PROTECCIÓN VEGETAL curso 2004- 05 ITA Explotaciones

Parte 1: Conceptos Generales

UNIDAD TEMÁTICA I: <<La Enfermedad>>

TEMA 1. “Concepto de enfermedad parasitaria. Principios de Koch- Pasteur. Concepto de enfermedad no parasitaria o Fisiopatia”

1.PARASITISMO Y PATOGENEICIDAD:

• Parásito: todo ser vivo (animal o vegetal) que crece y se multiplica dentro o sobre otros seres vivos, obteniendo ciertas ventajas. A la relación que se establece entre un parásito y su hospedante se le denomina parasitismo.

Un fitoparásito se asocia estrechamente con una planta y se reproduce a expensas de ella.

• El parasitismo tiene una estrecha relación con la patogeneicidad, dado que la capacidad del parásito para invadir y establecerse en un hospedante provoca el desarrollo de una enfermedad en este último.

• La separación parásito/patógeno es debida a que el patógeno ocasiona un daño mayor que el que cabría esperar si éste solo se dedicase a la absorción de nutrientes como parásito. En este sentido la patogeneicidad podría definirse como la alteración que ocasiona un parásito sobre una o varias funciones esenciales de la planta, donde con frecuencia el parasitismo tiene una importante función.

- Algunos son parásitos obligados o biotrofos ya que en la naturaleza solo crecen y se reproducen en sus hospedantes: virus, viroides, micoplasmas, algunas bacterias fastidiosas, nematodos, protozoos y entre los hongos los causantes de mildius, oidios, royas, carbones, etc.

- Los parásitos no obligados viven una parte de si vida fuera del hospedador.

- Saprófitos facultativos: algunos parásitos no obligados viven como parásitos, pero pueden desarrollarse en ciertas condiciones sobre materia orgánica muerta.

- Parásitos facultativos: algunos microorganismos viven la mayor parte de su vida sobre materia orgánica muerta, pero pueden parasitar a las plantas vivas.

En general, no hay una correlación entre el grado de parasitismo de un patógeno y la gravedad de la enfermedad ocasionada.

Las enfermedades infecciosas son aquellas que se producen por la infección que ocasiona un parásito en una planta. Se caracterizan por la capacidad que tiene el patógeno para crecer y reproducirse en una planta y difundirse (contagiar) a otras plantas.

2. Identificación de una Enfermedad Desconocida. POSTULADOS DE KOCH

La relación causa-efecto, entre un candidato a agente causal de la enfermedad (patógeno) y la planta debe seguir los principios establecidos por Koch, que se conocen como postulados:

El patógeno debe encontrarse asociado con los síntomas en todas las plantas que se examinen.

El parásito debe aislarse y desarrollarse en cultivo puro en medios nutritivos y se deben describir sus características con parásitos no obligados. En el caso de parásitos obligados, debe hacerse su desarrollo y multiplicación sobre una planta hospedadora susceptible, registrar su presencia y los efectos que produzca.

El patógeno en cultivo puro deberá ser inoculado en plantas sanas de la misma especie y variedad de la que se aisló, y debe reproducir la misma enfermedad en condiciones asépticas.

El parásito deberá ser aislado en cultivo puro a partir de las plantas inoculadas y sus características deberán corresponder a las anotadas en el segundo punto (Aislado).

Si los patógenos cumplen dichos postulados se tendrá la certeza de que son los agentes causales o incitantes de la enfermedad.

• Obviamente estos postulados son mejorables y no acogen en su seno a todos los fitopatógenos.

• Así, en algunos virus, micoplasmas, bacterias fastidiosas vasculares y protozoos no es posible hacer cultivos puros y con frecuencia no es posible reinocularlos en las plantas para reproducir la enfermedad. Así que su aceptación como agentes causales o incitantes se basa en una evidencia circunstancial (asociación de síntomas con presencia de microbio, eliminación del microbio desaparición de síntomas, etc).

• Los postulados de Koch se han ideado para la relación biunívoca:

un patógeno ! una enfermedad. Pero ¿es siempre así? Evidentemente NO.

3.ENFERMEDAD NO PARASITARIA O FISIOPATIA

No solo los organismos vivos pueden producir daños a las plantas. Sino que existen las fisiopatias, que son enfermedades causadas por factores climáticos (causas abióticas) que llegan a originar síntomas parecidos a los que produce un organismo.

