Mal de Panamá
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Mal de Panamá: Situación actual de la raza 4 tropical, avances de investigación e iniciativas globales ante su amenaza Miguel Angel Dita Rodríguez Bioversity International [email protected] I congreso LatinoAmericano y del Caribe de Plátanos y Bananos Sullana, Perú 24/06/2011 Mal de Panamá / Marchitez por Fusarium Fusarium oxysporum f. sp. cubense - FOC Devastation of a Cavendish plantation in Malaysia by Panama disease (Ploetz, 2001) Mal de Panamá / Marchitez por Fusarium Fusarium oxysporum f. sp. cubense vs. Huracán 3 Mal de Panamá: Sintomas Externos Mal de Panamá: Sintomas Internos Mal de Panamá: Sintomas Externos Mal de Panamá : El Patógeno Fusarium oxysporum f. sp. cubense Race 1: Gross Michel (also Maçã (Silk), Pisang Awak) Race 2: Bluggoe (and cooking bananas) Race 3: Heliconia spp. (New species ? In progress) Race 4: Cavendish (subtropical-ST4 and Tropical-TR4) Variety Gross Michel Bluggoe Heliconia Cavendish R1 S R R R R2 R S R R R3 R R S R R4 S S ? S •Race 4 is most destructive since it affects R1 and R2 susceptible clones as well as Cavendish cultivars • Most of varieties (~80 %) are susceptible! Panama disease vs. Commercial banana ~ 60 years ago Today RT4? 454 - seq 8 Mal de Panamá: Distribución mundial RT4 diseminación Rt4 Zona de producción de Bananos Distribución Geográfica del Mal de Panamá (Ploetz, 2001) Método de Diagnóstico específico para RT4 “La seria amenaza de la raza 4 tropical de Foc (cortesía de Dr. Molina ) 400 -TR4 dañó la industria bananera (+US$5 bi) de Cavendish- en Taiwan - ~ 67,000 has. en China; - ~ 500 has. En Filipinas; - Producción de Taiwan fue reducida 10x - Amenaza para Millones de pequeños productores en el mundo - Renovó interes en Foc I&D Exportación Taiwanesa para Japan (M, 12-kg cartons) 350 300 250 200 150 100 50 0 1999 Variedad Local afectada, China 200 2001 200 200 200 200 200 200 200 0 2 3 4 5 6 7 8 Adapted from Dr. C.P Chao, 2008 BAPNET meeting Photos: G. Molina Bioversity Bananos en China •CHINA – 285 000 ha •~ 65,000 ha affected by Foc TR4 • Serious Problem on Cavendish Millions of banana plants have died and unfortunately we have found No Cure for the disease," said Liu Shaoqin, a researcher with Guangzhou's Academy of Agric. Science. The disease is the CANCER of the plant community," he said.. http://english.cri.cn/3126/2007/04/05/[email protected]. 11 Session 2: Integrated approaches to managing Fusarium wilt and other emerging disease threats Source: http://www.promusa.org/symposium_2009/home.html 12 Control de enfermedades en plantas vs. Mal de Panamá em bananos • Químico • Biológico • Uso de variedades resistentes Manejo Integrado • Cultural Manejo Integrado Genético Cultural Químico • Químico The disease can only be managed by using resistant cultivars and by preventing its introduction into new fields! Once infested with the pathogen, the only way of continuing banana production is by means of planting cultivars with resistance to the disease (Deacon, 1984; Ploetz and Pegg, 2000; Viljoen, 2002; Ploetz et al., 2003). Benomyl; Copper oxychloride; Prochloraz Cyproconazole; Propiconazole; Phosetyl-Al; Captab; Azoxystrobin; Kresoxim-methyl Chloride; Clean Green; Cupravit; Desogerm; Farmcleanse Jik Prazin agri Omega; Sporekill inoculadas aos 45 dias após o transplantio. As plantas foram removidas da à jasmonatos e etileno. cuidadosamente do solo e suas raízes foram lavadas em água corrente, para