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Sondeo de infecciones de plantas

by notiulti

Las hojas de las plantas de tomate muestran manchas secas marrones características de la infección por un patógeno común, Xanthomonas perforans. Crédito: Gary Vallad

A veces, los patógenos que infectan a las plantas también afectan a las personas, a través de nuestros bolsillos. Es por eso que la patóloga de plantas Erica Goss, profesora de la Universidad de Florida en el Instituto de Ciencias Agrícolas y Alimentarias, pasa mucho tiempo estudiando microbios que infectan tomates, pimientos y fresas.


Estos son los tres cultivos de hortalizas y bayas con mayores ingresos del estado, según el Departamento de Agricultura y Servicios al Consumidor de Florida. Y a muchos microbios les gustan tanto como a nosotros.

En 2019, la industria del tomate de Florida produjo 39% del mercado estadounidense de tomates frescos, con un valor de alrededor de $ 426 millones, mientras que la cosecha de pimientos frescos de Florida se valoró en $ 235 millones. Es por eso que los productores están preocupados por los patógenos que causan manchas oscuras y secas en tomates y pimientos.

“Agrupamos varias especies bacterianas diferentes bajo esta enfermedad llamada mancha bacteriana del tomate y el pimiento”, dijo Goss, quien también es miembro de la facultad del Instituto de Patógenos Emergentes de la UF. “Pero diferentes especies e incluso cepas individuales tienen diferentes plantas hospedantes y rangos geográficos”.

Los científicos conocen la enfermedad desde hace 100 años y hay cuatro linajes de Xanthomonas que causan manchas bacterianas en el tomate y el pimiento. X. perforans es el que se encuentra en los tomates en todo el Estado del Sol en la actualidad.

Goss colabora con frecuencia en su investigación sobre la mancha bacteriana del tomate y el pimiento con dos profesores de la UF: Jeffrey B. Jones, bacteriólogo, es un profesor distinguido en IFAS; y Gary Vallad, fitopatólogo y bacteriólogo en el Centro de Educación e Investigación de la Costa del Golfo de UF / IFAS. Jones ha estudiado Xanthomonas durante más de tres décadas y Vallad trabaja en estrecha colaboración con productores de tomate de Florida y tiene experiencia en epidemiología de enfermedades de plantas y manejo de enfermedades. El trío ha recibido subvenciones en conjunto (del USDA y el Comité del Tomate de Florida) y en su trabajo más reciente, aplicaron algunos métodos inusuales para comprender mejor la diversidad genética de este microbio y cómo se propaga a nuevas plantas hospedantes.

Rastreo de X. perforans a través de campos y producción

Cuando una planta de tomate o pimiento se infecta con X. perforans, desarrolla manchas en sus hojas o frutos. Las hojas infectadas pueden mancharse o marchitarse y morir. Cuando esto sucede, los frutos pueden sufrir quemaduras solares. Pero los frutos también pueden infectarse si el patógeno entra a través de la flor. Esto conduce a tomates o pimientos malformados o manchados. De cualquier manera, obtienen menos dinero pero son inofensivos para comer.

Pero, ¿cómo se infectan las plantas? Por lo general, comienza con semillas infectadas y, con una red de suministro internacional, esto significa problemas.

Pocas personas saben que la producción de tomates es internacional “, dijo Goss.” Puede que se cultive un tomate en Florida, pero podría haber comenzado como una semilla en Asia. Todas estas son semillas híbridas “.

El trabajo en equipo de Goss, Jones y Vallad ha demostrado que hay muchos caminos además de las semillas. Los microbios podrían asentarse en invernaderos y luego extenderse a las plántulas a medida que crecen. O bien, la mayoría de los invernaderos tienen un sistema de riego por aspersión y X. perforans podría engancharse en las gotas de agua que salpican de una hoja infectada a una no infectada. O puede asentarse en el suelo de los campos de cultivo o tener un reservorio no detectado en otras plantas. Pero de alguna manera coloniza los campos una vez que crecen las plantas de tomate y pimiento.