Como son:

. Exceso de agua: asfixia radicular (equivale enfermedad por patógeno)

- Exceso de ozono: daños hojas, sensibilidad a virus. Ocasionado en ciudades)

- Enfermedades carenciales: manchas (carencia de elemento nutritivo)

Lo primero que hay que vislumbrar es si el problema ocasionado en el invernadero ha sido producido por una causa parasitaria o se trata de una fisiopatia.

TEMA 2. “Etiología y Diagnóstico, su importancia en la protección de cultivos”

1. ETIOLOGÍA

Parte de la patología que identifica al patógeno de una enfermedad, o sea, qué microbio causa la enfermedad. Se trata de un proceso largo.

2.DIAGNÓSTICO

Proceso de diagnóstico:

- Visita al campo

- Recogida de muestras

- Envío al laboratorio

- Procesado en laboratorio

La muestra debe llegar lo más parecida a como fue recogida. Se recoge muestra todas las partes de la planta (raíz, suelo, tallo y hojas) envueltas en papel para que absorba la humedad sobrante. Conservación en frigorífico, no exposición al sol.

• Visita al campo

- Datos sobre el cultivo

- Datos sobre el suelo o parcela

- Datos climáticos

- Datos del problema

- Datos sobre la zona donde se encuentra la parcela

Esto ayuda a entender luego la enfermedad.

• Dependiendo de los síntomas, utilizaremos diversos métodos para diagnosticarlos:

• Organismo vascular: planta con marchitez unilateral, tiende a morir.

Se suelen hacer rodajas que se ponen en un medio húmedo o de cultivo, de ésta manera sale el micelio que se puede identificar.

Ej: Fusariosis vascular! Fusarium oxysporum f.sp cucumerinum.

Variedad: microconidios, macroconidios, clamidosporas.

Según el sistema de defensa usado por la planta, que puede ser uno o vario, habrá plantas resistentes o susceptibles al patógeno.

Aislamiento del material vegetal, se recoge un trocito del hongo, que será el que se inocule luego en la planta sana para ver si se reproduce la enfermedad.

- Hongos: trozos de tejidos enfermos de las plantas guardados en placas Petri.

- Bacterias: partes del tejido en agua estéril en medio de cultivo en placa Petri, aparecen colonias de bacterias, se resiembran cada una de las colonias y se comprueban sus propiedades.

• Enfermedades Virales:

• Plantas indicadoras: cenizo, tabaco.

Inoculación mecánica. Son plantas conocidas por su reacción característica o determinada frente al jugo de otra planta infectado por un virus (savia de la hoja o tallo).

• Test Elisa

Reacción enzimática de una proteína mediante el uso de un anticuerpo, si se produce una reacción de color amarillo en la muestra, indica que contiene al virus del anticuerpo añadido.

• PCR

• Microscopio electrónico: mosaico amarillo del calabacín.

• Bacterias:

Reacción de hipersensibilidad en tabaco, se usa para saber si la bacteria es patógena o no; lo será dependiendo de la reacción que sufra frente a ala hoja de tabaco.

• Nematodos y Plantas parásitas:

Para diagnosticarlos primero hay que sacarlos de la planta.

• Síntomas:

Pueden afectar a las hojas o fundamentalmente a las raíces porque viven en suelos húmedos y se van moviendo hacia zonas más profundas donde haya humedad. Las hojas se ven afectadas cuando están húmedas (gotas). Son polífagos, afectan a numerosas especies.

• Extracción:

Se machacan las raíces y el jugo s e pasa por un filtro hecho de pañuelos.

Se identifican según su forma (identificación morfológica), otra forma es mediante el uso de técnicas moleculares.

TEMA 3. “Epidemiología. El triángulo de la enfermedad. Breve concepto de Patosistema. Epidemia y Endemia”

1.EPIDEMIOLOGÍA

• Epidemia:

Es el progreso de la enfermedad en tiempo y/o espacio.

• Epidemiología:

Ciencia que estudia las epidemias. Estudia el progreso de las enfermedades, o sea, mide la velocidad de propagación de una enfermedad. Su objetivo es comprender el progreso de la enfermedad para poder regularla y optimizar las estrategias de control.

2. EL TRIÁNGULO DE LA ENFERMEDAD

• La forma más clara de entender el funcionamiento de una enfermedad se debe a un mejorador de plantas que elaboró la moderna teoría de la Epidemiología. Fue Van der Plank.

