological analyses. Morphological, morphometric, and phylogenetic characterizations were carried out, and A. pseudobesseyi was identified as the causal agent of angular leaf spot in jambu. Moreover, the biological characterization of A. besseyi s.l. populations from rice, jambu and soybean, indicated that they reproduce through amphimixis and exhibit sexual compatibility. Phylogenetic and species delimitation analyses, based on nuclear ribosomal and mitochondrial DNA, supported the presence of A. besseyi sensu stricto, A. oryzae, and A. pseudobesseyi within the A. besseyi species complex, with the populations in this study clustering within the A. pseudobesseyi clade. Furthermore, these populations infected soybean, cotton, common beans, and jambu, but they did not infect strawberry and rice. In the interaction of this nematode with soybean, A. pseudobesseyi migrates on the external parts of the plant, targeting shoots, leaves, flowers, and pods, causing alterations as hypertrophy, hyperplasia and cell collapse. However, the nematode is incapable of infecting the seeds. The results of this research point out that A. pseudobesseyi is the etiological agent of angular spot in jambu. All populations of the A. besseyi species complex studied, originating from different hosts, are A. pseudobesseyi. The evidence presented corroborates the recognition of A. oryzae, A. besseyi and A. pseudobesseyi as valid species. The mtCOI gene is the most suitable molecular marker for the phylogenetic study of populations of this species complex. In soybean crops, A. pseudobesseyi parasitism occurs mainly in the regions of sprouts, in leaves and flower buds, with the nematode migrating externally to the plant tissue until reaching such locations. On the leaf blade, the nematode penetrates the tissues, feeding on mesophyll cells. In other organs, parasitism occurs externally to the tissues. However, A. pseudobesseyi is not capable of infecting soybean seeds, and its spread through these is unlikely. Keywords: Foliar nematode. Phylogeny. Etiology. Histopathology

Aphelenchoides besseyi é considerado um dos fitonematoides mais ameaçadores para a agricultura mundial. Apesar disso, escassas são as informações sobre diversidade genética, gama de hospedeiros e aspectos relacionados à interação deste com suas plantas hospedeiras. Recentemente foi proposta a reclassificação de A. besseyi em um complexo de espécies composto por: A. besseyi sensu stricto, A. oryzae e A. pseudobesseyi. Dessa forma, os objetivos deste trabalho foram: i) identificar a espécie de Aphelenchoides que causa a mancha angular em jambu (Acmella oleracea); ii) caracterizar biologicamente e molecularmente populações de A. besseyi sensu lato oriundas de diferentes hospedeiros, comparando-as com outras populações do complexo A. besseyi já descritas; iii) avaliar aspectos da interação desse fitonematoide com a soja por meio de análises histopatológicas. Caracterizações morfológica, morfométrica e filogenética foram realizadas e A. pseudobesseyi foi identificado como o agente etiológico da mancha angular em jambu. A partir da caracterização biológica de populações de A. besseyi s.l. oriundas de arroz, jambu e soja, determinou-se que estas se reproduzem por anfimixia e apresentam compatibilidade sexual. Já as análises filogenéticas e de delimitação de espécies, baseadas em regiões do DNA ribossomal nuclear e mitocondrial, suportaram a separação das populações do complexo A. besseyi em A. besseyi sensu stricto, A. oryzae e A. pseudobesseyi, sendo que as populações estudadas se agruparam no clado de A. pseudobesseyi. Essas populações infectaram soja, algodão, feijão e jambu, mas não o morangueiro e o arroz. Na interação desse nematoide com a soja, verificou-se que A. pseudobesseyi migrou externamente aos tecidos da planta até as brotações, folhas, flores e vagens, onde se estabeleceu e causou sintomas como hipertrofia, hiperplasia e colapso de células. No entanto, o nematoide não foi capaz de infectar as sementes. Conclui-se que A. pseudobesseyi é o agente etiológico da Mancha angular em jambu. Todas as populações do complexo A. besseyi estudadas, oriundas de diferentes hospedeiros, são A. pseudobesseyi. As evidências apresentadas corroboram para o reconhecimento de A. oryzae, A. besseyi e A. pseudobesseyi como espécies válidas. O gene mtCOI é o marcador molecular mais adequado para o estudo filogenético de populações desse complexo de espécies. Na cultura da soja, o parasitismo de A. pseudobesseyi ocorre principalmente nas regiões de brotações, em folhas e botões florais, sendo que o nematoide migra externamente ao tecido vegetal até chegar em tais locais. No limbo foliar, o nematoide penetra nos tecidos, se alimentando de células do mesofilo. Já nos outros órgãos, o seu parasitismo ocorre externamente aos tecidos. No entanto, A. pseudobesseyi não é capaz de infectar as sementes de soja, sendo improvável a sua dispersão por meio dessas. Palavras-chave: Nematoide foliar. Filogenia. Etiologia. Histopatologia.