Aspectos generales del hongo Fusarium y resistencia genética a pudrición de raíz por Fusarium en frijol Marco Bello, PhD USDA-ARS, Vegetable and Forage Crop Production, Prosser, WA http://www.hdtimelapse.net/details.php?movie_id=4925 Temario • Aspectos generales del hongo Fusarium • Especies importantes de Fusarium y enfermedades que causan – F. oxysporum y F. solani • Pudrición de la raíz del frijol por Fusarium • Identificación de fuentes de resistencia genética 2 Importancia de Fusarium • Extenso género de hongo filamentoso, con amplia distribución – Se reconocen entre nueve y 78 especies, dependiendo de la taxonomía a seguir – Común en suelo – Muchas especies sobreviven como saprofitos en el suelo 3 Importancia de Fusarium • Uno de los grupo de hongos de mayor importancia en la agricultura – Causan marchitamiento vascular; pudrición de raíz, corona, tallo, fruto, y semillas; dampingoff, • Importantes para la salud animal y humana – Producción de micotoxinas (zearalenona, deoxinivalenol, tricotecenos, fumonisina) • F. graminearum, F. verticillioides, F. proliferatum, F. tricinctum, F. equiseti, F. poae • Afectan tracto intestinal, desequilibrios hormonales, tumores, infertilidad, y causan la muerte – Daños en humanos puede ocurrir • Infecciones cutáneas y corneas, alergias • Principalmente en pacientes imunodeficientes • F. solani es la especie más frecuente 4 http://www.extension.iastate.edu/NR/rdonlyres/7DB3E13F-8BF4-4602-B31A-8503227B35F8/110138/rsz1002haildamagedears.jpg Biología de Fusarium • Sobrevivencia – Residuos de plantas o materia orgánica en el suelo, – Clamidosporas resisten condiciones adversas y pueden persistir por 5-15 años en ausencia de plantas – Plantación continua incrementa la densidad del inóculo • Distribución en campo – Inóculo usualmente es agregado y presente en los primeros 20 cm, y abundante en áreas donde hubo plantas susceptibles – Rastreo del suelo puede causar que el inóculo sea distribuido en otras áreas • Factores que favorecen la enfermedad – – – – – Suelos con pobre drenaje favorecen la sobrevivencia y distribución del inóculo Suelo compactado Períodos de estrés hidríco Falta de nitrógeno debilita las plantas y las predispone a la enfermedad Nitrógeno en forma de amonio (se acidifica el suelo) puede incrementar la incidencia 5 http://www.mycology.adelaide.edu.au/ Especies de Fusarium • F. oxysporum causa marchitamientos y F. solani causa pudriciones En medio de PDA: Colonias con pigmentación violeta a purpura en agar y micelio En medio de PDA: Colonias de color blanco a crema, algunas con pigmentación verde clara o azul En medio de CLA: Macroconidios son delgados y de tamaño mediano En medio de CLA: Macroconidios son más anchos y largos que F. oxysporum En medio de CLA: Microconidios son pequeños, sin septa, y formados en fialides muy cortas En medio de CLA: Microconidios son grandes, generalmente 1-3 septas, y formados en fialides largas o conidioforos ramificados 6 http://aciar.gov.au/publication/mn129 Fusarium oxysporum • Reproducción asexual (vegetativa, clonal) • Hay especificidad en patogenicidad a nivel de especies y cultivares de plantas – >120 forma specialis incluyendo pisi (chicharo), ciceri (garbanzo), phaseoli (frijol) – Razas (F. oxysporum f.sp. phaseoli races 1-7) • Genes de resistencia en plantas son generalmente efectivos para su control (resistencia vertical) No. de líneas F. oxysporum f. sp. phaseoli Susc. Res. Carácter cualitativo 7 http://www.forestryimages.org/browse/subthumb.cfm?sub=18938 Enfermedades por Fusarium oxysporum Amarillamiento del apio (F.o. f.sp. apii) Marchitamiento lechuga (F.o. f.sp. lactucae) 8 Enfermedades por Fusarium oxysporum Amarillamiento de la col, rabano (F.o. f.sp. conglutinans) 9 Enfermedades por Fusarium oxysporum Marchitamiento del tomate (F.o. f.sp. lycopersici) 10 http://www.forestryimages.org/browse/subthumb.cfm?sub=9494 