Desarrollo de estrategias de biocontrol para un manejo fitosanitario sustentable de cultivos de importancia regional

Abstract

Actualmente urge la necesidad de generar prácticas agrícolas sustentables apoyadas en la conservación de los recursos naturales elementales tales como el suelo, agua y biodiversidad, sin generar efectos dañinos en la salud humana y animal, contexto en el que los bioproductos o insumos biológicos, son elementos claves. Estos insumos son productos obtenidos a partir de organismos vivos o sus derivados, que mediante el uso de herramientas biotecnológicas permiten cubrir un amplio espectro de prestaciones generando un efecto benéfico sobre la sanidad o el crecimiento de los cultivos. En este trabajo de tesis se diseñó y optimizó la producción de un extracto acuoso vegetal (EAF) a partir de hojas de frutilla (Fragaria x ananassa Duch.), enriquecido en dos compuestos fenólicos previamente aislados y caracterizados (HeT y HgT) con propiedades antimicrobianas e inductoras de la defensa vegetal contra patógenos. Se logró poner a punto un protocolo para la obtención de EAF de bajo costo económico, simple e inocuo. El efecto protector de EAF contra enfermedades se evaluó en la planta modelo Arabidopsis thaliana y en los cultivos de soja (Glycine max), caña de azúcar (Saccharum officinarum) y limonero (Citrus limon). En A. thaliana se evaluó el efecto de protección contra las enfermedades producidas por Pseudomanas viridiflava y Botrytis cinerea. Se determinó que el EAF redujo los síntomas de ambas enfermedades cuando se aplicaron concentraciones subinhibitorias (0,012 g PF/mL) 4 días antes de la inoculación con los patógenos. Se comprobó que el fenómeno de protección sería consecuencia de la inducción de las defensas vegetales innatas ya que se produjeron eventos bioquímicos asociados, tales como la acumulación de Especies Reactivas del Oxígeno (EROs), incremento de los depósitos de calosa, del contenido de compuestos fenólicos totales, y la inducción de genes relacionados a las principales vías de señalización de las defensas: PR1 (ácido salicílico), PDF1.2 (ácido jasmónico/etileno), PR2 y PR4 (etileno) y VSP1 (ácido jasmónico). En soja se determinó que el EAF también ejerce un efecto de protección mediante la inducción de las defensas innatas de la planta. La aplicación foliar del EAF 3 días previos a la inoculación disminuyó en un 40% los síntomas de la enfermedad de la mancha anillada causada por Corynespora cassiícola, e indujo la acumulación de EROs, calosa y compuestos fenólicos totales, y la sobreexpresión de los genes de defensa PR1, PR10 (ácido jasmonico/etileno), SCaM4 y SCaM5 (señalización de calcio).En caña de azúcar, el tratamiento externo con EAF no produjo una reducción significativa en la severidad de los síntomas producidos por la inoculación con Acidovorax avenae, agente causal de la estría roja, pero si redujo la incidencia de la enfermedad. En citrus, se evaluó la capacidad antimicrobiana de EAF para controlar las enfermedades causadas por Xanthomonas citri subsp. citri (Xcc, agente causal de la cancrosis de los cítricos) y por Penicillium digitatum (agente causal de la podredumbre verde). Se determinó la CIM (Concentración Inhibitoria Mínima) de EAF para Xcc (0,05 g PF/mL) y para P. digitatum (0,2 g PF/mL). En el tratamiento con EAF de frutos infectados naturalmente con Xcc, se observó una disminución de la población bacteriana de la superficie en tres unidades logarítmicas. Igualmente, los tratamientos preventivos y curativos de limones inoculados con P. digitatum, disminuyeron la severidad e incidencia de la enfermedad de manera significativa.Los resultados obtenidos permitieron demostrar que el extracto EAF es eficaz para el control de enfermedades vegetales mediante un efecto directo sobre el patógeno o indirecto por medio de la inducción de los mecanismos de defensa de la planta. Se proyecta realizar ensayos en condiciones no controladas (a campo) para avanzar en la caracterización del EAF con vistas a la obtención de una formulación comercial.

Now a day, it is necessary to generate more sustainable agricultural practices based on the conservation of natural resources such as soil, water and biodiversity without causing harmful effects on human and animal health, context in which bioproducts or biological inputs are key elements. These inputs are products obtained from living organisms or their derivatives, which through the use of different biotechnological tools cover a wide spectrum of benefits that produce a positive effect on plant health or growth. In this work we designed and optimized the production of an aqueous plant extract (EAF) from strawberry leaves (Fragaria x ananassa Duch.), enriched in two phenolic compounds previously isolated and characterized (HeT and HgT) with antimicrobial and plant pathogen defense inductive properties. It was possible to optimized an inexpensive, simple and harmless protocol for obtaining EAF. The protective effect against diseases of EAF was evaluated in the model plant Arabidopsis thaliana and the crops soybean (Glycine max), sugarcane (Saccharum officinarum) and lemon (Citrus limon). In A. thaliana the effect of protection against diseases caused by Pseudomanas viridiflava and Botrytis cinerea was evaluated. EAF reduced the symptoms of the two diseases when pathogen subinhibitory concentrations (0,012 g leaves fresh weight /mL) were applied 4 days prior to pathogen inoculation. It was demonstrated that the protective effect was a consequence of the induction of innate plant defenses as it produced associated biochemical events, such as an oxidative burst (ROS), callose deposition and total phenolic compounds accumulation, and induction of known pathogen defense related genes such as PR1 (salicylic acid), PDF1.2 (jasmonic acid/ ethylene), PR2 and PR4 (ethylene) and VSP1 (jasmonic acid). In soybean it was determined that EAF also exerts a protective effect by inducing plant's innate defenses. Leaf application of EAF, 3 days prior to pathogen inoculation, decreased in a 40% the symptoms of target spot disease caused by Corynespora cassiícola. Also induced the accumulation of ROS, callose, total phenolic compounds, and the expression of known pathogen defense genes such as PR1, PR10 (jasmonic acid/ ethylene), SCaM4 and SCaM5 (calcium signaling). In sugarcane, foliar application of EAF did not result in a significant reduction of red stripe symptoms caused by the bacterial pathogen Acidovorax avenae, but reduced the disease incidence. In citrus, the antimicrobial capacity of EAF was assayed to control citrus canker disease caused by Xanthomonascitri subsp. citri (Xcc) and green rot disease caused by Penicillium digitatum. Minimum Inhibitory Concentration (MIC) of EAF was 0.05 g fresh weight of leaves per mL and 0.2 g fresh weight of leaves per mL, for Xcc and P. digitatum, respectively. In naturally Xcc infected fruits treated with EAF, the superficial bacterial population decreased 3 log units. Likewise, preventive or curative treatments of P. digitatum inoculated lemon fruits significantly decreased the severity and incidence of this postharvest disease. These results have demonstrated that EAF treatment exerts an effective control of plant diseases by means of a direct effect on the pathogen or an indirect effect by activation of the plant immunity. The next step will be to conduct experiments under uncontrolled conditions in fields, to acquire more knowledge before developing a commercial formulation based on EAF.