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Ciclo de vida del patógeno de la pudrición negra, Xanthomonas campestris patovar campes

La fitopatología (también fitopatología ) es el estudio científico de enfermedades en plantas causadas por patógenos (organismos infecciosos) y condiciones ambientales (factores fisiológicos). [1] 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. Fitopatología también implica el estudio de la identificación de patógenos, etiología de la enfermedad, los ciclos de la enfermedad, el impacto económico, epidemiología enfermedades de las plantas , resistencia a enfermedades de plantas , cómo enfermedades de las plantas afectan a seres humanos y animales, la genética patosistema, y la gestión de enfermedades de las plantas.

Resumen

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

Sin embargo, el control de enfermedades tiene un éxito razonable en la mayoría de los cultivos. El control de enfermedades se logra mediante el uso de plantas que han sido cultivadas 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 adecuadas , el control de la humedad del campo y el pesticida. utilizar. Se necesitan avances continuos en la ciencia de la fitopatología para mejorar el control de enfermedades y mantenerse al día con los cambios en la presión de las enfermedades causados ​​por la evolución y el movimiento en curso de los patógenos de las plantas y por los cambios en las prácticas agrícolas.

Las enfermedades de las plantas provocan importantes pérdidas económicas para los agricultores de todo el mundo. 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 de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación estima que las plagas y enfermedades son responsables de alrededor del 25% de la pérdida de cultivos. Para resolver esto, se necesitan nuevos métodos para detectar enfermedades y plagas de manera temprana, como sensores novedosos que detectan los olores de las plantas y la espectroscopia y biofotónica que son capaces de diagnosticar la salud y el metabolismo de las plantas . [2]

Patógenos vegetales

El mildiú polvoroso, 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 las CWDP son producidas por patógenos y dirigidas 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 principalmente una barrera a 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 . [3]

Hongos

La mayoría de los hongos fitopatógenos pertenecen a los ascomicetos y basidiomicetos . Los hongos se reproducen tanto sexual como asexualmente a través de la producción de esporas y otras estructuras. Las esporas pueden esparcirse a grandes distancias por el aire o el agua, o pueden ser transmitidas por el suelo. Muchos hongos que habitan el suelo son capaces de vivir saprotroficamente , llevando a cabo parte de su ciclo de vida en el suelo . Estos son saprótrofos facultativos. Las enfermedades fúngicas se pueden controlar 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 hongos patógenos biotróficos colonizan el tejido vegetal vivo y obtienen nutrientes de las células hospedadoras vivas. Los hongos patógenos necrotróficos infectan y matan el tejido del huésped y extraen nutrientes de las células muertas del huésped. Los patógenos fúngicos importantes de las plantas incluyen: [ cita requerida ]

Explosión del arroz , causada por un hongo necrotrófico

Ascomycetes

  • Fusarium spp. (Enfermedad del marchitamiento por Fusarium)
  • Thielaviopsis spp. (podredumbre de la afta , podredumbre de la raíz negra, podredumbre de la raíz por Thielaviopsis )
  • Verticillium spp.
  • Magnaporthe grisea (ráfaga de arroz)
  • Sclerotinia sclerotiorum (podredumbre algodonosa)

Basidiomicetos

  • Ustilago spp. (obscenidades) obscenidades de cebada
  • Rhizoctonia spp.
  • Phakospora pachyrhizi (roya de la soja)
  • Puccinia spp. (oxidaciones severas de cereales y pastos)
  • Armillaria spp. (especies de hongos de la miel, patógenos virulentos de árboles)

Organismos similares a hongos

Oomicetos

Los oomicetos son organismos parecidos a hongos. [4] Incluyen algunos de los patógenos vegetales más destructivos, incluido el género Phytophthora , que incluye los agentes causales del tizón tardío de la papa [4] y la muerte súbita del roble . [5] [6] 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 desactivar las defensas de una planta en su proceso de infección. [7] Los fitopatólogos comúnmente los agrupan con patógenos fúngicos.

Los patógenos de plantas de oomicetos importantes incluyen:

  • Pythium spp.
  • Phytophthora spp., Incluida la plaga de la patata de la Gran Hambruna Irlandesa (1845-1849)

Phytomyxea

Algunos hongos limosos en Phytomyxea causan enfermedades importantes, incluida la raíz del club en el repollo y sus parientes y la costra polvorienta en las papas. Estos son causados ​​por especies de Plasmodiophora y Spongospora , respectivamente.