La propagación de planta a planta también puede ocurrir en los campos. El aire con mucha humedad o las salpicaduras de una planta a otra debido a la lluvia impulsada por el viento o el riego por aspersión pueden fomentar la propagación. O las hojas de dos plantas diferentes podrían tocarse y fomentar la propagación de una planta a otra.

Si bien los productores a veces pueden usar cobre para controlar la enfermedad, X. perforans ha adquirido rápidamente cerca del 100% de resistencia a través de genes en plásmidos. Los plásmidos son paquetes intercambiables que las bacterias utilizan para intercambiar ADN beneficioso.

“Una vez que es resistente al cobre, no hay muchas opciones para reducir esta enfermedad en el campo”, dijo Goss.

Donde se encuentra X. perforans

X. perforans es prolífico. Ocurre a lo largo de la costa este, pero también en el centro de México, este de Canadá, sureste de Brasil, Sicilia, Irán, Etiopía, Tanzania, Tailandia, Indonesia, Australia, Taiwán y Corea del Sur. Su amplia distribución mundial es un reflejo de las redes comerciales mundiales de semillas.

Para investigadores como Goss, una distribución tan amplia también plantea la pregunta: ¿Por qué?

“¿Por qué parece que este patógeno se está convirtiendo en un gran problema en los últimos años? ¿Es la evolución del patógeno o están llegando nuevas cepas de algún otro lugar? ¿O ha cambiado algo más en la producción?” Goss preguntó retóricamente, explicando las preguntas que guían su investigación. “¿Cómo reducimos la enfermedad en el campo? ¿Cómo está saliendo y propagándose?”

Sondeo de infecciones de plantas

Los tomates con manchas marrones causadas por X. perforans obtienen precios más bajos en las ventas del mercado de productos frescos. Crédito: Gary Vallad

Entender cómo y por qué X. perforans cambia genéticamente

Goss utiliza técnicas moleculares, como la secuenciación del ADN del genoma completo, para detectar variaciones genéticas en X. perforans y cambios a lo largo del tiempo.

“El X. perforans que hemos estado estudiando en Florida parece muy diverso genéticamente”, dice Goss. “Hay estos linajes que encontramos que son muy diferentes entre sí. Pero también tenemos mucha variación dentro de ellos. Claramente, está evolucionando muy rápidamente”.

Uno de sus proyectos actuales cuenta con el apoyo de una subvención del Departamento de Agricultura de EE. UU. Para detectar cambios genéticos y variaciones en los campos de tomate. Ella planea observar las tasas de mutación y monitorear el movimiento de plásmidos entre plantas hospedantes. Esto dará una idea de cómo la bacteria se está diversificando dentro de Florida después de haber sido introducida en algún momento del sistema de producción.

Otro trabajo molecular reciente que Goss, Jones y Vallad han publicado este año caracteriza el estado de X. perforans en Florida. Detalla cómo X. euvesicatoria solía ser la causa de la mancha bacteriana del tomate y el pimiento en Florida, pero fue superada por X. perforans a principios de la década de 1990. Su equipo recolectó 585 cepas de Xanthomonas de 70 campos de tomate en Florida. Descubrieron que las cepas eran genéticamente diversas y que casi la mitad producía un compuesto capaz de matar X. euvesicatoria.

En un artículo diferente, publicado esta primavera, el equipo informó sobre el uso de métodos inusuales para probar cómo un gen específico le dio a X. perforans una ventaja en el campo. Querían probar cómo un gen efector, xopJ2, influía en la aptitud de los microbios. Otros habían planteado la hipótesis de que el gen confería una ventaja, pero nadie tenía evidencia directa de lo que hizo.

Los colaboradores de Goss utilizaron técnicas de laboratorio para diseñar una forma mutante de xopJ2 que fue silenciada. Luego rastrearon dos grupos principales de X. perforans en el campo: uno que tenía el gen funcional natural xopJ2 y otro que tenía la versión silenciada.

