La protección vegetal en los cultivos. Aportes desde la fitopatología para el manejo de las enfermedades. Biología, epidemiología, manejo y control de hongos y bacterias fitopatógenas asociados a cultivos.

Las enfermedades de los cultivos son uno de los factores de mayor incidencia en el rendimiento de los cultivos, sea por las pérdidas que ocasiona como en el incremento de costos que genera su control. La estrategia de manejo de enfermedades incluye una serie de medidas entre las que se cuenta el control químico. El uso indiscriminado de esta alternativa trae aparejado serios problemáticas biológicas en los organismos involucrados y puede ser factor de riesgo de la salud pública. El conocimiento de los agentes perjudiciales de los cultivos, su forma de causar enfermedad y el manejo y control de los mismos son factores fundamentales para reducir estos riesgos. Los nuevos sistemas de producción, los cambios que se generan en el agroecosistema, la generan de nuevos ingredientes activos fungicidas y la evolución de la genética en las poblaciones perjudiciales y benéficas plantean desafíos para enfrentar y la formulación de criterios y formas de manejo actualizadas. En experimentos conducidos en laboratorio, en cámaras de crecimiento, en lotes de producción y en invernaderos, se procurará desenvolver métodos de diagnóstico, cuantificación y control de los agentes causales de las principales enfermedades de cultivos, contribuyendo a la sustentabilidad de los mismos. También serán generados momentos de transmisión de conocimientos, para poder volcar a los diferentes sectores, productores, técnicos, empresas, estado y sociedad, la información generada, como recibir de ellos sus inquietudes para generar nuevos proyectos de investigación.

Modelos aplicados en Fitopatología

Dentro de las diversas áreas de la Fitopatología, la Epidemiología es la que posee un mayor potencial para el uso de modelos, porque esta ciencia es responsable de la descripción de las enfermedades a nivel de poblaciones y comunidades. Como las poblaciones están formadas generalmente por un número de individuos, es imposible e indeseable descubrir qué ocurre con individuos aislados. Los epidemiólogos precisan de alguna manera representar lo que sucede en las poblaciones de plantas, frente a los patógenos, en diferentes situaciones de ambiente. Haciendo una revisión de literatura, se verificó que hay dos caminos por los cuales los epidemiólogos estudian las enfermedades en poblaciones de plantas a través de modelos matemáticos, y de modelos estadísticos.

Estudios de reinfección natural, vectores y dinámica de virus en ajo semilla

En Argentina, el ajo es una de las hortalizas que se destinan a consumo directo o a industria. Es un cultivo de alta rentabilidad que se destina a satisfacer la demanda nacional o a exportación, dependiendo ello del tipo clonal y de la calidad del producto. Un componente fundamental de la calidad, es la sanidad del material utilizado para la implementación del cultivo. Entre los problemas sanitarios, las virosis se constituyen en uno de los más difíciles de resolver. (...) Como resultados del desarrollo de un sistema de producción masiva de ajos libre de virus, de los que se están suministrando minibulbillos a los productores y los resultados obtenidos con materiales del tipo clonal Rosado Paraguayo en la provincia de Córdoba, el Laboratorio de Fitopatología de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Nacional de Córdoba se propone poner a punto un método de detección temprana de infección en "semilla" de ajo del tipo clonal Colorado y evaluar la incidencia de las virosis en los rendimientos y la reinfección natural en otras zonas de producción del país. (...) Los Objetivos fijados son: * Medir el efecto de las virosis en sucesivas multiplicaciones de ajo. * Evaluar el comportamiento de materiales obtenidos por cultivo de merisistemas. * Determinar la reinfección por virus a campo en ajos libres de virus.