Bacterias

Enfermedad de la agalla de la corona causada por Agrobacterium

La mayoría de las bacterias asociadas con las plantas son en realidad saprótrofas y no dañan la planta en sí. Sin embargo, una pequeña cantidad, alrededor de 100 especies conocidas, pueden causar enfermedades. [8] Las enfermedades bacterianas son mucho más frecuentes en las regiones tropicales y subtropicales del mundo.

La mayoría de las bacterias fitopatógenas tienen forma de varilla ( 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 .

Los patógenos como las especies de Erwinia usan enzimas que degradan la pared celular para causar podredumbre 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 mediante la detección de quórum .

Vitis vinifera con infección por "Ca. Phytoplasma vitis"

Patógenos vegetales bacterianos importantes:

  • Burkholderia [9]
  • Proteobacterias
    • Xanthomonas spp.
    • Pseudomonas spp.
  • Pseudomonas syringae pv. El tomate hace que las plantas de tomate produzcan menos frutos y "continúa adaptándose al tomate minimizando su reconocimiento por parte del sistema inmunológico del tomate". [10]

Fitoplasmas y espiroplasmas

El fitoplasma y el espiroplasma son géneros de bacterias que carecen de paredes celulares y están relacionados con los micoplasmas , que son patógenos humanos. Juntos se conocen como mollicutes . También tienden a tener genomas más pequeños que la mayoría de las otras bacterias. Normalmente son transmitidos por insectos chupadores de savia, que se transfieren al floema de la plantadonde se reproduce.

Virus del mosaico del tabaco

Virus, viroides y organismos similares a virus

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

La mayoría de los virus vegetales tienen genomas pequeños de ARN monocatenario . Sin embargo, algunos virus de plantas también tienen ARN bicatenario o genomas de ADN mono o bicatenario . 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 vegetales 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 mediante un vector , pero también se produce la transmisión mecánica y por semillas. La transmisión del vector suele ser a través de un insecto (por ejemplo, pulgones ), 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 de virus, como el saltahojas de la remolacha que transmite el virus de la parte superior rizada que causa la enfermedad en varias plantas de cultivo. [11]Un ejemplo es la enfermedad del mosaico del tabaco, en la que las hojas se empequeñecen y se destruye la clorofila de las hojas. Otro ejemplo es Bunchy top of banana, donde la planta se empequeñece y las hojas superiores forman una roseta apretada.

Nematodos

Nematodo agallador agallas

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 cultivos . Los nematodos del quiste de la papa ( Globodera pallida y G. rostochiensis ) están ampliamente distribuidos en Europa y América del Norte y del Sur y causan daños por valor de $ 300 millones en Europa cada año. Los nematodos agalladores tienen un rango de hospedadores bastante amplio, parasitan los sistemas radiculares 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 [12].mientras que los nematodos del quiste tienden a ser capaces de infectar solo unas pocas especies. Los nematodos pueden provocar cambios radicales en las células de las raíces para facilitar su estilo de vida.

Protozoos y algas

Hay algunos ejemplos de enfermedades de las plantas causadas por protozoos (p. Ej., Phytomonas , un cinetoplasto ). [13] 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 de la raíz , producen un plasmodio que invade las raíces .

Algunas algas parásitas incoloras (por ejemplo, Cephaleuros ) también causan enfermedades de las plantas. [ cita requerida ]

Plantas parasitarias

En el estudio de la fitopatología se incluyen plantas parasitarias como la retama , el muérdago y la cáscara . Dodder, por ejemplo, puede ser un conducto para la transmisión de virus o agentes similares a virus desde una planta huésped a una planta que no es típicamente un huésped, o para un agente que no es transmisible por injerto.

