Use of 1,4-naphthoquinones for control of Erwinia carotovora

Luis F.C Medina, Valter Stefani, and Adriano Brandelli

Abstract: The antimicrobial effect of 5 naphthoquinones was tested against the phytopathogenic bacteria Erwinia carotovora. Disk diffusion tests and determination of minimal inhibitory concentrations (MIC) indicate that the compound naphthazarin (NTZ) has the best antibacterial activity among the naphthoquinones tested. Studies on the mode of action indicate the effect of NTZ was bactericidal at 10 µg/mL. When cultivation was done in the presence of sodium ascorbate, the restoration of E. carotovora growth was observed with 3 µg/mL NTZ, but not when a 10 µg/mL dose was used. The incubation of NTZ with bacterial suspension of E. carotovora resulted in important changes in the absorption spectra of this naphthoquinone, indicating that a redox reaction takes place. These results may suggest that NTZ induces an increase of reactive oxygen species that are toxic to the cell. The compound NTZ was also effective in preventing E. carotovora growth on potato tubers, inhibiting the soft rot development at a concentration of 2 mg/mL.

Key words: antimicrobial, naphthazarin, phytopathogen, potato, 5,8-dihydroxy-1,4-naphthoquinone.

Résumé : L'effet antimicrobien de cinq naphthoquinones a été analysé vis-à-vis la bactérie phytopathogène Erwinia carotovora. La méthode des disques et la détermination des concentrations inhibitrices minimales (CIM) ont indiqué que le composé naphtazarine (NTZ) présentait la meilleure activité antibactérienne parmi les naphthoquinones analysées. Des études sur le mode d'action ont indiqué que la NTZ était bactéricide à 10 µg/mL. Lorsque la culture était effectuée en présence d'ascorbate de sodium, on a observé le rétablissement de la croissance de E. carotovora à une dose de 3 µg/mL de NTZ, mais non à une dose de 10 µg/mL. L'incubation de la NTZ dans une suspension bactérienne de E. carotovora a provoqué d'importants changements dans le spectre d'absorption de cette naphtoquinone, indiquant qu'une réaction rédox était en cours. Ces résultats pourraient suggérer que la NTZ provoque une augmentation des réactifs oxygénés qui sont toxiques pour la cellule. Le composé NTZ était également efficace pour empêcher la croissance de E. carotovora sur des pommes de terre, en inhibant le développement de la pourriture molle à une concentration de 2 mg/mL.

Mots clés : antimicrobien, naphtazarine, phytopathogène, pommes de terre, 5,8-dihydroxy-1,4-naphthoquinone.

[Traduit par la Rédaction]