Teorica N° 1

2016
FITOPATOLOGIA
Los organismos y factores ambientales que causan enfermedad
en las plantas
Los mecanismos por los cuales se induce la enfermedad
Métodos de prevención y control de la enfermedad
Biología
Molecular
Genética
ENFERMEDAD
Cuando las funciones normales de una planta se ven
interferidas por organismos o factores ambientales, las
actividades celulares se ven alteradas, inhibidas o
interrumpidas, las células mueren y parte del tejido o la planta
entera se enferma
Microbiología
Fitopatología
Biotecnología
SINTOMAS
Ecología
Los cambios visibles de una planta enferma en relación a una
sana
Fisiología
2
1
Representación esquemática de las funciones básicas alteradas
Planta
SANA
3
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
Planta
ENFERMA
4
1
2016
Representación esquemática de las funciones básicas alteradas
Planta
SANA
Representación esquemática de las funciones básicas alteradas
Planta
ENFERMA
Planta
SANA
Planta
ENFERMA
x
Dificulta absorción de
agua y nutrientes
Taponamiento de
vasos del xilema
Interfiere con
traslocación de
agua y nutrientes
hacia parte
superior de planta
XX Pudrición de la raíz
5
6
Representación esquemática de las funciones básicas alteradas
Planta
SANA
Representación esquemática de las funciones básicas alteradas
Planta
ENFERMA
Tizon
foliar
Planta
SANA
Interfieren fotosíntesis
Planta
ENFERMA
Interfieren con reproducción
Mancha foliar
7
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
8
2
2016
Representación esquemática de las funciones básicas alteradas
Planta
SANA
Clasificación de enfermedades
Planta
ENFERMA
Microorganismos
Interfieren con reproducción
Afectan metabolismo
•Enzimas
•Toxinas
•Reguladores crecimiento
•Debilitamiento x
consumo de nutrientes
Interfiere con traslocación de
fotosintatos hacia parte
inferior de planta
Cultivo
Algunos P
generalistas
Dificulta absorción de
agua y nutrientes
X
Como clasificar las enfermedades?
9
Clasificación útil: Tipo de patógeno
Síntomas
•Domesticación de animales y plantas entre aprox. –11000 y –2500 AC.
Tipo de planta afectada
•Surge de manera “no consciente” (no hay modelo previo que imitar) en
9 áreas, de donde son nativas las especies salvajes con aptitudes.
Tejido afectado
•Evolución de un síndrome de domesticación:
1) Perdida de mecanismos de dispersión
2) Aumento de biomasa del grano
Hongos
Organismos procariontes
Plantas parásitas
Virus y viroides
Nematodes
Protozoos
Temperatura
Humedad del suelo
Luz
Oxígeno
Contaminación ambiental
Deficiencias nutricionales
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
10
Historia de la Fitopatología
Cómo clasificar las enfermedades?
Enfermedades
1 solo cultivo
Numerosos cultivos
Interfiere con traslocación de
agua y nutrientes hacia parte
superior de planta
Factores abióticos
Enfermedades
causadas por
agentes abióticos
Algunos P muy
específicos
Interfieren fotosíntesis
•T°
•Humedad
•Nutrientes
•Contaminantes
Ocurren x encima o x debajo
de tolerancia de plantas
Enfermedades
causadas por
agentes bióticos
Cientos de
enfermedades
salvaje
domesticado
abscición
11
Asouti & Fuller. 2013. Current Anthropology, 54:. 299-345
Desarticulación de (A) un antecio
de trigo salvaje y (B) de uno
domesticado. La parte usualmente
recuperada
en
yacimientos
arqueológicos muestra la diferencia
entre el tipo salvaje donde el
raquis que se separa por abscisión
limpia y en el domesticado sólo
que puede desprenderse sólo a
través de la acción humana (trilla).
12
3
2016
Historia de la Fitopatología
Caracteres en cultivos asociados a domesticación
Semilla
Mayor tamaño
Redistribución de recursos
Cubierta seminal más delgada, ablandamiento
Cambio en la arquitectura de la inflorescencia
Mayor rendimiento y productividad
Pérdida de la dormancia
Raíz y Tubérculo
Crecimiento determinado
Cambio en el sabor
Redistribución de recursos
Cambio en el contenido de almidón
Capacidad de prosperar en ambiente
modificado
Frutos
Disminución de las ramificaciones
Cambio en el sabor
Redistribución de recursos
Mayor tamaño
Reducción del ciclo de cultivo
Fruto más blando
13
Meyer & Purugganan. 2013. Nature Reviews Genetics 14, 840–52 (2013) doi:10.1038/nrg3605
Diamond. 2002. Nature 418, 700-707 . doi :10.1038/nature01019.
