Fusariosis de la espiga de Trigo. Desarrollo de Cultivares Resistentes

Trigo
Fusariosis de la espiga del trigo
Desarrollo de Cultivares
Resistentes
Ing. Agr. María T.
Villar de Galich
INTA Marcos Juárez,
Córdoba
En la actualidad, la única manera de reducir el impacto de la
fusariosis en los rendimientos y calidad del trigo es la
integración de técnicas que contribuyan en conjunto a
disminuir el nivel de la enfermedad. La obtención de
cultivares resistentes constituye un objetivo de fuerte
influencia en la solución de este importante
problema sanitario
La fusariosis de la espiga del trigo es
una enfermedad difundida en áreas productoras de trigo del mundo donde los
estados de espigazón, floración e inicios
de llenado del grano coinciden con períodos muy húmedos y templado cálidos.
Las pérdidas de rendimiento producidas
por esta enfermedad pueden llegar al
50% en condiciones de epidemias severas
y variedades muy susceptibles. Con epidemias moderadas, pueden esperarse
pérdidas entre 10% y 20%.
El factor que verdaderamente respalda la
gran trascendencia de la enfermedad en
los últimos años es la capacidad toxicogénica del patógeno que puede pro-
Figura 1. Evaluación a F. graminearum en invernáculo. Método de
inyección.
50
idiaXXI
Trigo
ducir contaminación aun con bajos niveles de infección. Este hecho reviste fundamental importancia en la utilización posterior del producto, dados los
requerimientos actuales referidos a
seguridad alimentaria de los mercados.
AGENTE CAUSAL
El principal agente etiológico de la enfermedad a escala mundial es Fusarium
graminearum Schwabe, cuya forma sexual
es Gibberella zeae (Schw.) Petch, aunque
en las áreas más frías del noroeste
europeo la especie predominante es F.
culmorum. Recientes estudios de secuencias de ADN han determinado en F.
graminearum ocho linajes asociados a
diferentes áreas geográficas con un grado
de estabilidad que sugiere ausencia de
hibridación entre ellos. Este hecho podría
relacionarse con el aislamiento geográfico
u otro tipo de ba-rrera reproductiva o también se podría especular con la presencia
de varias especies.
En nuestro país, la mayoría de los aislamientos obtenidos de granos fusariosos
corresponden a F. graminearum, pero
pueden presentarse otras especies con
menor frecuencia. En un relevamiento realizado en el núcleo de mayor riesgo epidemiológico del área central norte en la
campaña 2000/2001 (Paraná, Pergamino
y Marcos Juárez) se identificaron 14
especies. Después de F. graminearum, los
aislamientos más frecuentes fueron F.
equiseti, F. sambucinum, F. semitectum, F.
culmorum, F. poae, F. verticillioides, F.
subglutinans y F. Oxysporum.
MICOTOXINAS
La importancia de la caracterización de
especies del género Fusarium en un determinado ambiente geográfico reside en su
capacidad para generar diferentes tipos
de micotoxinas que pueden producir contaminación aunque el patógeno se
encuentre con baja frecuencia y no presente alta patogenicidad. Según la concentración y tipos de micotoxinas en el
producto, se pueden producir trastornos
de diversa severidad en animales y en el
hombre.
Las micotoxinas de mayor importancia
que produce F. graminearum son de dos
tipos: la zearalenona (ZEA), que ocasiona
síndrome estrogénico, y los tricotecenos
del grupo B, principalmente la vomitoxina
deoxinivalenol (DON) y sus precursores.
Esta última, además de ser la más frecuente, reviste especial interés por ser un
factor de agresividad en cepas del
patógeno y además está involucrada en la
expresión de la resistencia del
hospedante.
MANEJO DE LA ENFERMEDAD
La fusariosis de la espiga es actualmente
la enfermedad del trigo que mayores
desafíos presenta para su control. Las
estrategias de manejo que resultan exitosas en otras enfermedades basadas en
la resistencia genética, el control cultural
y la protección química no tienen suficiente eficacia sobre la fusariosis. Un
somero análisis de estos enfoques muestran las dificultades que presenta el control de la misma.
Resistencia genética. En el trigo existe
variabilidad genética para resistencia a
fusariosis aunque no se conoce ningún
genotipo inmune. Se han descripto
diferentes tipos de resistencia controlados por varios o muchos genes con
diferentes efectos que se heredan en
forma independiente, al menos en los tres
primeros tipos que se mencionan y que se
consideran de mayor importancia en el
mejoramiento genético. Tipo I: resistencia
a la penetración. El patógeno no puede
iniciar la infección; Tipo II: resistencia a la
invasión. Se produce la penetración y se
establece la infección, pero el micelio
tiene dificultad para invadir el tejido adyacente; Tipo III: resistencia bioquímica.
