DUAL-FUNCTIONALITY OF ENTOMOPATHOGENIC NEMATODE-SYMBIOTIC BACTERIA, PHOTORHABDUS LAUMONDII: ROOT COLONIZATION CAPACITY AND DIRECT FOLIAR CONTROL OF TWO MAJOR GRAPEVINE THREATS, LOBESIA BOTRANA AND BOTRYTIS CINEREA

Entomopathogenic nematode (EPN)–symbiotic bacteria such as Photorhabdus laumondii subsp. laumondii have traditionally been studied within the insect–nematode–bacteria tripartite system. However, recent evidence suggests these bacteria can also survive outside their nematode hosts, interact with plant root environments, and potentially act as direct biocontrol agents when applied to aerial plant tissues. Despite this promising multifunctionality, two major knowledge gaps remain: (i) whether P. laumondii subsp. laumondii can be applied directly to grapevine foliage to control Lobesia botrana and/or Botrytis cinerea, two major biotic threats in viticultural agroecosystems, and (ii) whether EPN symbionts can adopt a functional free-living rhizosphere stage. The EPN-symbiotic bacteria were hypothesized to survive on aerial plant tissues long enough to exert biocontrol activity against L. botrana and/or B. cinerea when applied with suitable adjuvants and also have the capability to express free-living stage in the rhizosphere exhibiting root affinity. The main objective was to evaluate the multi-functionality and biocontrol potential of P. laumondii subsp. laumondii. Specific objectives were to (i) determine its survival on grapevine leaves following foliar application, and (ii) quantify its efficacy against L. botrana and B. cinerea on grapevine fruits and/or leaves, and (iii) evaluate its capacity to associate with plant roots. P. laumondii subsp. laumondii derived products (unfiltered ferment, cell-free supernatant, and bacterial pellet, alone or combined with the adjuvants Maximix and Silwet) were sprayed onto surface-sterilized grapevine plant parts to assess survival capacity (leaves), antifungal activity against B. cinerea (berries), and insecticidal activity against L. botrana (leaves and berries), including under combined insect pest–pathogen challenge (berries). Root association was assessed separately in a gnotobiotic cucumber system comparing phase I, root-conditioned phase I, and phase II bacterial forms against a positive control (Pseudomonas protegens) and negative control (0.9% saline). Bacterial recovery from grapevine leaves increased markedly within 24 h of application, reaching several hundred CFU across all bacteria-containing treatments. P. laumondii subsp. laumondii products significantly reduced B. cinerea disease severity relative to water , most consistently in the phosphate-buffered saline (PBS) + pellet treatment from 4, 10 to 14 days after inoculation (p = 0.005, 0.002, and 0.016, respectively), moreover P. laumondii subsp. laumondii treatments significantly increased L. botrana larval mortality on both grape berries (p < 0.001) and grapevine leaves (p = 0.008), with PBS + Pellet consistently producing the highest mortality on berries and leaves. Under the combined B. cinerea + L. botrana challenge, UF significantly reduced larval feeding damage (p = 0.001) and increased larval mortality at both 3 and 6 DAI (p = 0.001 and p = 0.002, respectively) compared with Water, however, fungal damage was least affected. In the root colonization assay, P. laumondii subsp. laumondii was recovered from cucumber roots through 6 days post-inoculation, with association levels for the phase II statistically comparable to those of the positive control P. protegens and significantly different of phase I forms at 6DPI time point, and treatment effects on root biomass also detected. These findings support the habitat plasticity of P. laumondii subsp. laumondii beyond its classical nematode-symbiotic role, demonstrating its capacity to persist on grapevine foliage, suppress both a fungal pathogen and an insect pest individually and in combination depending on biological context, and associate plant roots as a free-living rhizosphere organism. Together, this dual functionality highlights P. laumondii subsp. laumondii as a promising candidate for integrated, multifunctional biological control in viticulture.

I batteri simbionti dei nematodi entomopatogeni (EPN), come Photorhabdus laumondii subsp. laumondii, sono stati tradizionalmente studiati nell'ambito del sistema tripartito insetto–nematode–batterio. Evidenze recenti suggeriscono tuttavia che questi batteri possano sopravvivere anche al di fuori dei nematodi ospiti, interagire con l'ambiente radicale delle piante e agire come agenti di biocontrollo diretto se applicati sui tessuti aerei. Restano due lacune conoscitive principali: (i) se P. laumondii subsp. laumondii possa essere applicato sulla chioma della vite per controllare Lobesia botrana e/o Botrytis cinerea, tra le principali minacce biotiche in viticoltura, e (ii) se i simbionti EPN possano adottare uno stadio funzionale a vita libera nella rizosfera. Si è ipotizzato che il batterio sia in grado di esprimere uno stadio a vita libera nella rizosfera con affinità radicale, e di sopravvivere sui tessuti aerei abbastanza a lungo da esercitare attività di biocontrollo contro L. botrana e/o B. cinerea se applicato con adiuvanti idonei. L'obiettivo principale è stato valutare la multifunzionalità e il potenziale di biocontrollo di P. laumondii subsp. laumondii. Obiettivi specifici: (i) valutarne l'associazione con le radici; (ii) determinarne la sopravvivenza fogliare dopo applicazione; (iii) quantificarne l'efficacia contro L. botrana e B. cinerea su frutti e/o foglie di vite. Prodotti derivati da P. laumondii subsp. laumondii (fermentato non filtrato, surnatante privo di cellule, pellet batterico; soli o con gli adiuvanti Maximix e Silwet) sono stati spruzzati su parti di vite sterilizzate per valutare sopravvivenza (foglie), attività antifungina contro B. cinerea (acini) e attività insetticida contro L. botrana (foglie e acini), anche in sfida combinata insetto–patogeno (acini). L'associazione radicale è stata valutata a parte in un sistema gnotobiotico su cetriolo, confrontando forme batteriche di fase I, fase I condizionata dalle radici e fase II contro un controllo positivo (Pseudomonas protegens) e uno negativo (soluzione salina 0,9%). Il recupero batterico dalle foglie è aumentato marcatamente entro 24 h, raggiungendo diverse centinaia di UFC in tutti i trattamenti batterici. I prodotti hanno ridotto significativamente la gravità della malattia da B. cinerea rispetto all'acqua, più consistentemente nel trattamento PBS + pellet a 7, 10 e 14 giorni dall'inoculazione (p = 0,005; 0,002; 0,016). Hanno inoltre aumentato la mortalità larvale di L. botrana su acini (p < 0,001) e foglie (p = 0,008), con PBS + pellet costantemente più efficace. Nella sfida combinata, il fermentato non filtrato ha ridotto il danno da alimentazione larvale (p = 0,001) e aumentato la mortalità a 3 e 6 giorni (p = 0,001 e p = 0,002), sebbene il danno fungino sia risultato meno influenzato. Nel saggio di colonizzazione radicale, il batterio è stato recuperato dalle radici di cetriolo fino a 6 giorni post-inoculazione, con la forma di fase II statisticamente comparabile al controllo positivo e diversa dalle forme di fase I a 6 DPI; sono stati rilevati anche effetti sulla biomassa radicale. Questi risultati confermano la plasticità di habitat di P. laumondii subsp. laumondii oltre il suo ruolo classico di simbionte, dimostrando persistenza fogliare, soppressione di patogeno e insetto singolarmente e in combinazione, e associazione radicale come organismo a vita libera. Questa doppia funzionalità la conferma come candidato promettente per il biocontrollo integrato in viticoltura.