Historia de la Fitopatología
14
Historia de la Fitopatología
1000
750
450 300
0
hoy
Enfermedades mencionadas en Homero (1000 ac) y en el Viejo Testamento
(750 ac).
Homero menciona propiedades terapeúticas de sulfuro sobre planas enfermas
Son causa de la “Ira Divina”.
Mildius y Tizones son mencionados entre las calamidades de la humanidad.
15
Meyer & Purugganan. 2013. Nature Reviews Genetics 14, 840–52 (2013) doi:10.1038/nrg3605
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
16
4
2016
Historia de la Fitopatología
Historia de la Fitopatología
Anton van Leeuwenhoek
Periodo oscuro. Sin avances relevantes
Teofrasto
1000
750
450 300
0
1600
hoy
En 300 ac Teofrasto considerado el “Padre de la Botánica”. Mirada descriptiva
de las enfermedades.
Teoría de la Generación Espontánea: “ Algunas formas de vida podrían
generarse a partir de materia muerta”. (Comienza a ser objetada en S. XVII)
1000 450 300
0
hoy
1675
1675 Anton van Leeuwenhoek (Holanda) inventó el microscopio.
1683 Describe bacterias que observa en el microscopio
17
18
Historia de la Fitopatología
Periodo oscuro. Sin avances relevantes
1000 450 300
0
Historia de la Fitopatología
Periodo oscuro. Sin avances relevantes
Mecheli
1675 1729
hoy
1729. Pier Antonio Mecheli describe numerosos géneros de hongos e ilustra
sus estructuras reproductivas “Nova Plantarum Genera”.
También comenta que cuando dichas estructuras eran colocadas sobre rodajas
frescas de melon, crecían y producían las estructuras originales, por lo que
propone que “los hongos” se originan de sus propias esporas no de
“generación espontánea”
19
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
1000 450 300
0
1675 1729
1755
hoy
1755. Tillet realiza experimentos espolvorenado las esporas del carbón sobre
plantas de Trigo y demuestra que así puede incrementar número de plantas
enfermas. De la misma manera, se controla con sulfato de cobre.
Sin embargo, su interpretación es errónea dado que considera que las esporas
poseen un veneno que enferma a la planta.
20
5
2016
Historia de la Fitopatología
Periodo oscuro.
Sin avances relevantes
Historia de la Fitopatología
Francesco Redi
Lazzaro Spallanzani
Re Unger Meyen
Periodo oscuro.
Sin avances relevantes
L. Pasteur
De Bary
1861
1000 450 300
0
1688
1807 1833 1841
1769
hoy
Teoría Autogénica.
Luis Pasteur comprueba que los microorganismos se producían de microor.
Preexistentes. “Teoría Germinal de la Enfermedad”
21
Triángulo de la Enfermedad
= Interacciones entre Hospedante-Patógeno-Ambiente
Especie
Edad
Monocultivo
Resistencia
Inóculo
reproducción
Virulencia
diseminación
T
AMBIENTE
Sustratos
Nutrientes
Temperatura
Humedad
T = Tiempo. Necesario para que
23
se desarrolle la enfermedad
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
1000 450 300
0
1675 1729 1755
1861-1863
Koch
1879
hoy
1861-1863. Anton DeBary (Padre de la micología moderna) establece que los
hongos son la causa, no la consecuencia de las enfermedades. Ej. prueba que
el tizón de la papa es causado por un hongo.
Robert Koch. Propone que para verificar que un microorg. Es el causante de
una enfermedad se deber realizar un número de pasos “Postulados de Koch”.
22
Relevancia de las enfermedades de
plantas
IMPACTO
•Puede transformar a una planta tóxica para consumo humano o animal
•Reducción de cantidad y Calidad de Cultivos
•Limita la presencia de una planta en un área determinada
•Limita industria en un área determinada
•Pérdidas económicas
•Pérdidas humanas y cambios socio-culturales
24
6
2016
Relevancia de las enfermedades de plantas
•Transforma una planta en tóxica para consumo humano o animal.
Ergotismo
Agente causal: Claviceps purpurea (Ascomycota)
C. purpurea reemplaza granos por esclerocios (estruct. de resistencia).
Los esclerocios contienen alcaloides y quedan en el suelo o son
cosechados con los granos
Ergotismo
Consecuencias sociales:
Edad Media: enfermedad conocida como "fuego sagrado" o
"fuego de San Antonio“ fueron atendidos en hospitales
dedicados a San Antonio
Brujas de Salem
Revolución Francesa
Control: rotación de cultivos, buenas
practicas de manejo, estándares de
granos en el centeno y el trigo.