Es la capacidad de algunos genotipos de
degradar el DON. Esta micotoxina no está
involucrada en el proceso de infección
pero es un factor de agresividad del
patógeno; Tipo IV: se manifiesta en una
mayor tolerancia a elevados niveles de
DON; Tipo V: se expresa en la resistencia
a la infección del grano.
Algunos caracteres morfológicos de las
plantas pueden influir en la expresión de
la resistencia genética y se los considera
idiaXXI
51
Trigo
mecanismos de resistencia pasiva. Entre
ellos se mencionan la altura de la planta,
presencia de aristas, anteras retenidas y
espigas compactas. En efecto, la expresión de la resistencia en condiciones naturales de infección integra todas las
reacciones controladas por los diferentes
mecanismos.
Los tipos de resistencia I y II son los más
estudiados hasta el presente y se los considera los más confiables para seleccionar
genotipos resistentes. Ambos muestran
un modo de herencia cuantitativa, controlado por genes menores de efecto principalmente aditivo y un fuerte componente
de dominancia.
Tabla 1. Principales progenitores
Grupo 1. Intoducciones de alta resistencia
Nobeoka Bozu
Fan 1
Nyubai
Shanghai # 5
Pekin 8
Suzhoe # 6
Su Mai 3
Ning 8343
China 7
YMI # 6
Grupo 2. Germoplasma de CIMMYT y de Sudamérica
Chum/Seri
WRM/Ptm//Coc/Ning 68026
PF 7815
Kvz/3/Tob/Cfen//Bb/4/Blo/F35.70/Mo/Nac/6/Bow
Pel 74142
Catbird
CEP 75203
Kvz -K 4500 L.A.4
OC 813
Pel 73101
Grupo 3. Líneas inéditas del Programa Trigo de INTA
LAJ 3520= Bobwhite.1PTZ-0Y-1J-0J
LAJ 2316= ND 81/Mas 5//Soty/3/Ptés/4/Soren/Nai
LAJ 1409= Nad//Bb/Inia. CM 7161
LAJ 1934= Soren/Nai//Ptés. MJ 1412
LAJ 2079= Soktt//Jus/Jar/3/Soren. MJ 1389
LAJ 2548= Cno/Gll/3/Npo/Cdl//Bb/Cno. CM 29255
LAJ 2082= H-855/3/CC/Jus/Jar. H 1517
LAJ 2955=B.Nam/C.Nat./Pato(R)/Cal/3/7C//Bb/Cno
LAJ 2231= CC/Piamontés INTA. MJ 1353
LAJ 3127= Klt/4/Cow/3/Nad//Bb/Inia. CM 70046
Grupo 4. Variedades argentinas antiguas y actuales
Klein Atlas
Klein Orión
Vilela Sol
Klein Cacique
Cargill Trigal 706
Buck Charrúa
Las Rosas INTA
PROINTA Federal
La Paz INTA
PROINTA Granar
Grupo 5. Líneas de Marcos Juárez con resistencia mejorada
52
LFJ-I-7= Bow/Nobeoka Bozu//CEP75203/Vee
LFJ-III-38=Vilela Sol/NobBozu//Pel 73101/L.R.INTA
LFJ-II-16= Bow/Pekin 8//Pel 73007/Vee
LFJ-IV-55= L.R.INTA/LAJ 1409//LAJ 1409/K 61069
LFJ-II-25=LAJ 1409/La PazINTA//PF7815/LAJ 2079
LFJ-IV-56= L.R.INTA/LAJ 1409//LAJ 1409/K 61069
LFJ-II-27=LAJ 1409/La PazINTA//PF7815/LAJ 2079
LFJ-VI-77=LAJ 2082/PEL74142//KVZ-K.4500/ 2955
LFJ- III-36= KLAT/Pel 73081//LAJ 409/N.Bozu
LFJ-VII-86=LAJ 2221/Su Mai 3//LAJ 2955/Pel74172
idiaXXI
Trigo
Manejo cultural. Las técnicas de labranza
conservacionistas, especialmente la
siembra directa, ocupan una importante y
creciente superficie en el área triguera
argentina y los beneficios agronómicos
indudables de esta modalidad de
producción fuerzan a buscar soluciones
que limiten la supervivencia de patógenos
necrotróficos y su dispersión, entre ellos
Fusarium spp. Debido al gran número de
hospedantes, la elevada capacidad
saprofítica de F. graminearum y la dispersión del inóculo a grandes distancias, las
prácticas agronómicas tendientes a la eliminación o reducción del inóculo primario, como rotaciones con cultivos no
hospedantes y labranzas con reducida o
nula cobertura de rastrojos, no resultan
muy efectivas para el control de la enfermedad. Sin embargo, mediante una adecuada rotación y sucesión de cultivos así
como el control de malezas gramíneas, se
puede reducir cuantitativamente la fuente
de inóculo primario dentro del lote, factor
de importancia dado el rol preponderante
del mismo en la infección en condiciones
de epidemia.