Caracterització de metabòlits produïts per soques de "Pseudomonas fluorescens" efectives en el control biològic de fongs fitopatògens

El principal objectiu d'aquest treball ha estat estudiar la producció de metabòlits amb activitat antibiòtica per soques de l'espècie Pseudomonas fluorescens de la col·lecció EPS, i també avaluar la seva potencialitat com a agents de biocontrol. Es va disposar també de diverses soques de P. fluorescens, cedides per altres investigadors, que van utilitzar-se com a referència perquè algunes són actives en control biològic i produeixen metabòlits secundaris d'interès en el biocontrol de malalties de plantes. La present memòria s'estructura en cinc capítols, que són, introducció al control biològic, descripció de l'etapa de selecció de soques i cerca dels metabòlits produïts, estudi de la producció d'HCN per la soca EPS288, estudi de la producció de l'antibiòtic 2,4-diacetilfloroglucinol (DAPG), i finalment, el darrer capítol, on s'ha estudiat la producció de DAPG sobre material vegetal i la capacitat de colonitzar arrels per diverses soques d'interès. En l'etapa de prospecció, va demostrar-se que un 37% del total de les soques de la col·lecció EPS produïen HCN, totes de l'espècie P. fluorescens, i un 90% d'aquestes provenien de les arrels de plantes. Es va confirmar la producció dels metabòlits secundaris 2,4-diacetilfloroglucinol, àcid fenazina-1-carboxílic, i pirrolnitrina, per diverses soques de la col·lecció EPS seleccionades mitjançant tècniques moleculars. Així, de la col·lecció EPS, les soques EPS317 i EPS808 produeixen DAPG, la EPS263 àcid fenazina-1-carboxílic i pirrolnitrina i, EPS894, EPS895, EPS945 produeixen àcid fenazina-1-carboxílic. La producció d'HCN es va estudiar més exhaustivament en la soca EPS288, seleccionada per la seva activitat antifúngica i candidata a agent de biocontrol contra Stemphylium vesicarium, causant de la estemfiliosi de la perera, i contra Penicillium expansum, causant de la podridura blava en conservació de fruita a postcollita. Per aquest estudi, es va dissenyar i validar un sistema per recollir l'HCN a partir de cultius en medi líquid. S'ha demostrat que la temperatura d'incubació, la concentració cel·lular de sembra i la composició del medi de cultiu afectaven a la producció d'HCN. Els medis complexos i la glicina n'afavorien la síntesi i la font de carboni no afectava. La soca EPS288 va produir més HCN que P. fluorescens CHA0, soca de referència productora d'HCN i descrita com a activa en processos de biocontrol de fongs fitopatògens. En l'estudi de la producció de DAPG, les soques de la col·lecció EPS i de referència, es van comparar en diversos medis de cultiu estudiant l'efecte de la complexitat i consistència del medi, i l'addició de ferro o de glucosa. Va demostrar-se que la producció de DAPG depèn principalment de la soca i de les característiques del medi de cultiu. La glucosa estimula la producció, mentre que el ferro pràcticament no afecta, i en general, el medi sòlid i complex estimula la producció de DAPG. Tanmateix, aquests efectes varien en alguna de les soques assajades donant lloc a comportaments singulars. En el seguiment del creixement amb un sistema automàtic es va comprovar que la velocitat específica de creixement i la concentració cel·lular assolida al final del cultiu, estaven condicionades per la composició del medi de cultiu. En les proves d'antagonisme vers fitopatògens que foren seleccionats com a indicadors, va observar-se que tant l'antagonisme in vitro com la inhibició d'infeccions sobre material vegetal estaven parcialment relacionades amb la producció dels metabòlits secundaris estudiats. La promoció del creixement de portaempelts per aquestes soques depenia de la soca i de l'hoste, però no es pogué establir una relació causa-efecte amb el metabòlits produïts. També es va comprovar que algunes de les soques podien sobreviure en ferides de pomes i de peres, on produïren DAPG. Mutants resistents a rifampicina de diverses soques de la col·lecció EPS i de referència es van inocular en llavors de pomera i de tomatera que es van sembrar i incubar en condicions controlades. Es va fer el seguiment de la població bacteriana total i resistent a rifampicina present a les arrels durant 72 dies. Totes les soques van colonitzar les arrels de les plantes, mantenint una elevada població durant 37 dies, cap d'elles va estimular el creixement ni mostrar efectes fitotòxics, no afectant tampoc signicativament a la població bacteriana espontània de les arrels. La soca EPS808, una de les seleccionades pel treball, va aconseguir uns nivells de producció de DAPG, una velocitat de creixement i una supervivència relativa a les arrels similar a altres soques de referència descrites com a bons agents de biocontrol. En conseqüència, se la considera una candidata a agent de biocontrol que hauria de ser objecte de futurs estudis d'eficàcia.

