The entomopathogenic fungus Metarhizium anisopliae has been used efficiently for decades in the sugarcane crops for biological pest control. Some Metarhizium species can colonize a wide variety of plant species endophytically, providing protection against arthropod pests, accelerating plant development, and acting as antagonists of phytopathogens. This project's general objective was to evaluate the potential of Metarhizium species as inoculants, aiming to promote sugarcane growth and, consequently, increase crop production yields and control important insect and nematodes pests. We conducted in vivo and in vitro bioassays using native Brazilian isolates of Metarhizium robertsii, M. humberi, and M. anisopliae to better understand the possible mechanisms related to plant growth promotion traits and colonization of the root system in the model pot-grown tomato (Solanum lycopersicum L.) miniature cultivar 'Micro-Tom'. The production of compounds that could be involved in stimulating plant growth promotion was assessed in vitro by measuring the production of the hormone auxin (3-indole-acetic acid), phosphatase, phytase, siderophores, and chitinases. The effects of sugarcane inoculation using two types of propagules, two fungal concentrations, and the combined inoculation of two fungal species in promoting plant growth were evaluated at the greenhouse. Effects on populations of the nematode Meloidogyne javanica and Pratylenchus zeae were assessed in vivo and in vitro. We also evaluated the development and food preference of the insect Diatraea saccharalis under laboratory conditions. Finally, field studies were carried out in five commercial sugarcane areas in Iracemápolis-SP, Batatais-SP, and Sertãozinho-SP. Sugarcane plants were inoculated, and their development and pest incidence were evaluated until harvest. In vivo trials revealed that M. robertsii (ESALQ 1635) or M. humberi (ESALQ 1638) inoculated in tomato seedlings improved vegetative and reproductive traits. Inoculation with M. robertsii yielded taller plants, longer roots, and more shoot and root dry mass than M. humberi. Plants inoculated with either M. robertsii or M. humberi increased auxin-induced GUS expression in the roots for up to 30 days after inoculation, confirming that Metarhizium induces auxin-regulated gene expression. The three Metarhizium species grown with or without exogenous tryptophan could produce indole-3-acetic acid (IAA) at different titers. All Metarhizium isolates secreted phosphatases, phytases, siderophores, and chitinases. Of particular importance, the M. robertsii and M. humberi isolates exhibited similar in vitro biochemical profiles, whereas M. anisopliae and Trichoderma harzianum isolates demonstrated distinct traits from the others. Both types of propagules, conidia, and blastospores, M. robertsii and M. humberi, colonized sugarcane tissues; however, higher colonization was observed for conidia. The inoculation of sugarcane with 10⁸ conidia/mL (corresponding to an application of 10¹² con/ha) conidia suspensions of M. robertsii and M. humberi was more efficient to increased plant growth compared to 10⁷ conidia/mL and the uninoculated control. The inoculation M. robertsii and M. humberi contributed to reducing M. javanica (up to 45%), P. zeae (up to 33%), compared to the control. Mortality of D. saccharalis larvae on plants colonized of M. robertsii and M. humberi was as high as 91.7% after 30 days of inoculation. In host-choice assays, D. saccharalis larvae preferred the uninoculated control than the fungi inoculated plants. In the field studies, notably, both fungal isolates significantly enlarged stalk length (in 4 out of 5 locations) and markedly boosted stalk volume (m³) in comparison to control plots. As a result, greater sugarcane yield (tons/ha) was achieved with Metarhizium inoculation, mainly at locations A, D, and E, and the farmers' profit was raised by up to 22.9%. Overall, Metarhizium inoculation significantly reduced key insect pests in most tested plots. Altogether, these findings prove the multiple benefits promoted by M. robertsii and M. humberi when employed as bio-inoculants of sugarcane crop by boosting yields as well as alleviating attacks of root and stalk insect pests. The promising results obtained here culminated in the request for commercial registration of a product based on the M. robertsii and M. humberi isolates and bring a unique perspective on the use of entomopathogenic endophytic fungus as biostimulants and biopesticide.