La diversificación en la siembra de cultivares con diferentes fechas de espigazón
también puede favorecer la posibilidad de
escape a la infección, que es de índole
netamente floral y altamente dependiente
del clima.
Protección química. El uso de fungicidas
es una medida complementaria importante, cuando las condiciones de
ambiente en el período espigazón-floración son conducentes a un desarrollo
epidémico de la enfermedad. Sin embar-
go, este recurso presenta dificultades en
su implementación y no siempre justifica
la inversión debido a que, entre otros factores, el tratamiento debe realizarse de
manera preventiva antes de la aparición
de los primeros síntomas. Dada la alta
dependencia de esta enfermedad a las
condiciones climáticas, la utilización del
modelo predictivo de incidencia basado
en variables meteorológicas desarrollado
en nuestro país constituye una ayuda
para la toma de decisiones.
Algunos fungicidas disponibles en el mercado tienen una eficiencia de control cercana al 90% en condiciones de invernáculo, pero a campo difícilmente supera el
60%. Los principios activos pertenecen a
los grupos de los triazoles (metconazole,
tebuconazole, flutriafol), imidazoles
(prochloraz), bencimidazoles (carbendazim, benomil, tiabendazole, m-tiofanato)
y sus mezclas (epoxiconazole+carbendazim, difenoconazole + propiconazole +
carbendazim). La menor eficacia del control químico a campo radica en la dificultad para alcanzar la totalidad de las
anteras con la aspersión debido a la
estructura de la espiga, a la variación del
inicio de la antesis en el cultivo y a las técnicas de aplicación.
GERMOPLASMA CON RESISTENCIA
MEJORADA
El escaso éxito en la obtención de cultivares resistentes y de alto rendimiento
competitivo en el mercado se debe a
varias razones. Entre ellas se destaca la
complejidad de la herencia de la resistencia, la pobre aptitud agronómica y la baja
calidad de las principales fuentes de
Figura 2. Evaluación a F. graminearum bajo telado
con riego por aspersión
idiaXXI
53
Trigo
resistencia. Por otra parte, la falta de un
ambiente natural de selección anual para
una adecuada discriminación de genotipos dificulta fuertemente la continuidad
del mejoramiento convencional.
Con el objetivo de contribuir al programa
de mejoramiento genético de trigo pan
del INTA, en la Estación Experimental
Agropecuaria Marcos Juárez del INTA, se
iniciaron en 1982 actividades para el
desarrollo de líneas con resistencia mejorada a fusariosis incorporada en germoplasma de buena adaptación a nuestro
ambiente. Este programa es conducido
por el Grupo Patología de Trigo con la participación de los Grupos Mejoramiento de
Trigo y Estadística.
La metodología utilizada consta de dos
etapas: la identificación de fuentes de
resistencia y la incorporación de resistencia en germoplasma de mayor valor
agronómico. Para garantizar un adecuado
nivel de enfermedad, las evaluaciones de
resistencia se realizan en condiciones
semicontroladas y con inoculación artificial.
Identificación de fuentes de resistencia.
Esta actividad se realiza en invernáculo y
bajo telado con riego e inoculación artificial. Para la producción de inóculo se
seleccionan cinco o seis aislamientos de
F. graminearum provenientes de espigas
enfermas, recolectadas en diferentes
loca-lidades del área triguera por su
capacidad de producción de conidios en
agar afrecho, medio para su multiplicación. Con estos aislamientos se realiza
un test de patogenicidad en semillas germinantes en cajas de Petri y se seleccionan tres de ellos por su moderada a alta
agresividad. Cada aislamiento se
mantiene en grano de trigo esterilizado y
la multiplicación de cada uno se realiza
independientemente en medio de agar
afrecho, en frascos Erlenmeyer de 250 ml,
bajo luz fluorescente continua. Los conidios de cada aislamiento son colectados
mediante lavado con agua destilada
estéril y se los mezcla antes de la calibración del inóculo.