• Podría resumirse diciendo que un patógeno, un hospedador sensible y un ambiente favorable son condiciones necesarias, aunque no suficientes, para que la enfermedad se desencadene.

Hospedador

Ambiente Patógeno/parásito

Triángulo equilátero para significar que todos los componentes del sistema tienen el mismo peso en el desarrollo de la enfermedad.

Es decir, que estando el patógeno presente en le sistema, siendo el ambiente favorable, si el hospedador es resistente la enfermedad no se produce. Se razona igual para los otros componentes.

• Etapas de desarrollo de la enfermedad. El ciclo de la enfermedad

En cualquier enfermedad infecciosa se suceden una serie de eventos consecutivos que propician el desarrollo de ésta y del patógeno. Es el ciclo de la enfermedad

• En el ciclo de la enfermedad y dada la intima relación entre patógeno, ambiente y hospedador se contemplan aspectos que, a veces, incumben sólo al patógeno, como su conservación o supervivencia en ausencia de la planta.

• Las pautas en el ciclo de la enfermedad son: inoculación, penetración, establecimiento de la infección, colonización (invasión, crecimiento, reproducción, dispersión y supervivencia del patógeno).

• Inoculación

• Inoculación: es el momento en el cual un patógeno entra en contacto con su hospedador.

• Inóculo: se denomina así al patógeno o los patógenos que entran en contacto con la planta hospedante.

El inóculo es cualquier parte del patógeno que puede producir infección:

• En los Hongos: fragmentos de micelio, esporas, esclerocios (partes del micelio que ha formado una masa y se ha compactado).

• En las bacterias, micoplasmas, virus y viroides el inóculo siempre está representado por todo el “cuerpo” del “microbio”.

• En los Nematodos el inóculo puede ser el individuo adulto, las larvas o los huevos.

• En las fanerógamas aclorófilas sus porciones vegetativas o sus semillas.

El inóculo puede estar formado por una sola entidad del patógeno (una espora en el caso de los Hongos), puede ser pluricelular (esclerocio), o millones de entidades patogénicas (bacterias contenidas en una gota de agua).

A la unidad de inóculo de cualquier patógeno se le llama propágalo.

Tipos:

• Inóculo Primario: sobrevive a las condiciones estacionales extremas y adversas. Produce

las infecciones primarias.

• Inóculo Secundario: procede del primario después de haber producido las infecciones

primarias. Provoca infecciones secundarias.

Cuanto más abundante es el inóculo Primario y más próximo esté al cultivo hospedador, mayor será la gravedad de la enfermedad.

Fuentes de inóculo:

• Generalmente son externas a la explotación: semillas, material vegetal de plantación,

plantas o campos cercanos con enfermedad, malas hierbas…

• Internas a la explotación: restos de cosecha, el agua de riego, suelo, operarios,

estructuras.

• Penetración

Tres formas de penetración de los patógenos:

Penetración directa a través de las superficies intactas de las plantas.

Penetración a través de aberturas naturales.

Penetración a través de heridas.

La penetración del patógeno no siempre produce infección.

- Muchos Hongos penetran en el hospedador mediante las 3 vías señaladas.

- Las Bacterias penetran, fundamentalmente, por heridas. Con menos frecuencia por aperturas naturales y nunca mediante penetración directa.

- Virus, Viroides, micoplasmas, bacterias fastidiosas vasculares, penetran mediante heridas producidas por sus vectores. También por las heridas causadas por las prácticas culturales.

- Nematodos y Plantas superiores penetran de manera directa (haustorios, apresorios, micelio intercelular, tubos germinativos, primer y segundo estadio larvario).

• Infección

Es la parte de la enfermedad en la cual los patógenos entran en contacto con las células (o tejidos susceptibles) del hospedante. La infección inicia el proceso de desarrollo y reproducción del patógeno (colonización, para muchos).

Para que haya infección debe haber penetración de un organismo.

Existe una diferencia entre penetración e infección. Mientras que la penetración es condición necesaria para iniciar la infección, no todas las penetraciones finalizan en ella.

• Las infecciones efectivas tienen como consecuencia visual los síntomas: necrosis, malformaciones, marchiteces, etc.

Existen infecciones latentes, donde los síntomas aparecen cuando las condiciones son favorables.

• El periodo de tiempo comprendido entre la inoculación y la parición de síntomas se denomina periodo de inoculación.

