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F. Brescia, A. Vlassi, A. Bejarano, B. Seidl, M. Marchetti-Deschmann, R. Schuhmacher, G. Puopolo:
"Characterisation of the Antibiotic Profile of Lysobacter capsici AZ78, an Effective Biological Control Agent of Plant Pathogenic Microorganisms";
Microorganisms, 9 (2021), 1320; 1 - 17.

Determining the mode of action of microbial biocontrol agents plays a key role in their
development and registration as commercial biopesticides. The biocontrol rhizobacterium
Lysobacter capsici AZ78 (AZ78) is able to inhibit a vast array of plant pathogenic oomycetes and
Gram‐positive bacteria due to the release of antimicrobial secondary metabolites. A combination of
MALDI‐qTOF‐MSI and UHPLC‐HRMS/M was applied to finely dissect the AZ78 metabolome and
identify the main secondary metabolites involved in the inhibition of plant pathogenic
microorganisms. Under nutritionally limited conditions, MALDI‐qTOF‐MSI revealed that AZ78 is
able to release a relevant number of antimicrobial secondary metabolites belonging to the families
of 2,5‐diketopiperazines, cyclic lipodepsipeptides, macrolactones and macrolides. In vitro tests
confirmed the presence of secondary metabolites toxic against Pythium ultimum and Rhodococcus
fascians in AZ78 cell‐free extracts. Subsequently, UHPLC‐HRMS/MS was used to confirm the results
achieved with MALDI‐qTOF‐MSI and investigate for further putative antimicrobial secondary
metabolites known to be produced by Lysobacter spp. This technique confirmed the presence of
several 2,5‐diketopiperazines in AZ78 cell‐free extracts and provided the first evidence of the
production of the cyclic depsipeptide WAP‐8294A2 in a member of L. capsici species. Moreover,
UHPLC‐HRMS/MS confirmed the presence of dihydromaltophilin/Heat Stable Antifungal Factor
(HSAF) in AZ78 cell‐free extracts. Due to the production of HSAF by AZ78, cell‐free supernatants
were effective in controlling Plasmopara viticola on grapevine leaf disks after exposure to high
temperatures. Overall, our work determined the main secondary metabolites involved in the
biocontrol activity of AZ78 against plant pathogenic oomycetes and Gram‐positive bacteria. These
results might be useful for the future development of this bacterial strain as the active ingredient of
a microbial biopesticide that might contribute to a reduction in the chemical input in agriculture

Die Bestimmung der Wirkungsweise mikrobieller Biokontrollmittel spielt eine Schlüsselrolle bei ihrer Entwicklung und Registrierung als kommerzielle Biopestizide. Das biocontrol Rhizobacterium Lysobacter capsici AZ78 (AZ78) ist in der Lage, eine Vielzahl von pflanzenpathogenen Oomyceten und grampositiven Bakterien durch die Freisetzung antimikrobieller Sekundärmetaboliten zu hemmen. Eine Kombination aus MALDI-qTOF-MSI und UHPLC-HRMS/M wurde angewendet, um das AZ78-Metabolom fein zu sezieren und die wichtigsten Sekundärmetaboliten zu identifizieren, die an der Hemmung pflanzenpathogener Mikroorganismen beteiligt sind. Unter ernährungsphysiologisch begrenzten Bedingungen zeigte MALDI-qTOF-MSI, dass AZ78 in der Lage ist, eine relevante Anzahl von antimikrobiellen Sekundärmetaboliten freizusetzen, die zu den Familien der 2,5-Ditopiperazine, cyclischen Lipodepsipeptide, Makrolactone und Makrolide gehören. In-vitro-Tests bestätigten das Vorhandensein von sekundären Metaboliten, die gegen Pythium ultimum und Rhodococcus fascians in ZELLFREIEN AZ78-Extrakten toxisch sind. Anschließend wurde UHPLC-HRMS/MS verwendet, um die mit MALDI-qTOF-MSI erzielten Ergebnisse zu bestätigen und auf weitere mutmaßliche antimikrobielle Sekundärmetaboliten zu untersuchen, von denen bekannt ist, dass sie von Lysobacter spp produziert werden. Diese Technik bestätigte das Vorhandensein mehrerer 2,5-Ditopiperazine in ZELLFREIEN AZ78-Extrakten und lieferte den ersten Nachweis für die Produktion des zyklischen Depsipeptids WAP-8294A2 in einem Mitglied der L. capsici-Spezies. Darüber hinaus bestätigte UHPLC-HRMS/MS das Vorhandensein von Dihydromaltophilin/Heat Stable Antifungal Factor (HSAF) in ZELLFREIEN AZ78-Extrakten. Aufgrund der Produktion von HSAF durch AZ78 waren zellfreie Überstände wirksam bei der Bekämpfung von Plasmopara viticola auf Weinrebenblattscheiben nach einwirkung hoher Temperaturen. Insgesamt bestimmten unsere Arbeiten die wichtigsten Sekundärmetaboliten, die an der Biokontrollaktivität von AZ78 gegen pflanzenpathogene Oomyceten und Gram-positive Bakterien beteiligt sind. Diese Ergebnisse könnten für die zukünftige Entwicklung dieses Bakterienstamms als Wirkstoff eines mikrobiellen Biopestizids nützlich sein, das zu einer Verringerung des chemischen Einsatzes in der Landwirtschaft beitragen könnte.

Lysobacter capsici; WAP‐8294A2; dihydromaltophilin (HSAF); 2,5‐diketopiperazines; MALDI‐qTOF‐MSI; UHPLC‐HRMS/MS; biological control; biopesticides

http://dx.doi.org/10.3390/microorganisms9061320

https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_301201.pdf