Control Biológico - Aspectos generales resentado um esquema resumido da Resistência Sistê retirada do excesso de solo e em seguida cortadas a 7-10 cm da base. A inoculação foi realizada por imersão das raízes na suspensão conidial (2 x 10 6 conídio mL-1) durante 2 horas, quando foram transferidas para bandejas onde foi montado um sistema de inoculação (MOHAMED et al., 2000) (Figura 4). Plantas usadas como testemunhas foram submetidas ao mesmo procedimento, porém utilizando-se água destilada estéril. Figura Esquema metodológico para inoculação das plantas com o fungo. 1. 4.Inoculación patógeno 2. Evaluación Antibiosis directa/ competencia por nutrientes Tto. c/ Microorganismos Antibiosis directa Inducción de resistencia s duas formas mais caracterizadas de resistência sistêmic a respostas fenotípicas semelhantes. Resistência Sistê Algunas consideraciones sobre el control biológico de Foc • Biológico • Muchos trabajos de identificación y aislamientos y estudios en invernadero vs. casi nada en campo • Mucho “potencial”, pero hasta el momento: “pocas Nueces” • Es una tarea difícil que normalmente requiere intervención de la industria Formulación (?) Registro de productos ($) Microorg. que han mostrado potencial de Biocontrol de Foc •Trichoderma spp. •Bacterias (Pseudomonas, Serratia, otras) • F. oxysporum no patógénico !! SUELOS SUPRESSIVOS Deciphering the Rhizosphere Microbiome for Disease-Suppressive bacteria Science, Mayo, 2011 Biológico Rodrigo Mendes,1*† Marco Kruijt,1*‡ Irene de Bruijn,1§ Ester Dekkers,1 Menno van der Voort,1 Johannes H. M. Schneider,2 Yvette M. Piceno,3 Todd Z. DeSantis,3,4 Gary L. Andersen,3 Peter A. H. M. Bakker,5 Jos M. Raaijmakers1¶ In excess of 33,000 bacterial and archaeal species were detected, with Proteobacteria, Firmicutes and Actinobacteria consistently associated with disease suppression. Members of the ϒ- Proteobacteria were shown to have disease suppressive activity governed by nonribosomal peptide synthetases. Our data indicate that upon attack by a fungal root pathogen, plants can exploit microbial consortia from soil for protection against infections. Cebollitas Chinas (Allium tuberosum) inhibe Mal de Panamá!! Dr. Yi Ganjun in the 7th BAPNET SC Meeting, Hanoi, Vietnam Cultural Cebollitas chinas (Allium tuberosum) inhibe Mal de Panamá Algunas consideraciones para LAC: Vs. Photo by Yi Ganjun Photo by R. Ploetz • Debe tenerse en cuenta, pero los DATOS mostrados hasta ahora no son científicamente concluyentes • Cual es la viabilidad práctica para grandes extensiones de monocultivo – pequeñas parcelas? • En caso de que sea efectivo, esta especie funcionaría en LAC? Marchitez de Fusarium: Informaciones generales, pero NO triviales Condiciones que favorecen el desarrollo de la enfermedad •Material de siembra infectado •Suelo infestado •Ataque de nemátodos Prevention and control: •No existe UN método realmente efectivo de control que no sea el uso de variedades resistentes Medidas para reducir el impacto de la enfermedad 1. Use material resistente siempre que posible; 2. Implemente aestrategias de rotación adecuadas. Si el suelo está severamente infectado esto es OBLIGATORIO 3. Siempre qu esea práctico, retire y destruya material de plantas infectadas, pero no lo use para compost o otras emmiendas. 