Acción antifúngica de compuestos químicos sobre hongos fitopatógenos que afectan frutos de interés regional

Abstract

Los cultivos de limón y arándano representan dos de las principales cadenas productivas de la provincia de Tucumán, principalmente por los recursos económicos que generan. Debido a su alto contenido de humedad, las frutas son susceptibles al ataque por bacterias y hongos fitopatógenos en el campo y durante su procesamiento poscosecha, generando grandes pérdidas económicas en el sector. Entre los hongos se destacan Penicillium digitatum, microorganismo causante de la podredumbre verde en los cítricos, y Botrytis cinerea, agente causal de la podredumbre gris en más de 200 especies vegetales, entre ellas el arándano. Estas enfermedades son normalmente controladas mediante la aplicación de fungicidas sintéticos. El uso continuo de estos productos a altas dosis generó la aparición de cepas resistentes. Además, esta práctica puede llevar a exceder el límite máximo de residuos permitido por los mercados importadores de la fruta. Por ello, existe una necesidad creciente de encontrar compuestos químicos alternativos que posean acción sobre hongos fitopatógenos. El estudio de moléculas conocidas como nuevos fungicidas es una estrategia eficiente que permite su introducción de forma rápida y segura en el mercado. Así, este trabajo tuvo como objetivo estudiar la actividad antimicrobiana y el mecanismo de acción sobre P. digitatum y B. cinerea de β-carbolinas (βCs), un grupo de alcaloides derivados de plantas, y de polihexametilen guanidina (PHMG), un polímero comercial conocido como desinfectante.Los resultados indican que las seis βCs ensayadas (norharmano, harmano, harmina, harmol, harmalina y harmalol) exhiben toxicidad frente a los microorganismos de forma dosis-dependiente, siendo más efectivas las βCs completamente aromáticas que los dihidro derivados. El harmol protonado resultó ser el compuesto más activo. La irradiación de harmol con UV-A durante 30 min potenció su efecto antifúngico. Por otro lado, el PHMGlogró inhibir in vitro la germinación y el crecimiento micelial de ambos hongos. Los tratamientos con harmol y con PHMG provocaron permeabilización de membrana plasmática, disrupción de la pared y daño ultraestructural de las conidias, lo que llevó a la pérdida de su capacidad infectiva sobre limones y arándanos. Además, la actividadfungicida del harmol se correlacionó con la acumulación intracelular de especies reactivas del oxígeno. En ensayos realizados in vivo, el PHMG exhibió acción fungicida, desinfectante y cicatrizante de heridas en limones, sin provocar cambios en sus parámetros de calidad (peso, color y firmeza de los frutos, y contenido de sólidos solubles y acidez titulable del jugo). Por otro lado, la aplicación de PHMG sobre arándanos inoculados con B. cinerea fue capaz de reducir parcialmente la incidencia de podredumbre gris. Asimismo, el polímero controló significativamente la infección natural de arándanos sin inocular. Por esto, el PHMG resulta un compuesto alternativo que podría ser aplicado en distintas etapas de procesamiento poscosecha de limones y arándanos para el control de podredumbres. Además, al provocar un daño generalizado en las conidias de los hongos, existe un bajo riesgo de aparición de cepas resistentes.El estudio llevado a cabo en este trabajo de Tesis aporta datos sobre compuestos con actividad antifúngica que resultan prometedores para el control de podredumbres causadas por P. digitatum y B. cinerea, patógenos poscosecha de importancia para la región.

Lemon and blueberry crops represent two of the main production chains in the province of Tucumán, mainly because of the economic resources that generate. Due to their highmoisture content, fruit are susceptible to the attack by bacteria and fungi both during preand post-harvest processing. Among fungi, Penicillium digitatum is a phytopathogenic fungus that causes green mold in citrus, and Botrytis cinerea is the causal agent of gray mold in more than 200 plant species, including blueberry. Both diseases are usually controlled by the application of synthetic fungicides. Further, the continuous use of these products at high doses generated the emergence of fungal resistant strains. In addition, this practice results in high levels of residues on the fruit, which may go beyond established limits in some of the importing countries. Therefore, there is an increasing need to find alternative chemical compounds with activity against phytopathogenic fungi. The study of known molecules as new fungicides is an efficient strategy that allows their safe and quick introduction into the market. The aim of this work was to investigate the antimicrobial activity and mechanism of action of β-carbolines (βCs), a group of plant-derived alkaloids, and polyhexamethylene guanidine (PHMG), a commercial polymer known as a disinfectant, on P. digitatum and B. cinerea. The six βCs tested in this study (norharmane, harmane, harmine, harmol, harmaline and harmalol) exhibited a dose-dependent toxicity to microorganisms, being completely aromatic βCs more effective than dihydro-derivatives. Harmol in its protonated form was the most active compound. The irradiation of harmol with UV-A for 30 min enhanced its antifungal effect. On the other hand, PHMG was able to inhibit germination and mycelial growth of both fungi. Harmol and PHMG treatments caused membrane permeabilization, cell wall disruption, and ultrastructural damage of conidia, resulting in a loss of infective capacity on lemons and blueberries. In addition, the fungicidal activity of harmol correlated with an intracellular accumulation of reactive oxygen species. In vivo assays demonstrated that PHMG exhibits fungicidal, disinfectant and wound protection activity in lemons, without affecting their quality parameters (weight, color and fruit firmness, soluble solid content and juice acidity). On the other hand, the application of PHMG was able to partially reduce the incidence of gray mold in blueberries inoculated with B. cinerea. Also, the polymer significantly controlled the natural infection of uninoculated blueberries. Therefore, PHMG is an alternative compound that could be applied in different stages of fruit post-harvest processing to control molds. In addition, by causing inespecific damage to conidia, there is a low risk of emergence of resistant strains. The study carried out in this thesis provides data on compounds with antifungal activity that are promising for the control of molds caused by P. digitatum and B. cinerea, important regional post-harvest pathogens.