Patologia de planta

Ciclo de vida del patógeno negro podrido, Xanthomonas campestris pathovar campestris

Fitopatología (también fitopatología) es el estudio científico de las enfermedades de las plantas causadas por patógenos (organismos infecciosos) y condiciones ambientales (factores fisiológicos). Los organismos que causan enfermedades infecciosas incluyen hongos, oomicetos, bacterias, virus, viroides, organismos similares a virus, fitoplasmas, protozoos, nematodos y plantas parásitas. No se incluyen ectoparásitos como insectos, ácaros, vertebrados u otras plagas que afectan la salud de las plantas al comer tejidos vegetales. La patología de las plantas también implica el estudio de la identificación de patógenos, la etiología de las enfermedades, los ciclos de las enfermedades, el impacto económico, la epidemiología de las enfermedades de las plantas, la resistencia a las enfermedades de las plantas, cómo las enfermedades de las plantas afectan a los humanos y los animales, la genética del patosistema y el manejo de las enfermedades de las plantas.

Resumen

El control de las enfermedades de las plantas es crucial para la producción confiable de alimentos y genera problemas significativos en el uso agrícola de la tierra, el agua, el combustible y otros insumos. Tanto en las poblaciones naturales como en las cultivadas, las plantas tienen una resistencia inherente a las enfermedades, pero hay numerosos ejemplos de impactos devastadores de las enfermedades de las plantas, como la Gran Hambruna de Irlanda y el tizón del castaño, así como enfermedades recurrentes de las plantas como el tizón del arroz, el nematodo del quiste de la soja y cancro de los cítricos.

Sin embargo, el control de enfermedades es razonablemente exitoso para la mayoría de los cultivos. Se logra mediante el uso de plantas que han sido mejoradas para una buena resistencia a muchas enfermedades y mediante enfoques de cultivo de plantas como la rotación de cultivos, el uso de semillas libres de patógenos, la fecha de siembra y la densidad de plantas apropiadas, el control de la humedad del campo y la aplicación de pesticidas Se necesitan avances continuos en la ciencia de la patología de las plantas para mejorar el control de enfermedades, mantenerse al día con la evolución y el movimiento continuos de los patógenos de las plantas y seguir el ritmo de los cambios en las prácticas agrícolas.

Las enfermedades de las plantas causan grandes pérdidas económicas a los agricultores de todo el mundo; consulte §Impacto económico. En grandes regiones y muchas especies de cultivos, se estima que las enfermedades suelen reducir el rendimiento de las plantas en un 10 % cada año en entornos más desarrollados, pero la pérdida de rendimiento por enfermedades a menudo supera el 20 % en entornos menos desarrollados. La Organización para la Agricultura y la Alimentación estima que las plagas y enfermedades son responsables de aproximadamente el 25% de la pérdida de cultivos. Para solucionar esto, se necesitan nuevos métodos para detectar enfermedades y plagas de forma temprana, como sensores novedosos que detecten olores de plantas y espectroscopia y biofotónica que sean capaces de diagnosticar la salud y el metabolismo de las plantas.

Patógenos de plantas

Mildew Powdery, un hongo biotrófico

En la mayoría de los patosistemas, la virulencia depende de las hidrolasas, y de la clase más amplia de proteínas que degradan la pared celular, que degradan la pared celular. La gran mayoría de los CWDP son producidos por patógenos y están dirigidos a pectinas (por ejemplo, pectinesterasa, pectato liasa y pectinasas). Para los microbios, los polisacáridos de la pared celular son en sí mismos una fuente de alimento, pero sobre todo una barrera que hay que superar.

Muchos patógenos también crecen de manera oportunista cuando el huésped rompe sus propias paredes celulares, con mayor frecuencia durante la maduración de la fruta.

Hongos

La mayoría de los hongos fitopatógenos pertenecen a los filos Ascomycota y Basidiomycota. Los hongos se reproducen tanto sexual como asexualmente mediante la producción de esporas y otras estructuras. Las esporas pueden propagarse largas distancias por aire o agua, o pueden ser transportadas por el suelo. Muchos hongos que habitan en el suelo son capaces de vivir saprotróficamente, realizando parte de su ciclo de vida en el suelo. Estos son saprotrofos facultativos. Las enfermedades fúngicas pueden controlarse mediante el uso de fungicidas y otras prácticas agrícolas. Sin embargo, a menudo evolucionan nuevas razas de hongos que son resistentes a varios fungicidas. Los patógenos fúngicos biotróficos colonizan el tejido vegetal vivo y obtienen nutrientes de las células huésped vivas. Los patógenos fúngicos necrotróficos infectan y matan el tejido del huésped y extraen los nutrientes de las células muertas del huésped. Los hongos patógenos importantes de las plantas incluyen:

