Variabilidad fenotípica y genotípica de aislamientos de Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary, agente causal de la esclerotinia del poroto en el NOA

Abstract

El poroto común (Phaseolus vulgaris L.) es la leguminosa alimenticia más importante para el consumo humano a nivel mundial. La esclerotinia, causada por Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary, es una enfermedad devastadora que afecta al cultivo de poroto en todo el mundo. En Argentina, se ha detectado esta enfermedad en todas las áreas de producción de poroto, principalmente al norte de la provincia de Salta, produciendo pérdidas de rendimiento y calidad de hasta el 100% en variedades de poroto susceptibles y en condiciones climáticas favorables para el desarrollo de la enfermedad. El objetivo de este estudio fue caracterizar la variabilidad fenotípica y genotípica de aislados de S. sclerotiorum provenientes de lotes comerciales de poroto ubicados en la principal área de producción de Argentina, empleando caracteres morfológicos, marcadores moleculares, y ensayos de patogenicidad para aportar conocimiento a los programas de mejoramiento. Se relevaron seis lotes comerciales de poroto y se recolectaron 116 aislados de S. sclerotiorum. Los aislados mostraron una alta variabilidad fenotípica, genética y patogénica. Se detectaron altos niveles de diversidad genotípica mediante grupos de compatibilidad micelial (MCG), marcadores moleculares URP (Universal Rice Primers) y microsatélites (SSR). Se identificaron 52 MCG, 59 haplotipos URP y 30 haplotipos MLH (Multilocus Haplotype). Todos los MCG fueron específicos de cada sitio, mientras que los haplotipos URP y MLH se compartieron entre lotes. Las distancias genéticas calculadas en base a los datos moleculares (URP y SSR) no se correlacionaron con las distancias geográficas. Más aún, el estudio con marcadores SSR no mostró diferenciación poblacional significativa en la muestra analizada, lo que se corroboró en los análisis de coordenadas principales y de agrupamientos. En concordancia, los resultados del análisis molecular de la varianza (AMOVA) y los valores de Fst de a pares, sugirieron la existencia de un moderado a alto flujo génico entre las localidades. El estudio con microsatélites permitió inferir el comportamiento reproductivo de S. sclerotiorum a través del análisis del desequilibrio de ligamiento entre loci. Los resultados obtenidos revelaron un alto nivel de variabilidad entre los aislados y la ocurrencia de ambos tipos de reproducción, clonal y sexual, pero con predominancia de la recombinación sexual en la mayoría de las poblaciones analizadas. La falta de diferenciación y la existencia de flujo génico estarían influenciados por la dispersión de inóculo fúngico, en forma de esclerocios o semillas colonizadas con micelio, de un campo a otro, al transportar restos de la cosecha y suelo contaminado mediante la maquinaria agrícola. También, las ascosporas transportadas por el aire, que constituyen una fuente común de infección dentro de los campos, podrían ser un mecanismo para la dispersión de haplotipos entre las poblaciones a larga distancia. Las poblaciones con niveles altos de diversidad genética y reproducción sexual proporcionan un amplio espectro de genotipos que pueden contribuir a una evolución rápida del patógeno aumentando la probabilidad de que el patógeno supere la resistencia de la planta hospedante y/o se seleccionen individuos con genes de resistencia a los fungicidas ampliamente utilizados, lo que implicaría un gran desafío en el manejo de la esclerotinia del poroto. Por otro lado, en invernadero, se evaluó la agresividad de los aislados mediante Straw test empleando la variedad Leales 24 INTA y la mayoría de los aislados resultaron altamente agresivos, sin variación entre las localidades. También, se evaluó la resistencia fisiológica de 20 genotipos de poroto contra cinco aislados genéticamente distintos con múltiples inoculaciones a corto, mediano y largo plazo y se determinó el área bajo la curva de progreso de la enfermedad (ABCPE). Se observaron diferencias altamente significativas (P < 0,001) entre los aislados, genotipos e interacción genotipo x aislado en las tres fechas de evaluación. A corto plazo y mediano plazo se encontraron genotipos resistentes, intermedios y susceptibles. Sin embargo, el único genotipo que resultó resistente a largo plazo a los cinco aislados fue la línea A 195. Esta línea, por sus características agronómicas y sanitarias, sería un candidato prometedor para ser utilizado para el mejoramiento de las líneas y variedades de poroto de Argentina. El presente estudio proporciona, por primera vez, información sobre la diversidad, estructura poblacional, comportamiento reproductivo de S. sclerotiorum e información sobre la resistencia fisiológica de genotipos de poroto. Estos resultados son valiosos para los programas regionales de mejoramiento genético de poroto destinados a obtener variedades ampliamente adaptadas con resistencia duradera, lo que contribuye al desarrollo de estrategias de manejo sostenible para minimizar las pérdidas de rendimiento debido a la esclerotinia en la producción de poroto.