Incorporación de resistencia y selección
por características agronómicas.
Desde el enfoque del mejoramiento
genético convencional se considera que la
selección recurrente es el método más
adecuado para obtener niveles superiores
Tabla 2. Evaluación de resistencia a fusariosis (tipo II) de líneas obtenidas en Marcos Juárez.
Severidad (%)*
Progenitores
Líneas
Líneas
LFJ-I-7
BOW/NOBEOKA BOZU//CEP 75203/VEE
28.1
LFJ-I-16
BOW/PEKIN 8//PEL 73007/VEE
33.1
LFJ-II-27
LAJ 1409/La Paz INTA//PF 7815/LAJ 2079
38.5
LFJ-III-38
VILELA SOL/N.BOZU//PEL 73101/LAS ROSAS INTA
28.3
LFJ-IV-59
KLAT/PEL 74142//LR I/NYUBAI/3/KLAT/CEP 75203//LAJ 1409/PF 7815
28.6
LFJ-VIII-121
KLEIN ATLAS/CHINA 7//LAS ROSAS INTA /NING 8343
26.2
LFJ-VIII-122
LAS ROSAS INTA/CHINA 7//LAJ 2955/NING 82109
26.0
LFJ-VIII-126
LAS ROSAS INTA/CHINA 7//LAJ 2955/NING 82109
17.4
LFJ-IX-155
PEL 73007/LA PAZ INTA//SU MAI 3/LAJ 1934
19.6
LFJ-IX-158
ALD/PVN//SHA 5//PF 79765/KLEIN ATLAS
21.9
LFJ-IX-161
FAN 1/OC 813/4/ F6.74/BUN//SIS/3/SU MAI 3
18.8
LFJ-X-168
LA PAZ INTA / WUHAN 3/3/LAJ 3144/LAJ 2316/ OC 813
18.5
LFJ-X-185
LAJ 3153/LAJ 2955/PF79782/3/LAJ 3144//LAJ 2316/OC813
21.3
* Diferencia significativa entre promedios de severidad <18% considerando interacción entre
años y de 8% a 10% sin considerar esta interacción.
54
idiaXXI
Años de
evaluación
K. Atlas
(MR)
Su Mai 3
(R)
YMI 6
(R)
LMJ1982
(S)
43.9
44.5
33.9
93.8
3
45.7
38.6
31.2
93.0
4
42.5
37.4
25.8
90.4
5
38.1
34.2
24.2
81.0
3
31.9
31.6
27.3
77.4
3
Trigo
de resistencia a través de la acumulación
progresiva de diferentes genes de
resistencia en genotipos de buena
adaptación al ambiente. La metodología
utilizada en el INTA Marcos Juárez consiste básicamente en un proceso de
cruzamientos dirigidos de genotipos de
trigo de diferentes orígenes, selección a
campo para características agronómicas y
en condiciones semicontroladas humedad y temperatura- e inoculación
artificial para resistencia.
Las líneas y variedades identificadas por
su resistencia se agrupan en bloques de
cruzamientos según su origen en 5 grupos: introducciones de China y Japón de
alta resistencia, germoplasma desarrollado por el CIMMYT y países del Cono Sur,
líneas inéditas y avanzadas del Programa
de Mejoramiento Genético de Trigo del
INTA, variedades argentinas antiguas y de
reciente desarrollo y líneas avanzadas
obtenidas con esta metodología que
retroalimentan el programa. En la Tabla 1
se muestran los progenitores más destacados de cada grupo.
Las líneas se evalúan por resistencia a
fusariosis de la espiga no menos de tres
años antes de ser utilizadas como progenitores.
Complementariamente,
se
realizan ensayos comparativos de
rendimiento y evaluaciones de calidad.
Hasta el momento se han obtenido 79
líneas de ciclo largo y 77 de ciclo corto y
29 están en las últimas etapas de evaluación. Si bien son similares o superiores
en resistencia a los mejores testigos,
muchas no presentan caracteres
agronómicos y de calidad relevantes.
En la Tabla 2 se muestran las genealogías
y evaluación en invernáculo (resistencia
tipo II) de algunas de las mejores líneas y
testigos. Cabe señalar que la diferencia
estadísticamente significativa entre
promedios de severidad para el mismo
grupo de eva-luación varía entre 8 y 10%
sin tener en cuenta interacciones entre
años y de hasta 18% si se considera dicha
interacción.