Métodos comunes de infección patógena

  • Enzimas que degradan la pared celular : se utilizan para romper la pared celular de la planta con el fin de liberar los nutrientes en su interior.
  • Toxinas : pueden ser no específicas del huésped, que dañan todas las plantas, o específicas del huésped, que solo causan daño en una planta huésped.
  • Proteínas efectoras : pueden secretarse al entorno extracelular o directamente a la célula huésped, a menudo a través del sistema de secreción de tipo tres . Se sabe que algunos efectores suprimen los procesos de defensa del huésped. Esto puede incluir: reducir los mecanismos de señalización interna de las plantas o reducir la producción de fitoquímicos. [14] Se conocen bacterias, hongos y oomicetos por esta función. [4] [15]
  • Esporas: Las esporas de hongos fitopatógenos pueden ser una fuente de infección en las plantas hospedadoras. Las esporas se adhieren primero a la capa cuticular de las hojas y los tallos de la planta huésped. Para que esto suceda, la espora infecciosa debe ser transportada desde la fuente del patógeno, esto ocurre a través del viento, el agua y vectores como insectos y humanos. Cuando existen condiciones favorables, la espora producirá una hifa modificada llamada tubo germinativo. Este tubo germinal forma más tarde un bulto llamado apresorio, que forma paredes celulares melanizadas para acumular presión de turgencia. Una vez que se acumula suficiente presión de turgencia, el apresorio ejerce presión contra la capa cuticular en forma de una clavija de penetración endurecida. Este proceso también se ve favorecido por la secreción de enzimas que degradan la pared celular del apresorio.Una vez que la clavija de penetración entra en el tejido del huésped, desarrolla una hifa especializada llamada haustorio. Según el ciclo de vida de los patógenos, este haustorio puede invadir y alimentar a las células vecinas de forma intracelular o existir de forma intercelular dentro de un huésped.[dieciséis]

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 tales como cloruro de sodio y yeso ; quemaduras de viento y roturas por tormentas; e incendios forestales . Desórdenes 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 salazón de carreteras, aplicación excesiva de herbicidas , manipulación torpe (por ejemplo, daños a los árboles por una cortadora de césped) y vandalismo . [ cita requerida ]

Hojas de orquídea con infecciones virales.

Epidemiología

Epidemiología: estudio de los factores que afectan el brote y la propagación de enfermedades infecciosas. [17]

Triángulo de enfermedades de las plantas

Un tetraedro de enfermedades (pirámide de enfermedades) 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 históricamente conocidas basadas en enormes pérdidas:

- Tizón tardío de la patata irlandesa [18]

- Enfermedad del olmo holandés [19]

- Tizón del castaño en América del Norte [20]

Factores que afectan las epidemias:

Huésped: Nivel de resistencia o susceptibilidad, edad y genética.

Patógeno: cantidad de inóculo, genética y tipo de reproducción.

Resistencia a enfermedades

La resistencia a las enfermedades de las plantas es la capacidad de una planta para prevenir y acabar con las infecciones por patógenos vegetales.

Las estructuras que ayudan a las plantas a prevenir enfermedades son: capa cuticular, paredes celulares y células protectoras de los estomas. Éstos 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 las 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 el mejoramiento genético para crear variedades de plantas que sean resistentes a patógenos destructivos. [21]

Gestión

Cuarentena doméstica

Un parche de vegetación enferma o plantas individuales se puede aislar de otro crecimiento saludable. Las muestras pueden destruirse o reubicarse en un invernadero para su tratamiento o estudio.

Inspección y cuarentena de puertos y fronteras

Otra opción es evitar la introducción de organismos no nativos nocivos controlando todo el tráfico y la actividad humana (por ejemplo, el Servicio Australiano de Inspección y Cuarentena ), aunque la legislación y la aplicación son cruciales para garantizar una eficacia duradera. El volumen actual de comercio mundial está brindando, y seguirá brindando, oportunidades sin precedentes para la introducción de plagas de plantas. [McC 1] 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 el puerto y la frontera, requeriría un aumento sustancial de las inspecciones. [McC 2] En Australiauna 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 tema. Y los inspectores también se encuentran con lo contrario: nativos inofensivos, nativos no descubiertos o nativos recién descubiertos con los que no necesitan preocuparse pero que son fáciles de confundir con los miembros de su familia extranjera proscritos. [BH 1]

La irradiación de alimentos con rayos X y haz de electrones / haz E se ha probado como tratamiento de cuarentena para frutas y verduras originarias de Hawái . La FDA de los EE. UU. (Administración de Alimentos y Medicamentos ), 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. [22]

Cultural

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 la capacitación de por vida en técnicas de terrazas de parcelas, anticipación y respuesta al clima, fertilización, injertos, cuidado de semillas y jardinería dedicada.) Las plantas que son monitoreadas de manera atenta a menudo se benefician no solo de una protección externa activa sino también de una mayor protección. vigor general. Si bien es primitiva en el sentido de ser la solución más intensiva en mano de obra, cuando es práctica o necesaria, es más que adecuada.