Explosión de arroz, causada por un hongo necrotótico

Ascomicetos

• Fusarium spp. (Fusarium wilt disease)
• Thielaviopsis Spp. Thielaviopsis root rot)
• Verticillium Spp.
• Magnaporthe grisea (Rice blast)
• Sclerotinia sclerotiorum (Grucho de boicot)

Basidiomicetos

• Ustilago Spp.
• Rhizoctonia Spp.
• Phakospora pachyrhizi (soybean rust)
• Puccinia spp.
• Armillaria spp.

Organismos similares a hongos

Oomicetos

Los oomicetos son organismos similares a los hongos. Incluyen algunos de los patógenos de plantas más destructivos, incluido el género Phytophthora, que incluye los agentes causales del tizón tardío de la papa y la muerte súbita del roble. Especies particulares de oomicetos son responsables de la pudrición de la raíz.

A pesar de no estar estrechamente relacionados con los hongos, los oomicetos han desarrollado estrategias de infección similares. Los oomicetos son capaces de utilizar proteínas efectoras para apagar las defensas de una planta en su proceso de infección. Los fitopatólogos comúnmente los agrupan con patógenos fúngicos.

Los oomicetos patógenos de plantas significativos incluyen:

• Pythium Spp.
• Fitofora spp., incluyendo la plaga de la patata del Gran Hambre Irlandés (1845-1849)

Fitomixea

Algunos mohos mucilaginosos en Phytomyxea causan enfermedades importantes, como la raíz de club en el repollo y sus parientes y la sarna polvorienta en las papas. Estos son causados por especies de Plasmodiophora y Spongospora, respectivamente.

Bacterias

Enfermedad de la muñeca corona causada por Agrobacterium

La mayoría de las bacterias asociadas con las plantas son saprotróficas y no dañan a la planta en sí. Sin embargo, un pequeño número, alrededor de 100 especies conocidas, pueden causar enfermedades. Las enfermedades bacterianas son mucho más frecuentes en las regiones subtropicales y tropicales del mundo.

La mayoría de las bacterias patógenas de las plantas tienen forma de bastón (bacilos). Para poder colonizar la planta tienen factores de patogenicidad específicos. Se conocen cinco tipos principales de factores de patogenicidad bacteriana: usos de enzimas que degradan la pared celular, toxinas, proteínas efectoras, fitohormonas y exopolisacáridos.

Patógenos como las especies de Erwinia usan enzimas que degradan la pared celular para causar pudrición blanda. Las especies de Agrobacterium cambian el nivel de auxinas para causar tumores con fitohormonas. Los exopolisacáridos son producidos por bacterias y bloquean los vasos del xilema, lo que a menudo conduce a la muerte de la planta.

Las bacterias controlan la producción de factores de patogenicidad a través de la detección de quórum.

Vitis vinifera con infección "Ca. Phytoplasma vitis"

Patógenos bacterianos de plantas significativos:

• Burkholderia
• Pseudomonadota
  • Xanthomonas Spp.
  • Pseudomonas Spp.
• Pseudomonas syringae pv. tomate hace que las plantas de tomate produzcan menos fruta, y "continúa para adaptarse al tomate minimizando su reconocimiento por el sistema inmunitario de tomate".

Fitoplasmas y espiroplasmas

Phytoplasma y Spiroplasma son géneros de bacterias que carecen de pared celular y están emparentadas con los micoplasmas, que son patógenos humanos. Juntos se conocen como los mollicutes. También tienden a tener genomas más pequeños que la mayoría de las otras bacterias. Normalmente son transmitidos por insectos chupadores de savia, siendo transferidos al floema de la planta donde se reproduce.

Tobacco mosaico virus

Virus, viroides y organismos similares a virus

Hay muchos tipos de virus de plantas, y algunos son asintomáticos o latentes. En circunstancias normales, los virus de las plantas solo causan una pérdida de rendimiento de los cultivos. Por lo tanto, no es económicamente viable tratar de controlarlos, a excepción de cuando infectan especies perennes, como los árboles frutales.