• Durante el proceso de infección los patógenos obtienen sus nutrientes (aspecto básico de la infección) a partir de: células vivas que son destruidas al cabo de un tiempo, células vivas que invaden y usan sus contenidos, células muertas que son matadas antes de invadirlas y usan como alimento.

• Invasión y colonización (crecimiento y multiplicación del patógeno)

Los patógenos se propagan desde una zona inicial de inoculación (penetración) e invaden los tejidos al desarrollarse en su interior.

La tasa reproductiva del patógeno varía considerablemente. En cualquier caso un solo individuo puede generar una descendencia millonaria en un solo ciclo vital.

• Diseminación del patógeno

La mayor dispersión de los propágalos de los patógenos se realiza mediante agentes como aire, agua, insectos, otros animales y el hombre.

• Conservación del patógeno durante las estaciones adversas (formas resistentes)

Los hongos y otros patógenos han desarrollado mecanismos de supervivencia frente a la ausencia de su hospedador o bajo condiciones ambientales no favorables a su desarrollo.

- Hongos: como micelio o esporas en tejidos infectados, yemas o frutos; como formas resistentes en el suelo, clamidosporas, esclerocios.

- Bacterias: forma de conservación análoga a la de los hongos, otros pueden invernar en sus insectos vectores.

- Virus, viroides, micoplasmas, bacterias fastidiosas vasculares y protozoos: dada su naturaleza solo pueden sobrevivir en tejidos vegetales vivos.

- Nematodos: pueden sobrevivir en el suelo en forma de huevos y larvas.

- Las plantas superiores parásitas permanecen como semillas o como formas vegetativas.

3. PATOSISTEMA. EPIDEMIA Y ENDEMIA

• Patosistema

Subsistema dentro del sistema agrícola caracterizado por el fenómeno de parasitismo. Está constituido por un hospedante susceptible, un patógeno virulento y un ambiente predispuesto a la enfermedad.

- Patodemo: conjunto de hospedantes de una población que tienen una resistencia común.

- Patotipo: población del patógeno cuyos individuos tienen en común una patogeneidad determinada.

Se distinguen dos tipos de infección:

- Autoinfección: el hospedante se reinfecta por las progenies del parásito producidas en él.

- Aloinfección: el patógeno se origina en una fuente diferente del hospedante al que infecta.

• Epidemia

Es el progreso de la enfermedad en tiempo y/o espacio.

Las epidemias en las plantas solo ocurren cuando se dan las siguientes condiciones: hay una fuente de inóculo, disponibilidad de huéspedes susceptibles, existencia de condiciones ambientales adecuadas durante cierto tiempo para permitir la infección y dar lugar al desarrollo, reproducción y dispersión dentro del huésped.

• Endemia

Enfermedad propia de una región o que permanece en ella de forma continua.

- Enfermedad Endémica: propia de una zona, está localizada (autóctona).

La superación de las resistencias de los vegetales y la no eficacia de los productos químicos da como resultado la aparición de Epidemias.

UNIDAD TEMÁTICA II: <<Interacciones hospedador-patógeno>>

TEMA 4. “Concepto de parasitismo. Variabilidad de los parásitos”

1. VARIABILIDAD DE LOS MICROORGANISMOS PATÓGENOS

En general se admite que:

• La descendencia procedente de la fecundación sexual difiere de sus progenitores en numerosas características, aunque dichas diferencias mantengan a los individuos dentro de la misma especie.

• La descendencia nacida de una reproducción asexual da lugar a unas diferencias mucho menores, pero aun así la progenie mostrará diferencias pero habrá menor variabilidad.

• La variabilidad es importante porque debido a que existe variabilidad genética en los organismos existe la enfermedad, no pudiendo acabar con ella (resistencias).

2. MECANISMOS DE VARIABILIDAD

• Mutación:

Es un cambio, más o menos repentino, en el material genético de un organismo que es transmitido hereditariamente.

Las mutaciones son cambios en las secuencias de ADN, bien sea por sustitución de una base por otra, por adición o deleción de uno o muchos pares de bases.

Los cambios se pueden originar por amplificación de segmentos particulares de ADN en copias múltiples, por inserción de un fragmento de ADN móvil en una secuencia codificador de un gen y por inversión de un segmento de ADN.