(Courtesy R. A. Kilpatrick)
Ingestión de
esclerocios
alucinaciones
ardor u hormigueo debajo de la piel
aborto involuntario, gangrena
pérdida de extremidades, muerte
25
Relevancia de las enfermedades de plantas
1860. tumores en raíces, hojas amarillas hasta rojizas, caía de
hojas, sin producción de frutos. Plantas muertas al siguiente año.
Agente: Afido (Phylloxera), importado de EEUU con las nuevas
variedades!!.
Control: Importación de variedades resistentes.
•Reducción de cantidad y calidad de cultivos.
Viñedos de Inglaterra y Francia
1840. En hojas jóvenes: manchas blancas
Enfermedad: powdery mildew. Agente causal: Uncinula necator
(Hongo)
1854. Producción de vino de Francia sufrió reducción de 80%
Control: 1° importación de variedades de otros países
2° aplicación de polvo de azufre sobre hojas
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
26
27
28
7
2016
1878. En un nuevo intento de control se introducen nuevas
variedades de EEUU.
Manchas en cara abaxial de hojas. Enfermedad: Downy mildew
Agente: Plasmopara viticola (Oomycota). Grandes pérdidas
Relevancia de las enfermedades de plantas
•Reducción de cantidad y Calidad de Cultivos
Enfermedad: Tizón tardío de la papa (Potato Late Blight)
Agente: Phytophthora infestans
Papa: originaria de América pero hacia 1800 cultivo bien establecido
en Europa.
Componentes de la Epidemia
Irlanda: Extrema dependencia del cultivo de las clases más bajas para
consumo y pago de impuestos.
1885. P.A. Millardet. 1° Fungicida (sulfato de cobre+ limo): Caldo
bordelés
Clima húmedo y fresco. Propicio para P. infestans
En 1845. Cultivo Uniforme
Todavía se mantenía la Teoría de Generación espontánea
Cepa virulenta
29
Consecuencias
Sociales:
1) La población disminuyó en 15 años de 8 mill. a 1 mill
2) 1 mill de personas emigraron a EEUU y Canadá
Relevancia de las enfermedades de plantas
•Reducción de cantidad y Calidad de Cultivos
Fitopatología : Anton de Bary. Experimentos inoculando el hongo y
comparando con un control
Peligro de Monocultivos
Bases de estudios epidemiológicos Dispersión de inóculo
Condiciones ambientales
Exodo
Especimen del Kew
Garden herbarium,
colectada in 1847,
durante la epifitia. La
leyenda cita “Botrytis
infestans”, dado que no
se sabía que
Phytophthora no
pertenece a los mildew
causados por Botrytis
© Marco
Thines/Senckenberg
Gesellschaft für
Naturforschung
Powelson, M. and Inglis, D.A. 1998. Potato Late Blight: Live on the Internet. APSnet Features.
31
Online. doi: 10.1094/APSnetFeature-1998-0398
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
30
Enfermedad. Roya del café
Agente causal: Hemileia vastatrix
Plant Dis. 68:89-93. Used by permission from P.A. Arneson
Impacto: Roya del café es la enfermedad de café de mayor
importancia económica en el mundo, y en valor monetario, el café es
el producto agrícola más importante en el comercio internacional.
Arneson, P.A. 2000. Coffee rust. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-I-2000-0718-02. Updated 2011.32
8
2016
Relevancia de las enfermedades de plantas
Origen: planta de sotobosque en Etiopía.
Brebaje: Casas de café en Egipto, Arabia y Turquía.
Holanda comenzó a plantar café en sus colonias de Ceilán, Sumatra y Java.
Luego fue cedido a Inglaterra quien expande cultivos
1861. Enfermedad reportada por 1° vez en las especies silvestres de Coffea
en la región del Lago Victoria de África Oriental.
1869. HJ Berkeley y Broome describen el hongo asociado con la
enfermedad en algunas hojas, secas, enviadas desde Ceilán (hoy Sri
Lanka).
Signo =
Pustulas
Hemileia vastatrix
Sintomas
Lesiones cloróticas y necróticas en los
márgenes de las hojas. La planta puede 33
morir
en un par de temporadas
Relevancia de las enfermedades de plantas
Enfermedad: Enfermedad del Olmo Holandés
Agente causal: Ophiostoma spp. (originalmente O. ulmi , ahora O.
novo-ulmi en Norte America y Europa.
Hospedante: Ulmus
Síntomas: marchitamiento vascular
1° evidencias: hojas amarillas y recurvadas, luego necróticas
Esto puede afectar a la corona.
Finalmente mueren
Ciclo: 1° Latencia como micelio o sinemas en corteza
2° Se dispersan x vectores: escarabajos. El escarabajo hembra
adulta entra a través de la corteza de los olmos muertos o moribundos
y troncos de olmos y crea un túnel en la madera mientras se alimenta.
Pone los huevos en el túnel. Las larvas que comienzan a alimentarse,
creando túneles perpendiculares al túnel materno.
