Entomopatogene glive rodu Metarhizium

Jaka Razinger in Eva Kovačec, januar 2024

Uvod

Mnoge glive iz rodu Metarhizium (družine Clavicipitaceae, rodu Hypocreales) so kozmopolitsko prisotne talne glive, znane po svoji vlogi kot patogeni žuželk in po interakcijah z rastlinami. V rod Metarhizium danes uvrščamo 91 različnih vrst, med katerimi so najbolj poznane M. anisopliae, M. acridum, M. robertsii in M. brunneum. Izkazujejo raznolike vrstno-specifične gostiteljske povezave in so znane po svoji prilagodljivosti različnim okoljskim pogojem. Ker so zmožne okužbe in ubijanja različnih žuželk (vključno s hrošči, muhami, kobilicami, itd., tako odraslih stadijev, kot tudi ličink), so pomembne v kmetijstvu kot entomopatogene glive za (mikrobno) biotično varstvo rastlin.

Biološke lastnosti in življenjski cikel

Vrste rodu Metarhizium izkazujejo edinstven življenjski cikel, ki vključuje tla, rastline in žuželke. Večinoma jih najdemo v tleh, kjer lahko kolonizirajo rizosfero rastlin. Gliva se lahko razmnožuje tako spolno, kot tudi nespolno. Običajno se nahaja v eni izmed dveh življenjskih oblik, kot micelij sestavljen iz hif v času infektivne faze, ali v obliki razmnoževalnih struktur (spor) oz. konidijev, ki čakajo na ugodne razmere za kalitev. Konidiji se ob stiku z dovzetno gostiteljsko žuželko pričvrstijo na kutikulo, vzklijejo in prodrejo skozi eksoskelet. Ko je gliva enkrat znotraj žuželčjega telesa (hemocel), tam raste, razgradi/prebavi tkivo gostitelja in ga ubije. Gliva nato proizvede razmnoževalne strukture oz. spore, ki se sprostijo nazaj v okolje. S tem zaključi svoj življenjski cikel.

Biologija gliv rodu Metarhizium je kompleksna in vključuje interakcije tako z rastlinami kot z žuželkami. Genomske študije so razkrile prilagoditve gliv za parazitizem žuželk, kot so npr. proizvodnja toksinov in zunajceličnih encimov. Le-ti omogočajo glivi, da predre kutikulo in/ali prebavi tkivo gostitelja, zaradi česar so te prilagoditve ključne za sposobnost glive, da okuži in ubije gostitelja. Obenem pa te lastnosti še bolj utrdijo simbiotsko povezavo med rastlino in glivo, saj slednja z razgradnjo žuželčjega tkiva zagotovi dodatne količine dušika v zameno za rastlinske metabolite z ogljikom.

Uporaba v kmetijstvu in mikrobnem biotičnem varstvu

V kmetijstvu glive rodu Metarhizium služijo kot učinkoviti biotični agensi proti različnim škodljivcem. Komercialno se uporabljajo za zatiranje žuželk na poljščinah, največkrat formuliranih kot granulat spor oz. konidijev, ki se naknadno zmešajo z vodo in aplicirajo na želeno področje na polju. Primer takega sredstva je BIO 1020, mikoinsekticid, ki ga je razvil Bayer (Nemčija) in vsebuje M. anisopliae kot aktivno sestavino za ciljanje škodljivcev iz skupine hroščev (Coleoptera). Drug primer je Green Guard®; mikoakaricid, ki ga je razvil Becker Underwood Inc. (ZDA) in vsebuje M. acridum kot aktivno sestavino za ciljanje škodljivcev iz družine kobilic (Orthoptera). Tretji primer je talni granularni bioinsekticid ATTRACAP, kjer mikrokapsule poleg entomopatogene glive M. brunneum vsebujejo škrob in kvasovke. Od dodatku vode, oz. nanosu mikrokapsul v vlažna tla, kvasovke oživijo ter začno presnavljati škrob. Tako se tvori ogljikov dioksid, ki privablja talne škodljivce, npr. strune.

Trenutno v Sloveniji ni registriranega fitofarmacevtskega sredstva (FFS) osnovanega na entomopatogenih glivah iz rodu Metarhizium (januar 2024).