Fusarium solani • Se reproduce vía sexual – Posibilidad de crear más variación genética • Hay especificidad en patogenicidad a nivel de especies y cultivares de plantas – Se reconocen 11 forma specialis – Incluyendo pisi (chicharo), phaseoli (frijol) – Solo 2 razas en F. solani f. sp. cucurbitae (pudrición de raíz, corona y fruto de cucúrbitaceas) • Resistencia genética en plantas es cuantitativa (resistencia horizontal) No. de líneas F. solani f. sp. phaseoli Res. Carácter cuantitativo Susc. 11 Pudrición de raíz en frijol • Causada por F. solani f. sp. phaseoli, sobrevive por largos tiempos • Síntomas aparecen 2-3 semanas después de la plantación • La severidad depende de otros factores de estrés abiótico 12 Pudrición de raíz en frijol 13 Identificación de resistencia • • Colección de aislamientos locales de F. solani f. sp. phaseoli Evaluación de patogenicidad y diversidad genética Tipo de compatibilidad Severidad sexual 96 69 71 65 Frijol voluntario Paterson MAT-2 2.0 de Stampede Roza MAT-1 9.0 a OAC Inferno Roza MAT-1 2.8 cd SDIP Roza MAT-2 7.0 b Red Hawk Roza MAT-2 5.5 b Buster Othello MAT-1 2.5 cde Badillo Othello MAT-2 2.5 cde Red Hawk Othello MAT-1 2.8 cd UCD-0801 Othello MAT-1 3.8 c JQ265784.1 N.haematococca mpVI 99 68 72 EF408415.1 NRRL 22276 F.phaseoli USA EF408416.1 NRRL 31156 F.phaseoli Michigan EF408413.1 NRRL 31104 F.cuneirostrum Japan 55 100 GU170636.1 NRRL 31096 F.tucumaniae Argentina AF178357.1 NRRL 22825 F.virguliforme Indiana JQ670133.1 NRRL 22678 F.brasiliense California 82 AF178331.1 NRRL 22158 F.cuneirostrum New York AB674291.1 NRRL 31157 F.cuneirostrum Michigan 55 AF178335.1 NRRL 22275 F.cuneirostrum Japan DQ837686.1 NRRL 26445 F.oxysporum f.sp. phaseoli 100 AB674281.1 MAFF 235344 F.lateritium 14 Identificación de resistencia • Evaluación de 168 líneas endogámicas recombinantes (RIL) en el invernadero – Frijol ejotero (Snap bean) OSU5446 (S) x RR6950 (R) 15 Identificación de resistencia Susceptible Inoc. Control Resistente Inoc. Control 16 Identificación de resistencia • Variables evaluadas – Severidad de la enfermedad, % biomasa seca de raíz y foliar con respecto al control Res. Susc. Severidad SR % biomasa raíz S R % biomasa foliar 17 Identificación de resistencia • Líneas parentales y F6 líneas endogámicas recombinantes fueron genotipadas – 10K marcadores moleculares de polimorfismo de base única (SNP) Genotipado basado en Indels y gel de agarosa Marcador 1 Marcador 1 18 Identificación de resistencia • Líneas parentales y F6 líneas endogámicas recombinantes fueron genotipadas – 10K marcadores moleculares de polimorfismo de base única (SNP) – El genoma del frijol está secuenciado Genotipado basado en SNP chip 19 Identificación de resistencia • Localización de regiones cromosomales involucradas en la resistencia – Frijol tiene 11 pares de cromosomas - 19 regiones en 4 cromosomas - Confieren 6-10 % de la resistencia - Genes encontrados: Clásicos “R” de resistencia y modificadores de la pared celular 20 Identificación de resistencia • Utilización de marcadores para la introgresión de la resistencia – El genoma del frijol esta secuenciado y sus genes identificados Ejemplo de marcadores a desarrollar: Marcador dominante RR OSU Res. Susc. ? ? Marcador codominante ? ? RR OSU Res. Susc. ? ? ? ? 21 Resumen • Enfermedades causadas por Fusarium son difíciles de controlar • Prácticas culturales pueden reducir el impacto de la enfermedad • Control químico puede resultar caro • Uso de variedades con resistencia es la mejor opción – Ayuda a mitigar la severidad de la enfermedad – Es un proceso lento si la fuente de resistencia proviene de germoplasma lejano y/o la resistencia es cuantitativa (horizontal) 22 Agradecimientos • Drs. Phil Miklas and Lyndon Porter – ARS-USDA, Prosser, WA • Dr. Jim Myers – Oregon State University, Corvallis, OR 23 Gracias! Preguntas? 24