Uso de extractos vegetales acuosos como estrategia alternativa para el control poscosecha de Monilinia fructicola, agente responsable de la podredumbre morena de los frutales de carozo

La podredumbre morena de los frutales de carozo causada por Monilinia spp. es una de las enfermedades más importantes a nivel mundial, tanto en cultivo como poscosecha. Para su control se emplean habitualmente fungicidas de síntesis. La tendencia mundial a exigir alimentos de óptima calidad que no perjudiquen a la salud ni al ambiente ha llevado a tratar de disminuir el empleo de este tipo de sustancias. El uso de productos naturales, no nocivos para el ser humano y obtenidos por metodologías sencillas podría representar una alternativa de manejo fitosanitario de los cultivos válida. Los extractos vegetales han sido reconocidos como agentes antimicrobianos desde la antigüedad y recientemente han atraído el interés científico. Éstos presentan una importante producción de metabolitos secundarios, que eventualmente podrían poseer efecto fungitóxico. El objetivo de la presente tesis, es por ello, estudiar la bioactividad de los extractos vegetales de distintas especies de la flora autóctona o presente desde antaño (chañar, jarilla, pájaro bobo, retortuño y aguaribay) hacia Monilinia fructicola, responsable de las principales pérdidas en cultivo y poscosecha de frutales de carozo. Para ello se determinó el efecto de los extractos sobre la germinación de conidios y el crecimiento miceliar de M. fructicola. La actividad sobre la germinación fue determinada agregando concentraciones crecientes del extracto a una suspensión de conidios de Monilinia fructicola. Luego se observó su efecto al microscopio óptico. La actividad sobre el crecimiento miceliar fue determinada por medio de la técnica de terreno envenenado y por el efecto de los compuestos volátiles del extracto a diferentes concentraciones. Todos los extractos estudiados presentaron en menor o mayor medida un efecto inhibitorio sobre la germinación y el crecimiento de tubo germinativo de conidios de M. fructicola. El extracto de jarilla (Larrea divaricata) fue el más efectivo a las concentraciones estudiadas registrándose un efecto dosis-dependiente. En los ensayos de crecimiento miceliar se observó que a bajas concentraciones de extracto de jarilla, este se vio estimulado, mientras que a concentraciones elevadas del extracto se registró inhibición del crecimiento miceliar del hongo. Por todo lo mencionado anteriormente, podría decirse que el extracto de jarilla permite inhibir al hongo M. fructicola in vitro.

Estado fitosanitario del palmeral de Figuig

Comunicación presentada en la Jornada Multidisciplinar sobre las Bases Ecológicas y Culturales del Oasis de Figuig (Marruecos), Oujda, Marruecos, 24 de febrero de 2012

Identification of yeast genes that confer resistance to chitosan oligosaccharide (COS) using chemogenomics