D’Arcy,C.J.. 2000. Dutch elm disease. The Plant Health Instructor. DOI: 10.1094/PHI-I-2000-0721-02. Updated 2005.
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
35
Relevancia de las enfermedades de plantas
Agente causal: Hemileia vastatrix
1879. Ward (Bot.) señala los riesgos de siembra generalizada de café
sin protección contra el viento.
Propone uso de fungicida (cal-azufre)
Perdidas
Impacto social
Inglaterra comienza cultivo de te.
Cuarentena:
1970. Ingresa en Brasil. Se delimitó una “zona de seguridad” de 80 km de
ancho
18 meses después había saltado la brecha en la dirección de los vientos
dominantes.
América Central
Control
•Fungicidas
•Reducción de densidad de cultivo
•Variedades resistentes de café
(by permission from H.D. Thurston)34
Relevancia de las enfermedades de plantas
Enfermedad: Enfermedad del Olmo Holandés
Ciclo
Brown & Brotzman
University of Illinois
(The American
Phytopathological Society)
Conidios
Sinemas
R.J. Stipes
Larvas
L.M. Gardiner
Galerías
D.M. Elgersma
C.L. Vasos36xilema
con tilosis
9
2016
Relevancia de las enfermedades de plantas
Impacto de la Enfermedad
•1920. 1° Epifitia. Introducción de O. ulmi en EEUU en madera
importada de Europa (el escarabajo ya había sido introducido antes).
•Más tarde ingresó O. novo-ulmi, más agresivo.
•Se propagó por toda la costa este de EEUU y a través del continente,
llegó a la Costa Oeste en 1973.
•Se perdieron más de 40 millones de árboles de olmos americanos
•Hoy en día sigue siendo una enfermedad muy destructiva
37
Relevancia de las enfermedades de plantas
Enfermedad: Tizón del Castaño
Agente causal: Cryphonectria parasitica (= Endothia parasitica).Ascomycota.
Hospedante: Castanea dentata
Síntomas: Cancro
•C. parasitica ingresa por heridas
•Se desarrolla por debajo de la corteza y afecta al cambium alrededor
de la ramita, rama o tronco.
•Los brotes nuevos se vuelven a infectar, y mueren, y el proceso
comienza de nuevo.
Distribución en
1973
39
Anagnostakis SL 2000. Revitalization of the Majestic Chestnut: Chestnut Blight Disease. APSnet Features. doi: 10.1094/APSnetFeature-20001200
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
Relevancia de las enfermedades de plantas
Control
•Remoción de árboles enfermos
•Eliminar el vector: Insecticidas fueron rechazados
•Eliminar el Hongo: Fungicidas de aplicación directa y sistémica (poco
uso)
•Obtención de variedades resistentes
38
Impacto de la Enfermedad
1904. 1° reporte en EEUU sobre C. dentata en Nueva York.
Ningún control fue efectivo (trat. químico, limpieza y quemado de
árboles)
1912. Cuarentena para disminuir dispersión
1926. Reportes en toda la zona de distribución nativa.
Se cree que la enfermedad fue importada desde Japón y China por la
introducción de C. crenata que se infecta pero es resistente.
40
10
2016
Relevancia de las enfermedades de plantas
1965. En Italia se detectan cepas “hipovirulentas”
Su inoculación sobre cancros detiene el progreso de la enfermedad
Se utilizaron con éxito en Francia
1972. Se importan a EEUU y son inoculadas en árboles enfermos
Confrontación de cepas virulentas
vs hipovirulentas. Cuando hay
transmisión de hipovirulencia
disminuye coloración naranja
•La hipovirulencia se debe a la
presencia de un virus.
•Se identificaron varios virus.
•Se insertó el genoma viral en el
del hongo produciendo un
recombinante estable que es
transmitido a las esporas
Relevancia de las enfermedades de plantas
Enfermedad: Tizón del Castaño
Control:
Variedades resistentes. Utilizando la especie japonesa con resistencia
parcial
Diagrama de cruzas utilizado por la Estación
Experimental Agrícola de Connecticut y la
Fundación Americana del castaño. SE basan en
la premisa que hay 2 genes involucrados en la
resistencia
Particulas virales en
C. parasitica
Hillman et al 1994. Hypoviridae. IN: “Virus Taxonomy: Sixth Report of the International Committee for the Taxonomy of Viruses” Springer-Verlag,
Wein, New York, 580 pp.
Huber & Fulbright. 1994. Preliminary investigations on the effect of individual vic genes upon the transmission of dsRNA in Cryphonectria
41
parasitica. pp 15-19 IN: “Proceedings of the International Chestnut Conference University Press, Morgantown.
Fitopatología. Teórica N° 1- Historia e Impacto
42
11