“Esto fue como un estudio de marca-liberación-recaptura, pero para observar la propagación relativa de las diferentes bacterias”, dijo Goss, refiriéndose a un tipo de diseño de estudio utilizado por los ecólogos. Ayuda a estimar el tamaño de una población en los casos en que no sea práctico contar todos los organismos, en este caso, para estudiar el efecto del gen en la población del patógeno.

Descubrieron que los microbios con el gen funcional se movían tres veces más rápido en el campo en comparación con los microbios que tenían la versión mutada silenciada. Una ventaja tan poderosa en la capacidad de moverse, combinada con el compuesto mortal que puede matar tipos competidores de Xanthomonas, puede explicar cómo este linaje pudo reemplazar rápidamente al linaje anterior de X. euvesicatoria en Florida.

“Pero notamos hace varios años que uno de los linajes de cepas que estábamos estudiando había perdido la capacidad de producir este compuesto”, dijo Goss. “Lo convierte en un mejor competidor en la hoja cuando X. euvesicatoria está presente, pero en su ausencia, planteamos la hipótesis de que es un desperdicio de energía de producir, es demasiado costoso. Así que dejaron de hacerlo”.

En un tercer artículo, el equipo exploró cómo el sistema de producción de tomate influye en la diversidad genética en X. perforans. Descubrieron que cuando los cultivadores producían sus propias semillas, las cepas de X. perforans en sus plantas tendían a ser menos diversas y genéticamente distintas. En contraste, los productores que usaron múltiples fuentes para semillas o plántulas estaban mezclando macetas para estos microbios: tenían las cepas más diversas y diversas genéticamente de X. perforans.

“Secuenciar genomas de cientos de cepas y observar la evolución y variación de patógenos, esto es bastante nuevo para la patología vegetal”, dijo Goss. “Todavía hay pocos estudios a esta escala”.

Viendo hacia adelante

Goss dijo que los hallazgos de este trabajo podrían potencialmente usarse para diseñar genes resistentes a X. perforans que se pueden convertir en tomates y pimientos. plantas. El trabajo es costoso y lento, pero está colaborando con investigadores del Centro de Investigación de la Costa del Golfo para identificar múltiples genes de resistencia.

“Puede que no funcione contra el 100% de la población del patógeno, pero incluso si funciona contra el 30-40%, eso es mejor que no tener resistencia”, dijo Goss.

También está investigando patógenos que afectan las fresas y el cacao, y casos en los que los patógenos han suprimido los pastos invasores.

“Mi objetivo es comprender mejor cómo surge un patógeno vegetal”, dijo Goss. “¿Cuáles son los mecanismos ecológicos y evolutivos detrás de un problema de enfermedad nuevo o peor? ¿Cómo está evolucionando el patógeno o están llegando nuevas versiones?”

La comprensión de estos procesos conducirá a una comprensión más refinada de lo que ayuda a promover un patógeno de plantas destructivo y su éxito. Un conocimiento como este ayudará a los científicos de cultivos y a los productores en los próximos años a garantizar tanto los valores de los cultivos como un suministro de alimentos saludables.


Las bacterias ingresan a través de aberturas naturales en los bordes de las hojas de maíz para causar el marchitamiento de Goss.


Más información:
Jeannie M. Klein-Gordon et al, Evaluación de cambios y asociaciones en la población de Xanthomonas perforans en los campos comerciales de tomates de Florida a través de una encuesta estatal, Fitopatología® (2020). DOI: 10.1094 / PHYTO-09-20-0402-R

Anuj Sharma et al, Need for speed: el efector bacteriano XopJ2 está asociado con una mayor velocidad de dispersión de Xanthomonas perforans, Microbiología ambiental (2021). DOI: 10.1111 / 1462-2920.15541

Jeannie M. Klein-Gordon et al, Las secuencias del genoma completo revelan que la población de Xanthomonas perforans está formada por el sistema de producción de tomate, El diario ISME (2021). DOI: 10.1038 / s41396-021-01104-8

Proporcionado por
Universidad de Florida

Citación: Probing Plant Infections (2021, 18 de octubre) recuperado el 18 de octubre de 2021 de https://phys.org/news/2021-10-probing-infections.html

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