La mayoría de los virus de plantas tienen genomas pequeños de ARN monocatenario. Sin embargo, algunos virus de plantas también tienen genomas de ARN de doble cadena o de ADN de cadena simple o doble. Estos genomas pueden codificar solo tres o cuatro proteínas: una replicasa, una proteína de cubierta, una proteína de movimiento, para permitir el movimiento de célula a célula a través de plasmodesmos y, a veces, una proteína que permite la transmisión por un vector. Los virus de plantas pueden tener varias proteínas más y emplear muchos métodos de traducción molecular diferentes.

Los virus de las plantas generalmente se transmiten de una planta a otra a través de un vector, pero también se producen transmisiones mecánicas y por semillas. La transmisión por vectores suele ser por un insecto (por ejemplo, áfidos), pero se ha demostrado que algunos hongos, nematodos y protozoos son vectores virales. En muchos casos, el insecto y el virus son específicos para la transmisión del virus, como el saltahojas de la remolacha que transmite el virus del ápice rizado que causa enfermedades en varias plantas de cultivo. Un ejemplo es la enfermedad del mosaico del tabaco, donde las hojas se empequeñecen y se destruye la clorofila de las hojas. Otro ejemplo es Bunchy top of banana, donde la planta está enana y las hojas superiores forman una roseta apretada.

Nematodos

Galles de nematodo de raíz

Los nematodos son animales pequeños, multicelulares, parecidos a gusanos. Muchos viven libremente en el suelo, pero hay algunas especies que parasitan las raíces de las plantas. Son un problema en las regiones tropicales y subtropicales del mundo, donde pueden infectar los cultivos. Los nematodos del quiste de la patata (Globodera pallida y G. rostochiensis) están ampliamente distribuidos en Europa y América del Norte y del Sur y causan $300 millones valor de los daños en Europa cada año. Los nematodos de los nudos de la raíz tienen una gama de huéspedes bastante amplia, parasitan los sistemas de raíces de las plantas y, por lo tanto, afectan directamente la absorción de agua y nutrientes necesarios para el crecimiento y la reproducción normales de las plantas, mientras que los nematodos de los quistes tienden a infectar solo a unas pocas especies. Los nematodos pueden provocar cambios radicales en las células de la raíz para facilitar su estilo de vida. También hay nematodos beneficiosos que se pueden usar como control biológico para las plagas que destruyen los cultivos. Un ejemplo prometedor es la eficacia del nematodo Steinernema rarium PAM25 contra la Drosophila suzuki, un tipo de mosca de la fruta.

Protozoos y algas

Hay algunos ejemplos de enfermedades de las plantas causadas por protozoos (p. ej., Phytomonas, un cinetoplasto). Se transmiten como zoosporas duraderas que pueden sobrevivir en estado de reposo en el suelo durante muchos años. Además, pueden transmitir virus de plantas. Cuando las zoosporas móviles entran en contacto con un pelo radicular, producen un plasmodio que invade las raíces.

Algunas algas parásitas incoloras (p. ej., Cephaleuros) también causan enfermedades en las plantas.

Plantas parásitas

Las plantas parásitas como la colza, el muérdago y la cúscuta se incluyen en el estudio de la fitopatología. Cuscuta, por ejemplo, puede ser un conducto para la transmisión de virus o agentes similares a virus de una planta huésped a una planta que normalmente no es un huésped, o para un agente que no es transmisible por injerto.

Métodos comunes de infección patógena

• Enzimas degradadas por la pared celular: Estos se utilizan para descomponer la pared celular de la planta con el fin de liberar los nutrientes dentro e incluir esterases, hidrolasas de glicosil, liases y óxidos.
• Toxinas: Estos pueden ser específicos para el huésped, que dañan todas las plantas, o específicas para el huésped, que causan daño sólo en una planta anfitriona.
• Proteínas del efecto: Estos pueden ser secretos en el entorno extracelular o directamente en la célula huésped, a menudo a través del sistema de secreción Tipo tres. Algunos efectos son conocidos para suprimir los procesos de defensa anfitriona. Esto puede incluir: reducir los mecanismos de señalización interna de las plantas o reducir la producción fitoquímica. Las bacterias, hongos y oomycetes son conocidos por esta función.
• Spores: Spores of phytopathogenic hongi can be a source of infection on host plants. Los esporas se adhieren primero a la capa cuticular sobre hojas y tallos de la planta anfitriona. Para que esto suceda, la espore infecciosa debe ser transportada de la fuente patógena. Esto ocurre a través del viento, el agua o vectores como insectos y humanos. Cuando las condiciones favorables estén presentes, la cuchara producirá un hifa modificado llamado tubo de germen. Este tubo de gérmenes más tarde forma un abulto llamado appressorium, que forma paredes celulares melanizadas para construir presión de turgor. Una vez que se acumula suficiente presión de turgor, el appressorium afirma presión contra la capa cuticular en forma de peluca de penetración endurecida. Este proceso también es ayudado por la secreción de enzimas degradantes de la pared celular del apresorio. Una vez que la peluca de penetración entra en el tejido anfitrión desarrolla un hifae especializado llamado haustorium. Basado en el ciclo de vida patógeno, este haustorio puede invadir y alimentar células vecinas intracelularmente o existir intercelularmente dentro de un huésped.