O fungo entomopatogênico Metarhizium anisopliae tem sido usado com eficiência há décadas na cultura da cana-de-açúcar para o controle biológico de pragas. Algumas espécies de Metarhizium podem colonizar uma grande variedade de espécies de plantas endofiticamente, fornecendo proteção contra pragas de artrópodes, acelerando o desenvolvimento das plantas e agindo como antagonistas de fitopatógenos. O objetivo geral deste projeto foi avaliar o potencial de espécies de Metarhizium como inoculantes, visando promover o crescimento da cana-de-açúcar e, conseqüentemente, aumentar a produtividade das culturas e controlar importantes pragas de insetos e nematóides. Utilizando plantas de tomateiro (Solanum lycopersicum L.) da variedade "Micro-Tom" como modelo, conduzimos bioensaios in vivo e in vitro usando isolados brasileiros nativos de Metarhizium robertsii, M. humberi e M. anisopliae para compreender melhor os possíveis mecanismos relacionados a características de promoção de crescimento de plantas e colonização do sistema radicular. A produção de compostos que poderiam estar envolvidos na estimulação da promoção do crescimento vegetal foi avaliada in vitro pela medição da produção do hormônio auxina (ácido 3-indol-acético), fosfatase, fitase, sideróforos e quitinases. Os efeitos da inoculação da cana-de-açúcar com dois tipos de propágulos, duas concentrações de fungos e a inoculação combinada de duas espécies de fungos na promoção do crescimento das plantas foram avaliados em casa de vegetação. Os efeitos sobre as populações dos nematóides Meloidogyne javanica e Pratylenchus zeae foram avaliados in vivo e in vitro. Também avaliamos o desenvolvimento e a preferência alimentar do inseto Diatraea saccharalis em condições de laboratório. Por fim, foram realizados estudos de campo em cinco áreas comerciais de cana-de-açúcar em Iracemápolis-SP, Batatais-SP e Sertãozinho-SP. Plantas de cana-de-açúcar foram inoculadas e seu desenvolvimento e incidência de pragas foram avaliados até a colheita. Ensaios in vivo revelaram que M. robertsii (ESALQ 1635) ou M. humberi (ESALQ 1638) inoculados em mudas de tomate melhoraram as características vegetativas e reprodutivas. A inoculação com M. robertsii produziu plantas mais altas, raízes mais longas e mais massa seca de parte aérea e raiz do que M. humberi. plantas inoculadas com M. robertsii ou M. humberi aumentaram a expressão de GUS induzida por auxina nas raízes por até 30 dias após a inoculação, confirmando que Metarhizium induz a expressão gênica regulada por auxina. As três espécies de Metarhizium cultivadas com ou sem triptofano exógeno produziram ácido indol-3- acético (IAA) em diferentes quantidades. Todos os isolados de Metarhizium secretaram fosfatases, fitases, sideróforos e quitinases. De particular importância, os isolados de M. robertsii e M. humberi exibiram perfis bioquímicos in vitro semelhantes, enquanto os isolados de M. anisopliae e Trichoderma harzianum demonstraram características distintas dos demais. Ambos os tipos de propágulos, conídios e blastosporos, de M. robertsii e M. humberi, colonizaram os tecidos de cana-de-açúcar; entretanto, maior colonização foi observada para conídios. A inoculação da cana-de-açúcar com suspensões 10⁸ conídios/mL (correspondendo a uma aplicação de 10¹² con/ha) de M. robertsii e M. humberi foi mais eficiente para aumentar o crescimento das plantas em comparação com 10⁷ conídios/mL e o controle não inoculado. As inoculações de M. robertsii e M. humberi contribuíram para a redução de M. javanica (até 45%), P. zeae (até 33%), em relação ao controle. A mortalidade de larvas de D. saccharalis em plantas colonizadas por M. robertsii e M. humberi foi de até 91,7% após 30 dias da inoculação. Em ensaios de escolha hospedeira, as larvas de D. saccharalis preferiram o controle não inoculado do que as plantas inoculadas com fungos. Nos estudos de campo, notavelmente, ambos os isolados de fungos aumentaram significativamente o comprimento do caule (em 4 de 5 locais) e aumentaram significativamente o volume do caule (m³) em comparação com as parcelas do controle. Como resultado, o maior rendimento da cana-de-açúcar (toneladas/ha) foi alcançado com a inoculação de Metarhizium, principalmente nos locais A, D e E, e o lucro dos agricultores aumentou em até 22,9%. No geral, a inoculação de Metarhizium, reduziu significativamente as principais pragas de insetos na maioria das parcelas testadas. Juntos, esses achados comprovam os múltiplos benefícios promovidos por M. robertsii e M. humberi quando empregados como bioinoculantes da cultura da cana-de-açúcar, aumentando a produtividade, bem como aliviando ataques de insetos-praga de raízes e caules. Os resultados promissores aqui obtidos culminaram com a solicitação de registro comercial de um produto baseado nos isolados de M. robertsii e M. humberi e trazem uma perspectiva única sobre a utilização de fungos endofíticos entomopatogênicos como bioestimulantes e biopesticidas.