4. Utilize prácticas de fertilización y irrigación adecuadas – NO INUNDACIÓN! – Ejemplo de China – Rio Pearl Objetivos de investigación – Foc Basadas en : 1.Prevención de entrada - detección temprana 2.Material de siembra sano; e 3.Uso de variedades resistentes 4.Manejo de la enfermedad a) Desarrollar métodos de diagnóstico y detección específicos para Foc TR4 y otras razas importantes de Foc; b) Realizar estudios comparativos de las razas 1, 2, RS4 y RT4 utilizando EST (Expressed Sequence Tag) obtenidos mediante secuenciamiento -454 con el objetivo de entender mecanismos de especificidad y virulencia; c) Desarrollar y Establecer bioensayos rápidos y eficientes para realizar screening para la resistencia a Foc en invernadero; d) Caracterizar genotipos de Musa considerados “relevantes” para la resistencia a Foc TR4 ; e) Entender las bases genéticas citológicas y moleculares de la resistencia a Foc en Musa; f) Desarrollar estudios epidemiológicos con el objetivo de diseñar y validar estrategias de manejo integrado aplicables en larga y/o pequeña escala. Desarrollo de un método de diagnóstico específico para RT4 Estructuras de F. o f. sp. cubense • Microconidios: 5 - 16 x 2.4 - 3.5 µm, 1 o 2 células, ovales forma de riñón • Macroconidios: 27 - 55 x 3.3 - 5.5 µm, 4- 8 formato de de Hoz, con células basales en forma de pié. • Clamidiosporas:7 - 11 µm diámetro, usualmente globosas formadas idividuales o en cadenas • Fox: ~ 100 formae speciales que causan marchitez en plantas - agrupa especies de patógeno y saprófitos que no pueden ser distiguidos morfológicamente Fotos: MA. Dita Fuente: Ploetz (2000) Diagnóstico molecular para TR4 (GVC01213) VCG 01213 Lin et al. (2008)- Foc-1/ Foc-2 M 0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 12 13 14 15 18 19 20 22 24 242 bp Primers - FocTR4-F/ FocTR4-F (Dita et al. 2010) Foc1/Foc2: Positivo aislados de Honduras, Brasil, Costa Rica! Australia, Indonesia, Taiwan M Detección de Foc RT4 in planta Inoculada con TR4 control Foto: MA. Dita Embrapa Detección de Foc RT4 in planta PCRs Duplex TR4 ST4 EF-1 TR4s Actin2 M. balbisiana (BB) M. acuminata (AA) 13 diploides, IITA Cormos infectados RT4 Cormo- control EF +FocTR4 // Actin2 + FocTR4 Detección de Foc TR4 en Suelo Sample TS1 TS2 TS3 TS4 TS5 TS6 TS7 Host Cavendish Cavendish Cavendish Cavendish Cavendish Cavendish Cavendish Country Taiwan Taiwan Taiwan Taiwan Taiwan Taiwan Taiwan Plant stage Healthy plant Healthy plant Infected plant Healthy plant Healthy plant Healthy plant Infected plant TS8 TWS9 Cavendish Cavendish Taiwan Taiwan Healthy plant Infected plant AuD1 Cavendish Austrália Infected plant AuD2 Cavendish Austrália Infected plant AuD3 AuH1 AuH2 AuD3 SEcu01 Cavendish Cavendish Cavendish Cavendish Cavendish Austrália Austrália Austrália Austrália Equador Infected plant Healthy plant Healthy plant Healthy plant Healthy plant SEcu02 Cavendish Equador Healthy plant SCR01 Gros Michel Costa Rica Healthy plant SCR02 Gros Michel Costa Rica Healthy plant DNA extraction Detección de Foc RT4 in planta Fotos: M.A. Dita 1 cm Cormo 5 10 15 20 cm 25 30 1 cm Surface sterilization Medio de Komada (1975) Extracción de ADN, PCR con FocTR4 primers Aplicaciones! 