Trastornos fisiológicos de las plantas

Algunos trastornos abióticos pueden confundirse con trastornos inducidos por patógenos. Las causas abióticas incluyen procesos naturales como la sequía, las heladas, la nieve y el granizo; inundaciones y drenaje deficiente; deficiencia de nutrientes; deposición de sales minerales como cloruro de sodio y yeso; quemaduras por viento y rotura por tormentas; e incendios forestales. Trastornos similares (generalmente clasificados como abióticos) pueden ser causados por la intervención humana, lo que resulta en la compactación del suelo, la contaminación del aire y el suelo, la salinización causada por el riego y la salinización de las carreteras, la aplicación excesiva de herbicidas, el manejo torpe (por ejemplo, daños en los árboles por parte de la cortadora de césped), y vandalismo.

Hojas de orquídea con infecciones virales

Epidemiología

Epidemiología: El estudio de los factores que afectan el brote y la propagación de enfermedades infecciosas.

Triángulo de enfermedad vegetal

Un tetraedro de enfermedad (pirámide de enfermedad) captura mejor los elementos relacionados con las enfermedades de las plantas. Esta pirámide utiliza el triángulo de la enfermedad como base, que consta de elementos como: huésped, patógeno y medio ambiente. Además de estos tres elementos, los humanos y el tiempo agregan los elementos restantes para crear un tetraedro de enfermedad.

Historia: Epidemias de enfermedades de las plantas que se conocen históricamente en base a enormes pérdidas:

- Tizón tardío de la patata irlandesa

- Enfermedad del olmo holandés

- Tizón del castaño en América del Norte

Factores que afectan las epidemias:

Hospedador: nivel de resistencia o susceptibilidad, edad y genética.

Patógeno: cantidad de inóculo, genética y tipo de reproducción

Resistencia a enfermedades

La resistencia de las plantas a las enfermedades es la capacidad de una planta para prevenir y eliminar las infecciones de los patógenos de las plantas.

Las estructuras que ayudan a las plantas a prevenir enfermedades son: la capa cuticular, las paredes celulares y las células protectoras de los estomas. Estos actúan como una barrera para evitar que los patógenos entren en la planta huésped.

Una vez que las enfermedades han superado estas barreras, los receptores de plantas inician vías de señalización para crear moléculas que compitan contra las moléculas extrañas. Estas vías están influenciadas y desencadenadas por genes dentro de la planta huésped y son susceptibles de ser manipuladas por mejoramiento genético para crear variedades de plantas resistentes a patógenos destructivos.

Entre los mecanismos de defensa, la disuasión química del establecimiento y alimentación de plagas, como la inducción de compuestos defensivos, puede ser una estrategia clave para reducir el daño de los herbívoros.

Administración

Antes de que se puedan tomar medidas de control, se debe detectar el patógeno. Los métodos antiguos de examinar las hojas y romper el material vegetal a mano ahora se complementan con tecnologías más nuevas. Estos incluyen ensayos de patología molecular como la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), RT-PCR y amplificación isotérmica mediada por bucle (LAMP). Aunque la PCR puede detectar múltiples objetivos moleculares en una sola solución, existen límites. Bertolini et al 2001, Ito et al 2002 y Ragozzino et al 2004 desarrollaron métodos de PCR para multiplexar seis o siete productos moleculares de patógenos vegetales y Persson et al 2005 para multiplexar cuatro con RT-PCR. Un diagnóstico molecular más extenso requiere matrices de PCR.

Cuarentena doméstica

Un parche de vegetación enfermo o plantas individuales se pueden aislar de otro crecimiento saludable. Los especímenes pueden destruirse o reubicarse en un invernadero para su tratamiento o estudio.