Background: Chitosan oligosaccharide (COS), a deacetylated derivative of chitin, is an abundant, and renewable natural polymer. COS has higher antimicrobial properties than chitosan and is presumed to act by disrupting/permeabilizing the cell membranes of bacteria, yeast and fungi. COS is relatively non-toxic to mammals. By identifying the molecular and genetic targets of COS, we hope to gain a better understanding of the antifungal mode of action of COS. Results: Three different chemogenomic fitness assays, haploinsufficiency (HIP), homozygous deletion (HOP), and multicopy suppression (MSP) profiling were combined with a transcriptomic analysis to gain insight in to the mode of action and mechanisms of resistance to chitosan oligosaccharides. The fitness assays identified 39 yeast deletion strains sensitive to COS and 21 suppressors of COS sensitivity. The genes identified are involved in processes such as RNA biology (transcription, translation and regulatory mechanisms), membrane functions (e.g. signalling, transport and targeting), membrane structural components, cell division, and proteasome processes. The transcriptomes of control wild type and 5 suppressor strains overexpressing ARL1, BCK2, ERG24, MSG5, or RBA50, were analyzed in the presence and absence of COS. Some of the up-regulated transcripts in the suppressor overexpressing strains exposed to COS included genes involved in transcription, cell cycle, stress response and the Ras signal transduction pathway. Down-regulated transcripts included those encoding protein folding components and respiratory chain proteins. The COS-induced transcriptional response is distinct from previously described environmental stress responses (i.e. thermal, salt, osmotic and oxidative stress) and pre-treatment with these well characterized environmental stressors provided little or any resistance to COS. Conclusions: Overexpression of the ARL1 gene, a member of the Ras superfamily that regulates membrane trafficking, provides protection against COS-induced cell membrane permeability and damage. We found that the ARL1 COS-resistant over-expression strain was as sensitive to Amphotericin B, Fluconazole and Terbinafine as the wild type cells and that when COS and Fluconazole are used in combination they act in a synergistic fashion. The gene targets of COS identified in this study indicate that COS’s mechanism of action is different from other commonly studied fungicides that target membranes, suggesting that COS may be an effective fungicide for drug-resistant fungal pathogens.

Evaluation of the pathogenicity of multiple isolates of Beauveria bassiana (Hypocreales: Clavicipitaceae) on Rhynchophorus ferrugineus (Coleoptera: Dryophthoridae) for the assessment of a solid formulation under simulated field conditions

A solid state formulation of Beauveria bassiana (Balsamo) Vuillemin has been developed for biological control of the Red Palm Weevil (RPW), Rhynchophorus ferrugineus (Olivier, 1790). Two kinds of bioassays (dry conidia and dipping) using 10 isolates from several coleopterans in Mediterranean environments, identified 2 RPW derived isolates (193 and 203) as most pathogenic to RPW larvae and adults (zero survival within first 4–5 d for dry conidia, and 14 and 23 d for dipping bioassays). Isolate 203 (5.1 × 108 ± 1.9 × 108 conidia g-1) was formulated with fragmented date seed into solid granules and tested in palms infested with RPW under semi-field conditions in Feb, Apr/May and Jun of both 2007 and 2008. Beauveria bassiana significantly reduced RPW adult survival with respect to controls in May 2007 and in the Apr/Jun 2008 experiments. Total RPW adult mortality was achieved within 30 days for all B. bassiana treatments, and was associated with increasing numbers of insects with signs of mycosis in 2008 experiments. Beauveria bassiana formulation reduced RPW multiplication in artificially infested palms compared to controls, and a positive correlation between numbers of larvae and time post-infestation was recorded. The suppression of RPW adult populations by B. bassiana persisted for at least 3 months under semi-field conditions. The Beauveria bassiana solid formulation, which induces great adult mortality and persistence in the field, could be applied as a preventive as well as a curative treatment for the integrated management of RPW.

Sequencing and functional analysis of the genome of a nematode egg-parasitic fungus, Pochonia chlamydosporia

Pochonia chlamydosporia is a worldwide-distributed soil fungus with a great capacity to infect and destroy the eggs and kill females of plant-parasitic nematodes. Additionally, it has the ability to colonize endophytically roots of economically-important crop plants, thereby promoting their growth and eliciting plant defenses. This multitrophic behavior makes P. chlamydosporia a potentially useful tool for sustainable agriculture approaches. We sequenced and assembled ∼41 Mb of P. chlamydosporia genomic DNA and predicted 12,122 gene models, of which many were homologous to genes of fungal pathogens of invertebrates and fungal plant pathogens. Predicted genes (65%) were functionally annotated according to Gene Ontology, and 16% of them found to share homology with genes in the Pathogen Host Interactions (PHI) database. The genome of this fungus is highly enriched in genes encoding hydrolytic enzymes, such as proteases, glycoside hydrolases and carbohydrate esterases. We used RNA-Seq technology in order to identify the genes expressed during endophytic behavior of P. chlamydosporia when colonizing barley roots. Functional annotation of these genes showed that hydrolytic enzymes and transporters are expressed during endophytism. This structural and functional analysis of the P. chlamydosporia genome provides a starting point for understanding the molecular mechanisms involved in the multitrophic lifestyle of this fungus. The genomic information provided here should also prove useful for enhancing the capabilities of this fungus as a biocontrol agent of plant-parasitic nematodes and as a plant growth-promoting organism.