1.Servicios cuarentenários- Inmediato 2.Soporte para medidadas de erradicación– Inmediato 3.Certificación de material de propagación – Y lo están solicitando 4.Análisis de riesgo! Geografic distribution (GS +) K.meters Foc Kmeters Dita et al (unpublished) Mal de Panamá en bananos: Control Uso de variedades resistentes! Control químico (en general no funcional!) Control biológico (prometedor, pero aún es visto como una tarea difícil)! Cultural control (difícil de implementar y solo no es suficiente!) Control Integrado (Ideal: variedades resistentes actor principal) Desarrollar una metodologia de screeening para la identificación temprana de genotipos resistentes (invernadero) • Elucidar mecanismos de defensa / resistencia (RT4 , R1, R2, RS4); • Entender los mecanismos de patogénesis en aislados (RT4 , R1, R2, RS4; • Realizar análises de biologia comparativa (‘fitness’) entre aislados (VCGs) representativos de diversas áreas de producción de bananos Mal de Panamá en bananos: Control Control Inoculated Sis. Aeropónico - Severn-Ellis et al. (1997) Container plástico - Subramaniam et al. (2006) Sist. Bandejas dobles Test Plantlets Support Substrate Inner tray Outer tray Drain Holes Nutrient & water excess Mohamed et al. (2001) Sist. cerrado - Smith et al. 2008 Control Inoculada Fotos: M.A. Dita 35 ddi MANZANO Susceptible TROPICAL Resistencia Moderada GRANDE NAINE Resistente Desarrollo de un bioensayo para la interacción Cavendish-TR4 Plantas inoculadas con RT4 21ddi Aislado BPS3.4 Fotos: M.A. Dita Desarrollo de un bioensayo para la interacción Cavendish-TR4 Fotos: M.A. Dita R1 vs. RT4 Interacción compatible vs. incompatible Screening de genótipos para la resistencia a Foc RT4 09 Genotipos vs. Foc TR4 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Grande Naine (AAA) Maçã (Silk) – AAB Prata (AAB) Pahang (AA) CIRAD 930 (AA) M. a. malaccensis Pahang (AA) Matavia (Bluggoe) – ABB Banksii (AA) Tuu Gia (AA) Estudios comparativos de las razas 1, 2, RS4 y RT4 utilizando EST (Expressed Sequence Tag) obtenidos mediante secuenciamiento -454. Conidios Micelio R1, R2, ST4, TR4 Con. germinados R1, R2, ST4, TR4 Extracción de ARN ARN ‘pooling’ (Micelio + Conidios + Conidios germinados) ARN m bibliotecas de cDNA de R1, R2, RS4, RT4 •Análisis comparativos de EST •Desarrolo de métodos de diagnóstico Mal de Panamá: iniciativas y proyectos actuales y desafíos para LAC Fusarium wilt of banana: an integrated approach to reduce the vulnerability of banana-dependent smallholders facing the threat of tropical race 4 (TR4) Líder: Bioversity International Mal de Panamá: iniciativas y proyectos actuales y desafíos para LAC Panama Disease in Banana: Multi-level solutions for a global problem Líder: Plant Research International - Holanda Mal de Panamá: iniciativas y proyectos actuales y desafíos para LAC RECOMENDACIONES PARA PREVENIR LA ENTRADA DE ENFERMEDADES CUARENTENARIAS DE ALTA IMPORTANCIA ECONÓMICA PARA BANANO Y PIÑA. Dirigidas a: Empleados de las compañías fruteras, representantes de compañías de agroquímicos, inspectores de Compañías Certificadoras, representantes de ONG’s, y cualquier otro visitante a plantaciones de banano en el Sur Este Asiático, y plantaciones de piña en Sur América. Mal de Panamá: iniciativas y proyectos actuales y desafíos para LAC Capacitación sobre prevención, diagnóstico y manejo del Mal de Panamá en bananos Demás países? Una iniciativa de Bioversity Internacional y MUSALAC para la reducción del impacto de la enfermedad en LAC y prevención de la entrada de la raza 4 Tropical a las Américas ? Mal de Panamá: iniciativas y proyectos actuales y desafíos para LAC $ +? Perú - Carlos Román Maestría – CATIE Epidemiología de Foc Promusa’ 2011 Salvador, Bahia, Brasil Embrapa Programa de mejoramiento de Musa – 30 Años ~ 400 Accesses 15 Cultivars released Embrapa Cassava & Tropical Fruits • Cruz das Almas, Bahia Brazil; International Meetings Banana, Pineapple Salvador, Bahia Brazil Gracias!