Inspección y cuarentena en puertos y fronteras

Otra opción es evitar la introducción de organismos no nativos nocivos mediante el control de todo el tráfico y la actividad humana (por ejemplo, el Servicio de Inspección y Cuarentena de Australia), aunque la legislación y el cumplimiento son cruciales para garantizar una eficacia duradera. El volumen actual del comercio mundial está brindando, y continuará brindando, oportunidades sin precedentes para la introducción de plagas de plantas. En los Estados Unidos, incluso para obtener una mejor estimación del número de tales introducciones y, por lo tanto, la necesidad de imponer cuarentena e inspección en puertos y fronteras, requeriría un aumento sustancial de las inspecciones. En Australia, una deficiencia similar de comprensión tiene un origen diferente: las inspecciones portuarias no son muy útiles porque los inspectores saben muy poco sobre taxonomía. A menudo, hay plagas que el gobierno australiano ha priorizado como dañinas para mantenerlas fuera del país, pero que tienen parientes taxonómicos cercanos que confunden el problema. Y los inspectores también se encuentran con lo contrario: nativos inofensivos, o nativos no descubiertos, o nativos recién descubiertos con los que no necesitan molestarse pero que son fáciles de confundir con sus familiares extranjeros proscritos.

Se ha probado la irradiación de alimentos con rayos X y haz de electrones/E como tratamiento de cuarentena para productos de frutas originarios de Hawái. La FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos) de los EE. UU., el USDA APHIS (Servicio de Inspección de Sanidad Animal y Vegetal), los productores y los consumidores aceptaron los resultados: una erradicación de plagas más completa y una menor degradación del sabor que el tratamiento térmico.

La Convención Internacional de Protección Fitosanitaria (CIPF) prevé que los diagnósticos moleculares para las inspecciones seguirán mejorando. Entre 2020 y 2030, la CIPF espera una mejora tecnológica continua para reducir los costos y mejorar el rendimiento, aunque no para los países menos desarrollados a menos que cambie la financiación.

Cultura

La agricultura en algunas sociedades se mantiene a pequeña escala, atendida por pueblos cuya cultura incluye tradiciones agrícolas que se remontan a la antigüedad. (Un ejemplo de tales tradiciones sería el entrenamiento de por vida en técnicas de terrazas de parcelas, anticipación y respuesta climática, fertilización, injertos, cuidado de semillas y jardinería dedicada). vigor general. Si bien es primitivo en el sentido de ser la solución que requiere más mano de obra con diferencia, cuando es práctico o necesario es más que adecuado.

Resistencia de las plantas

Los desarrollos agrícolas sofisticados ahora permiten a los productores elegir entre especies cruzadas sistemáticamente para garantizar la mayor resistencia en sus cultivos, según se adapte al perfil patológico de una región en particular. Las prácticas de mejoramiento se han perfeccionado durante siglos, pero con el advenimiento de la manipulación genética es posible un control aún más preciso de los rasgos de inmunidad de un cultivo. Sin embargo, la ingeniería de las plantas alimenticias puede ser menos gratificante, ya que la mayor producción suele verse contrarrestada por la sospecha popular y la opinión negativa sobre esta 'manipulación'. con la naturaleza

Química

Se pueden emplear muchos compuestos naturales y sintéticos para combatir las amenazas anteriores. Este método funciona eliminando directamente los organismos que causan enfermedades o frenando su propagación; sin embargo, se ha demostrado que tiene un efecto demasiado amplio, por lo general, para ser bueno para el ecosistema local. Desde un punto de vista económico, todos los aditivos naturales, excepto los más simples, pueden descalificar a un producto como "orgánico" estado, reduciendo potencialmente el valor del rendimiento.

Biológica

La rotación de cultivos puede ser un medio eficaz para evitar que una población parasitaria se establezca bien. Por ejemplo, la protección contra la infección por Agrobacterium tumefaciens, que causa agallas en muchas plantas, sumergiendo los esquejes en suspensiones de Agrobacterium radiobacter antes de introducirlos en el suelo para que echen raíces. Pueden existir otros medios para socavar los parásitos sin atacarlos directamente.

Integrado

El uso de dos o más de estos métodos en combinación ofrece una mayor probabilidad de efectividad.

Impacto económico

Al 2018 las enfermedades más costosas de los cultivos más producidos a nivel mundial son:

Historia

La patología vegetal se ha desarrollado desde la antigüedad, comenzando con Teofrasto en la era antigua, pero el estudio científico comenzó en el período moderno temprano con la invención del microscopio y se desarrolló en el siglo XIX.