A metabolomic approach to study the rhizodeposition in the tritrophic interaction: tomato, Pochonia chlamydosporia and Meloidogyne javanica

A combined chemometrics-metabolomics approach [excitation–emission matrix (EEM) fluorescence spectroscopy, nuclear magnetic resonance (NMR) and high performance liquid chromatography–mass spectrometry (HPLC–MS)] was used to analyse the rhizodeposition of the tritrophic system: tomato, the plant-parasitic nematode Meloidogyne javanica and the nematode-egg parasitic fungus Pochonia chlamydosporia. Exudates from M. javanica roots were sampled at root penetration (early) and gall development (late). EMM indicated that late root exudates from M. javanica treatments contained more aromatic amino acid compounds than the rest (control, P. chlamydosporia or P. chlamydosporia and M. javanica). 1H NMR showed that organic acids (acetate, lactate, malate, succinate and formic acid) and one unassigned aromatic compound (peak no. 22) were the most relevant metabolites in root exudates. Robust principal component analysis (PCA) grouped early exudates for nematode (PC1) or fungus presence (PC3). PCA found (PC1, 73.31 %) increased acetate and reduced lactate and an unassigned peak no. 22 characteristic of M. javanica root exudates resulting from nematode invasion and feeding. An increase of peak no. 22 (PC3, 4.82 %) characteristic of P. chlamydosporia exudates could be a plant “primer” defence. In late ones in PC3 (8.73 %) the presence of the nematode grouped the samples. HPLC–MS determined rhizosphere fingerprints of 16 (early) and 25 (late exudates) m/z signals, respectively. Late signals were exclusive from M. javanica exudates confirming EEM and 1H NMR results. A 235 m/z signal reduced in M. javanica root exudates (early and late) could be a repressed plant defense. This metabolomic approach and other rhizosphere -omics studies could help to improve plant growth and reduce nematode damage sustainably.

Estudio de la interacción tritrófica: tomate, Meloidogyne javanica y Pochonia chlamydosporia

Los nematodos fitopatógenos y en particular los agalladores causan graves pérdidas al tomate, un cultivo de gran importancia económica en España, la Unión Europea y en todo el mundo. El manejo de enfermedades por nematicidas químicos y fumigantes está muy limitado por la prohibición en la Unión Europea y a escala mundial del uso de muchos nematicidas químicos y de fumigantes como el bromuro de metilo. Los suelos supresivos a nematodos son ejemplos de control biológico natural que incluyen antagonistas de nematodos con potencial para su uso en el manejo de dichos patógenos vegetales. Nuestro grupo posee una dilata experiencia en estudio de la biología y en particular en el análisis del modo de acción del hongo parásito de huevos de nematodos, Pochonia chlamydosporia. En este artículo incluimos un resumen de nuestros estudios sobre presencia de P. chlamydosporia en suelos agrícolas. A continuación abordamos el estudio de aspectos celulares y moleculares de la infección de huevos de nematodos por P. chlamydosporia. Nuestro grupo fue pionero al demostrar que los hongos nematófagos se comportan como endófitos colonizando las raíces de mono y dicotiledóneas. Recientemente hemos secuenciado el genoma de P. chlamydosporia. El estudio de sus relaciones filogenómicas y el análisis de sus familias génicas apoyan el comportamiento multitrófico del hongo. Finalmente aportamos nuestros resultados del análisis metabolómico de la interacción tomate-nematodo agallador-P. chlamydosporia. Nuestra actual hipótesis de trabajo es que el estudio de dicha interacción por técnicas de análisis molecular masivo abren nuevas vías al manejo sostenible de nematodos bloqueando su comunicación con la planta y activando o modulando las defensas de los cultivos por hongos antagonistas como P. chlamydosporia.