Common bean (Phaseolus vulgaris L.) is the most important food legume for human bean consumption worldwide. White mould, caused by Sclerotinia sclerotiorum (Lib.) de Bary, is one of the most threatening fungal diseases occurring across major bean production regions around the world. In Argentina, this disease has been detected in all areas of bean production, mainly north of the province of Salta, producing yield and quality losses up to 100% on susceptible common bean cultivars and favourable weather conditions for the development of the disease. The aim of this study was to characterize the phenotypic and genotypic variability of S. sclerotiorum isolates from six dry bean fields in the main production area of Argentina by means of molecular, morphological and pathogenic approaches to contribute to breeding programs. A total of 116 isolates of S. sclerotiorum were collected in six dry bean fields. A high genotypic, phenotypic and pathogenic variability was observed among the isolates using mycelial compatibility groups (MCG), URP molecular markers (Universal Rice Primers) and microsatellites (SSR). A total of 52 MCG, 59 URP and 30 multilocus haplotypes (MLH) were found. All the MCG were location specific, while URP and MLH haplotypes were shared among locations. Based on molecular data (URP and SSR), genetic distances were not correlated with geographical distances. Moreover, significant population differentiation was not observed using SSR markers, which was corroborated in the analysis of principal coordinates and UPGMA clustering. In agreement, the results of the analysis of molecular variance (AMOVA) and pairwise Fst values suggested the existence of a moderate to high gene flow between some locations. Microsatellites markers allowed to inferred the reproductive behaviour of S. sclerotiorum through the linkage disequilibrium analysis between loci. The results generated in this study suggested high levels of variability between isolates and the occurrence of both types of reproduction, clonal and sexual, but with predominance of sexual recombination in most of the analysed populations. The lack of differentiation and the existence of gene flow may occur through spreading fungal inoculum in the form of sclerotia or seeds colonized with mycelium, from one field to another, by transporting crop residues and contaminated soil in agricultural machinery. In addition, airborne ascospores, which constitute a common source of infection within fields, might be a mechanism for long-distance dispersal of haplotypes among populations. Populations with high levels of genetic diversity and sexual reproduction provide a broad spectrum of genotypes that tend to evolve faster increasing the probability of the pathogen to overcome the resistance of the host plant and to select individuals with resistance to widely used fungicides, which implies a great challenge in the management of White Mould. On the other hand, the aggressiveness of the isolates towards Leales 24 INTA bean seedlings was assessed using the modified straw test in the greenhouse. Most of the isolates were highly aggressive, while no variation among locations was observed. The physiological resistance of 20 common bean genotypes was screened against five genetically distinct isolates of S. sclerotiorum with multiple inoculations at short, medium and long-term evaluations, and the area under disease progress curve (AUDPC) was determined. Highly significant differences (P < 0.001) were observed between isolates, genotypes and genotype x isolate interaction at the three evaluations dates. In the short- and medium-term evaluations, resistant, intermediate and susceptible genotypes were found. However, line A 195 was the only white mould resistant genotype in the long-term evaluation. This line, due to its agronomic and sanitary characteristics, would be a promising candidate to be used by breeders to improve the lines and varieties of common bean in Argentina. The present study provides, for the first time, information on the diversity, population structure, reproductive behaviour of S. sclerotiorum and information of the physiological resistance of common bean genotypes. This work represents a valuable contribution to regional breeding programmes aimed to obtain cultivars with durable resistance, which contributes to the development of sustainable management strategies in bean production aimed to minimize yield losses due to white mould.