Evaluación de compuestos organosulfurados derivados de cebolla y microorganismos de control biológico en olivo (Olea europaea): Investigación de la capacidad antimicrobiana y bioestimulante

Abstract

Esta tesis doctoral aborda la caracterización y evaluación de compuestos organosulfurados (OSCs) derivados de cebolla (Allium cepa) y cepas bacterianas como Bacillus sp. GG-22 y Pseudomonas sp. PV8, con el objetivo de controlar fitopatógenos y bioestimular cultivos de olivo (Olea europaea). El trabajo explora tanto la capacidad antimicrobiana como su aplicación práctica en ensayos in vitro, in planta y bajo condiciones reales de campo, proporcionando alternativas sostenibles para el manejo integrado de plagas y enfermedades en el olivo. Los análisis mediante GC/MS y HPLC confirmaron la alta concentración de OSCs, especialmente propil propano tiosulfinato (PTS) y propil propano tiosulfonato (PTSO) en el extracto de cebolla, que demostraron una destacada actividad antimicrobiana frente a patógenos claves como Xylella fastidiosa y Verticillium dahliae. Los OSCs no solo inhibieron el crecimiento de estos patógenos en estudios in vitro, sino que mostraron una reducción significativa de los síntomas de verticilosis en plantones infectados con V. dahliae. Asimismo, en condiciones controladas, se observó un efecto positivo sobre la fisiología de los plantones de la variedad Picual, estimulando el crecimiento radicular y mejorando la resistencia al estrés oxidativo en plantas no estresadas. Este doble rol, como agentes protectores y bioestimulantes, reforzaría su potencial en el manejo integrado de cultivos. En los ensayos de campo realizados en dos fincas comerciales en las provincias de Jaén y Córdoba, los tratamientos con OSCs redujeron la severidad de la verticilosis, disminuyendo el número de copias del hongo (evaluado por qPCR) y aumentando el contenido graso en los frutos de olivos infectados. Además, la aplicación repetida de estos OSCs en dosis bajas incrementó su eficacia, debido a su rápida degradación en el suelo y baja persistencia, sugiriendo que la frecuencia de aplicación es un factor crítico para su aplicación práctica. A nivel de seguridad ambiental, los estudios confirmaron la ausencia de toxicidad por contacto y oral en polinizadores como las abejas melíferas (Apis mellifera), lo que refuerza su viabilidad en sistemas agrícolas sostenibles. Por otro lado, el análisis genómico y los ensayos con Bacillus altitudinis GG-22 confirmaron su capacidad para actuar como agente de biocontrol, inhibiendo el desarrollo de hongos fitopatógenos mediante la producción de lipopéptidos antifúngicos y activando respuestas de defensa sistémica en las plantas. Asimismo, los estudios del transcriptoma demostraron que GG-22 mejora la absorción de nutrientes como el hierro y la solubilización de fosfatos, lo que subraya su valor en suelos empobrecidos. En conclusión, esta investigación demuestra el gran potencial de los OSCs y los microorganismos de biocontrol en el manejo de enfermedades y la bioestimulación del olivo, tanto en condiciones controladas como en escenarios de campo. Los resultados avalan su uso como una alternativa eficaz y sostenible, ofreciendo un enfoque prometedor para reducir el uso de productos químicos convencionales. No obstante, es necesario continuar con investigaciones adicionales que permitan optimizar su aplicación en diferentes contextos agronómicos, con el objetivo de maximizar su efectividad y asegurar su adopción a gran escala.

This doctoral thesis focuses on the characterization and evaluation of organosulfur compounds (OSCs) derived from onion (Allium cepa) and bacterial strains such as Bacillus sp. GG-22 and Pseudomonas sp. PV8, with the aim of controlling phytopathogens and bio-stimulating olive trees (Olea europaea). The study explores both the antimicrobial activity and practical application of these agents through in vitro, in planta, and field trials under real conditions, providing sustainable alternatives for integrated pest and disease management in olive tree cultivation. Analyses conducted via GC/MS and HPLC confirmed the high concentration of OSCs, particularly propyl propane thiosulfinate (PTS) and propyl propane thiosulfonate (PTSO), in onion extracts, which exhibited significant antimicrobial activity against key pathogens such as Xylella fastidiosa and Verticillium dahliae. The OSCs not only inhibited the growth of these pathogens in vitro but also significantly reduced verticillium wilt symptoms in olive tree seedlings infected with V. dahliae. Furthermore, under controlled conditions, a positive effect on the physiology of Picual olive tree seedlings was observed, stimulating root growth and enhancing oxidative stress resistance in unstressed plants. This dual role, as protective and bio-stimulant agents, reinforces their potential in integrated crop management. Field trials conducted at two commercial farms in the provinces of Jaén and Córdoba (Andalucía, Spain) showed that OSC treatments reduced the severity of verticillium wilt, decreased fungal load (as evaluated by qPCR), and increased the oil content in the fruit of infected olive trees. Additionally, repeated applications of OSCs at low doses increased their efficacy, owing to their rapid degradation in the soil and low persistence, suggesting that application frequency is a critical factor for practical use. In terms of environmental safety, studies confirmed the absence of contact and oral toxicity in pollinators such as honey bees (Apis mellifera), reinforcing the feasibility of their use in sustainable agricultural systems. Moreover, genomic analyses and experiments with Bacillus altitudinis GG-22 confirmed its capacity as a biocontrol agent, inhibiting the development of fungal phytopathogens through the production of antifungal lipopeptides and activating systemic defence responses in olive trees. Transcriptomic studies also demonstrated that GG-22 strain enhances nutrient absorption, such as iron, and solubilizes phosphates, underscoring its value in nutrient-deprived soils. In conclusion, this research highlights the substantial potential of OSCs and biocontrol microorganisms for managing diseases and bio-stimulating olive trees, both in controlled environments and under field conditions. The results validate their use as an effective and sustainable alternative, offering a promising approach to reducing the reliance on conventional chemical products. However, further research is needed to optimize their application under various agronomic contexts, with the aim of maximizing their efficacy and ensuring widespread adoption.