Estas líneas evaluadas para reacción de
resistencia tipo I bajo telado e inoculación
por aspersión (escala 1 - 5) presentan valores de 1 (1 espiguilla aislada por espiga)
a 3 (menos de 50% de la espiga afectada)
según los años de acuerdo con registros
similares a los observados en los mejores
testigos.
Las primeras líneas logradas con esta
metodología fueron obtenidas a partir de
poblaciones F2 recibidas del CIMMYT en
1982 (LFJ-I). En ese año se realizaron los
primeros cruzamientos con materiales
seleccionados en Marcos Juárez desde
1979, continuando con la creación de
poblaciones base hasta 1997. En la actualidad las poblaciones derivadas de las
últimas cruzas realizadas ese año están
en F3 del segundo ciclo de combinaciones
y también se continúa con el proceso de
evaluación y selección en las poblaciones
y líneas que las preceden.
PERSPECTIVAS
Es de esperar que en los próximos años se
produzcan importantes avances en el
desarrollo de germoplasma resistente a
fusariosis, con alto rendimiento y calidad
a partir de la utilización cada vez más generalizada de nuevas tecnologías en el
mejoramiento. Un ejemplo es la incorporación de marcadores moleculares en el
análisis genético de las distintas fuentes
de resistencia a fusariosis conocidas en
trigo. Con esta tecnología es posible identificar de forma precisa regiones genómicas ligadas a cada una de las fuentes de
resistencia. Los marcadores asociados a
estas regiones genómicas son una
herramienta ideal para acumular sucesivamente fuentes de resistencia en un
fondo genético común a través de la
selección asistida por marcadores de individuos resistentes en poblaciones segregantes. Este proceso, conocido como
piramidización, es tal vez la única estrategia válida para incorporar diferentes
fuentes de resistencia a un mismo
patógeno como estrategia para la obtención de genotipos altamente resistentes a
un patógeno (en este caso, Fusarium
graminearum). Otro aporte de los marcadores moleculares en el estudio de la
problemática de la fusariosis de la espiga
idiaXXI
55
Trigo
56
idiaXXI
Trigo
vendrá a partir la disponibilidad de información genética útil para una mejor comprensión de la variabilidad del patógeno, identificación de especies, micotoxinas, etc.
El uso de marcadores moleculares en el
mejoramiento, si bien permite una utilización eficiente de la variabilidad genética del trigo, presenta como limitante las
barreras fisiológicas de la reproducción
sexual por lo que no es posible incorporar
genes provenientes de especies no relacionadas filogenéticamente. Actualmente
la manera de resolver este problema es
mediante ingeniería genética o transformación. Esta tecnología se basa en la
alteración del genoma de un organismo
por la introducción de uno o más genes
foráneos (transgen) o por la modificación
de genes propios. Este enfoque está siendo utilizado para incorporar genes con
actividad antifúngica no específica como
los que regulan la síntesis de quitinasas y
glucanasas, siendo una alternativa para
ampliar la base genética de resistencia a
fusariosis en trigo.
Bibliografía
-Ban, T., 2000. Review-studies on the genetics of resistance to Fusarium head Blight caused by Fusarium graminearum in wheat. Proceedings of the International Symposium on wheat improvement for scab resistance.
Suzhou and Nanjing, China. 5-11 may, 2000.
-Galich, M.T.V.de, A. Galich y A. Legasa. 1990. Ensayo de un método de laboratorio para la evaluación de la
resistencia a Fusarium graminearum en trigo. Actas del II Congreso Nacional de Trigo. Cap. IV: 97-105.
Pergamino. Buenos Aiores. 17-19 de octubre.
-Liu, Z.Z. and Z.Y. Wang, 1990 Improved Scab Resistance in China : Sources of Resistance and Problems. Plant
Protection Institute, Shanghai Academy of Agricultural Sciences, Peoples Republic of China.
-Masiero Beatriz; Galich María T. y Gerardo Tenaglia 1999. Componentes de variancias aplicadas a evaluación
de fusariosis en trigo. Cuarto Congreso Latino Americano de Sociedades de Estadística, Mendoza ArgentinaJulio 1999.
-Snidjers, C.H.A. 1990. Fusarium head blight and mycotoxin contamination of wheat, a review. Neth. J. Pl. Path.
96:187-198.
-Wang, Y.Z. and Miller, 1988. Screening techniques and sources of resistance to Fusarium Head Blight. In: Klatt,
A. ed. Wheat production constraints in tropical environments. Mexico D.F. CIMMYT: 239-250.
idiaXXI
57