A PCR based method to detect Russula spp. in soil samples and Limodorum abortivum roots in Mediterranean environments

Aim of study. Orchidaceae has the largest number of species of any family in the plant kingdom. This family is subject to a high risk of extinction in natural environments, such as natural parks and protected areas. Recent studies have shown the prevalence of many species of orchids to be linked to fungal soil diversity, due to their myco-heterotrophic behaviour. Plant communities determine fungal soil diversity, and both generate optimal conditions for orchid development. Area of study. The work was carried out in n the two most important natural parks in Alicante (Font Roja and Sierra Mariola), in South-eastern of Spain. Material and Methods. We designed a molecular tool to monitor the presence of Russula spp. in soil and orchids roots, combined with phytosociological methods. Main results. Using a PCR-based method, we detected the presence in the soil and Limodorum abortivum orchid roots of the mycorrhizal fungi Russula spp. The species with highest coverage was Quercus rotundifolia in areas where the orchid was present. Research highlights. We present a useful tool based on PCR to detect the presence of Russula spp. in a natural environment. These results are consistent with those obtained in different studies that linked the presence of the mycorrhizal fungi Russula spp. in roots of the species Limodorum and the interaction between these fungal species and Quercus ilex trees in Mediterranean forest environments.

Endophytic colonization of barley (Hordeum vulgare) roots by the nematophagous fungus Pochonia chlamydosporia reveals plant growth promotion and a general defense and stress transcriptomic response

Plant crop yields are negatively conditioned by a large set of biotic and abiotic factors. An alternative to mitigate these adverse effects is the use of fungal biological control agents and endophytes. The egg-parasitic fungus Pochonia chlamydosporia has been traditionally studied because of its potential as a biological control agent of plant-parasitic nematodes. This fungus can also act as an endophyte in monocot and dicot plants, and has been shown to promote plant growth in different agronomic crops. An Affymetrix 22K Barley GeneChip was used in this work to analyze the barley root transcriptomic response to P. chlamydosporia root colonization. Functional gene ontology (GO) and gene set enrichment analyses showed that genes involved in stress response were enriched in the barley transcriptome under endophytism. An 87.5 % of the probesets identified within the abiotic stress response group encoded heat shock proteins. Additionally, we found in our transcriptomic analysis an up-regulation of genes implicated in the biosynthesis of plant hormones, such as auxin, ethylene and jasmonic acid. Along with these, we detected induction of brassinosteroid insensitive 1-associated receptor kinase 1 (BR1) and other genes related to effector-triggered immunity (ETI) and pattern-triggered immunity (PTI). Our study supports at the molecular level the growth-promoting effect observed in plants endophytically colonized by P. chlamydosporia, which opens the door to further studies addressing the capacity of this fungus to mitigate the negative effects of biotic and abiotic factors on plant crops.

Carbon and nitrogen limitation increase chitosan antifungal activity in Neurospora crassa and fungal human pathogens

Chitosan permeabilizes plasma membrane and kills sensitive filamentous fungi and yeast. Membrane fluidity and cell energy determine chitosan sensitivity in fungi. A five-fold reduction of both glucose (main carbon (C) source) and nitrogen (N) increased 2-fold Neurospora crassa sensitivity to chitosan. We linked this increase with production of intracellular reactive oxygen species (ROS) and plasma membrane permeabilization. Releasing N. crassa from nutrient limitation reduced chitosan antifungal activity in spite of high ROS intracellular levels. With lactate instead of glucose, C and N limitation increased N. crassa sensitivity to chitosan further (4-fold) than what glucose did. Nutrient limitation also increased sensitivity of filamentous fungi and yeast human pathogens to chitosan. For Fusarium proliferatum, lowering 100-fold C and N content in the growth medium, increased 16-fold chitosan sensitivity. Similar results were found for Candida spp. (including fluconazole resistant strains) and Cryptococcus spp. Severe C and N limitation increased chitosan antifungal activity for all pathogens tested. Chitosan at 100 μg ml-1 was lethal for most fungal human pathogens tested but non-toxic to HEK293 and COS7 mammalian cell lines. Besides, chitosan increased 90% survival of Galleria mellonella larvae infected with C. albicans. These results are of paramount for developing chitosan as antifungal.