Predstavniki rodu Metarhizium in njihovi gostitelji

Na tem mestu velja omeniti, da obstajajo razlike med posameznimi sevi enake vrste. Le-te se izkazujejo v stopnji virulence in v specifičnosti gostitelja. Najbolj poznane vrste rodu Metarhizium so:

• anisopliae: Je najbolj raziskana ter najpogosteje uporabljena vrsta v biotičnem varstvu. Ima zelo širok nabor gostiteljev, kar pomeni, da lahko okužuje mnoge vrste žuželk, vključno s hrošči, muhami in kobilicami.
• acridum: Je prav tako pogosto uporabljena vrsta v biotičnem varstvu, še posebej učinkovita za zatiranje kobilic.
• robertsii: Nekateri sevi parazitirajo na škodljivcih, ki živijo v tleh, npr. ličinke (ogrci) nekaterih hroščev.
• brunneum: Se uporablja v biotičnem varstvu za zatiranje gozdnih škodljivcev ter škodljivcev, ki živijo v tleh.

Potencialne druge uporabe in interakcija z rastlinami

Nekatere vrste Metarhizium lahko kolonizirajo korenine rastlin kot endofiti, kar rastlinam potencialno zagotavlja večjo odpornost proti škodljivcem in okoljskim stresom. To simbiotsko razmerje je področje tekočih raziskav, ki obljubljajo nadaljnje kmetijske aplikacije. Na primer, kolonizacija M. robertsii je na koruzi pokazala povečano rast in biomaso rastlin ter spremenjen izraz genov rastlinske obrambe, kar je posledično vodilo k zatiranju rasti škodljivih žuželk. Nanos konidijev na semena koruze je znižal stopnjo poškodb zaradi strun ob vzniku koruze, ter pri eni sorti povečal donos ob žetvi. Rastline fižola in prosa so ob dodatku glive M. robertsii rasle hitreje, imele gostejše in daljše koreninske laske.

Nekatere seve/vrste rodu Metarhizium se uporablja tudi kot biotično sredstvo v živinoreji za zatiranje komarjev in klopov.

Tako so glive iz rodu Metarhizium pomembne ne samo v okviru biotičnega varstva, ampak igrajo pomembno vlogo tudi pri zdravju oz. odpornosti rastlin. Njihov življenjski cikel, interakcija z rastlinami in žuželkami ter genetske prilagoditve jih naredijo tudi kot zelo zanimiv predmet raziskav za trajnostne rešitve biotičnega zatiranja škodljivcev v okviru integriranega varstva rastlin. Z uporabo izdelkov, ki vsebujejo glive rodu Metarhizium lahko uspešno zatiramo nekatere vrste/skupine žuželk in hkrati zmanjšamo škodljiv vpliv na okolje.

Viri

Leger R., Wang C., Fang W. (2011). New perspectives on insect pathogens. Fungal Biology Reviews.

Onofre S. B., Miniuk C. M., Barros N. M., & Azevedo J. (2001). Growth and sporulation of Metarhizium flavoviride var. Flavoviride on culture media and lighting regimes. Scientia Agricola.

Ahmad I., Jiménez-Gasco M. M., Luthe D., Shakeel S., Barbercheck M. (2020). Endophytic Metarhizium robertsii promotes maize growth, suppresses insect growth, and alters plant defense gene expression. Biological Control.

Reinbacher L., Praprotnik E., Razinger J., Bacher S., Grabenweger G. (2022). Influence of wireworm diet on its susceptibility to and control with the entomopathogenic fungus Metarhizium brunneum (Hypocreales: Clavicipitaceae) in laboratory and field settings. Journal of economic entomology.

Razinger J., Praprotnik E., Schroers H.-J. (2020). Bioaugmentation of entomopathogenic fungi for sustainable Agriotes larvae (wireworms) management in maize. Frontiers in plant science.

Sasan R. K., Bidochka M. J. (2012). The insect-pathogenic fungus Metarhizium robertsii (Clavicipitaceae) is also an endophyte that stimulates plant root development. Mycology.