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 sea adecuado para el 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 fino de los rasgos de inmunidad de un cultivo. Sin embargo, la ingeniería de plantas alimenticias puede ser menos gratificante, ya que la mayor producción se ve frecuentemente compensada por la sospecha popular y la opinión negativa acerca de esta "manipulación" de 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 un producto del estado "orgánico", reduciendo potencialmente el valor del rendimiento.

Biológico

La rotación de cultivos puede ser un medio eficaz para evitar que una población parasitaria se establezca bien. Por ejemplo, como organismo patógeno que afecta a las hojas, se moriría de hambre cuando el cultivo de hojas es reemplazado por un tipo tuberoso. Otro ejemplo es la protección contra la infección por Agrobacterium tumefaciens , que causa enfermedades de las agallas en muchas plantas, al sumergir esquejes en suspensiones de Agrobacterium radiobacter antes de insertarlos 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.

Historia

La patología vegetal se ha desarrollado desde la antigüedad, comenzando con Theophrastus , pero el estudio científico comenzó en el período moderno temprano con la invención del microscopio y se desarrolló en el siglo XIX. [23]

Ver también

  • Sociedad Americana de Fitopatología
  • Sociedad de Patología Vegetal de Australasia
  • Control biológico con microorganismos
  • Sociedad Británica de Fitopatología
  • Mota
  • Nombres comunes de enfermedades de las plantas
  • Resistencia a enfermedades en frutas y verduras
  • Patología forestal
  • Relación gen-por-gen
  • Clínica Global de Plantas
  • Glosario de fitopatología
  • Herbivoria
  • Escala de Horsfall-Barratt
  • Defensas inducibles de las plantas contra la herbivoría
  • Lista de revistas de fitopatología
  • Inoculante microbiano
  • Fitofarmacología
  • Defensa de las plantas contra la herbivoría.
  • Previsión de enfermedades de las plantas
  • Retraso del crecimiento

Referencias

  1. ^ Agrios GN (1972). Plant Pathology (3ª ed.). Prensa académica.
  2. ^ Martinelli F, Scalenghe R, Davino S, Panno S, Scuderi G, Ruisi P, Villa P, Stroppiana D, Boschetti M, Goulart LR, Davis CE (enero de 2015). "Métodos avanzados de detección de enfermedades de las plantas. Una revisión" (PDF) . Agronomía para el desarrollo sostenible . 35 (1): 1–25. doi : 10.1007 / s13593-014-0246-1 . S2CID 18000844 .  
  3. ^ Cantú, Darío; Vicente, Ariel R. ( ORCID ); Labavitch, John M .; Bennett, Alan B .; Powell, Ann LT (2008). "Extraños en la matriz: paredes de células vegetales y susceptibilidad a patógenos". Tendencias en ciencia de las plantas . Prensa de celda . 13 (11): 610–617. doi : 10.1016 / j.tplants.2008.09.002 . ISSN 1360-1385 . 
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Enlaces externos

  • Sociedad Internacional de Fitopatología
  • Sociedad de Patología Vegetal de Australasia
  • Sociedad Americana de Fitopatología
  • Sociedad Británica de Fitopatología
  • Contribuciones a una bibliografía de amarillos melocotón, 1887–1888 [ enlace muerto permanente ] Copia digital del manuscrito del científico Erwin Frink Smith sobre la enfermedad del amarillo melocotón.
  • Erwin Frink Smith Papers Índice de los trabajos de Smith (1854-1927), considerado el "padre de la patología vegetal bacteriana" y que trabajó para el Departamento de Agricultura de los Estados Unidos durante más de 40 años.
  • Plant Health Progress, Revista en línea de patología vegetal aplicada
  • Pacific Northwest Fungi, revista de micología en línea con artículos sobre patógenos de plantas fúngicas
  • Departamento de Patología y Microbiología Vegetal de Rothamsted
  • Departamento de Entomología de la Universidad Estatal de Nuevo México, Patología Vegetal y Ciencias de la Maleza
  • Base de datos de interacciones entre patógenos y hospedadores (base de PHI)
  • Virología de la uva
  • Oportunidad en fitopatología
  • Página de Facebook de la Asociación Asiática de Sociedades de Fitopatología
  • El glosario de plagas y patógenos