• Las mutaciones ocurren de manera espontánea en los organismos vivos, tanto si se

producen por vía sexual, asexual o ambas. En los organismo haploides (bacterias, algunos hongos) y en los virus, la mutación se expresa inmediatamente después de ocurrir. Los factores mutantes son, en la mayoría de los casos, recesivos, por lo que la mutación en organismos diploides o dicarióticos pueden estar sin expresarse hasta que se reúnan en un híbrido.

• Es probable dado el grado de multiplicación de los parásitos aparezcan con la misma

frecuencia que en otros seres vivos, pero la capacidad multiplicativa amplifica dicho fenómeno.

Las mutaciones en el patógeno pueden, además ser amplificadas por el hecho de cultivar variedades susceptibles o resistentes, genéticamente uniformes, de manera general. El cultivo de variedades resistentes de forma generalizada y uniforme duplica y propicia el hecho de aparición de cepas más virulentas.

• Las plantas y los parásitos tienen ácido nucleico (ADN) tanto en el núcleo como en

el citoplasma celular. El ADN del núcleo y del citoplasma pueden mutar con la misma asiduidad, pero la herencia de las características controladas por el ADN extracelular (herencia citoplasmática) no sigue las leyes mendelianas y en consecuencia es más difícil de detectar cualquier mutación ocurrida en él.

En el citoplasma se han detectado cambios en el material genético como:

- Los patógenos son capaces de tolerar sustancias que anteriormente

fueros tóxicas (fungicidas, por ejemplo)

- Utilizar nuevas sustancias para crecer y modificar su virulencia

- Ciertas plantas heredan a través del citoplasma la resistencia a la infección

causada por hongos

• Recombinación:

Ocurre durante el proceso de reproducción sexual (hongo, nematodos, plantas):

- Dos núcleos haploides (1n, nº de cromosomas) que contienen material genético ligeramente diferente. Se unen para formar un núcleo diploide (2n) llamado cigoto. La recombinación ocurre durante la división meiótica del cigoto donde las cromátidas (con sus genes) de un cromosoma de par se intercambian con partes de las cromátidas del otro cromosoma del par. De esa manera la recombinación se realiza.

- En los hongos los gametos o núcleos haploides se suelen dividir mitóticamente, por lo cual no hay un intercambio de material genético ente individuos diferentes, y los descendientes son relativamente uniformes, aunque esta homogeneidad no sea estricta.

• Aparte de estos mecanismos generales de variación existen otros que podríamos denominar como mecanismos específicos.

• Procesos semejantes a la sexualidad en Hongos:

• Heterocariosis.

Ocurre como resultado de la anastomosis entre células del micelio. Las células de los hongos poseen uno o varios núcleos que son genéticamente diferentes entre sí. Una célula se une a otra (por penetración, normalmente) y vacía su contenido en ella.

Ejemplo: Puccinia graministritici es un hongo que causa una de las Royas del trigo. Sus esporas y micelio difieren bastante según sea el número de núcleos que posean:

- Las esporas conocidas como basidiósporas son haploides y solo pueden infectar a la planta silvestre llamada agracejo, pero no son capaces de infectar al trigo. Lo mismo le pasa al micelio haploide.

- Las esporas llamadas ecidiósporas y uredósporas que son dicarióticas pueden infectar al trigo pero no al agracejo.

- El micelio que es dicariótico puede infectar tanto al trigo como al agracejo.

• Parasexualismo

El proceso tiene cierta semejanza con la reproducción sexual, consiste en que puede producirse recombinación genética en lo hongos heterocarióticos: ocasionalmente 2 núcleos del heterocarionte pueden fusionarse, dando lugar a la formación de un núcleo diploide.

Durante la multiplicación se produce entrecruzamiento en la división mitótica, apareciendo como consecuencia recombinantes genéticos cuando se separa el núcleo diploide en sus componentes haploides.

• Heteroploidia

La existencia de células, tejidos u organismos completos que tienen números cromosómicos en el núcleo diferentes del número normal (1n o 2n) para el organismo en cuestión.

Los heteroploides pueden ser: haploides, diploides, triploides, tretaploides, aneuploides (poseen 1,2,3 o más cromosomas que el tipo normal, tb pueden ser defectuosos en ellos).

- En algunos trabajos se han encontrado esporas de un mismo hongo que tienen núcleos de un mismo hongo con números cromosómicos que van de 2 a 12 por núcleo.

- Ésta distribución indica el suplemento de variabilidad que pueden utilizar las aneuploides. En algunos hongos se ha demostrado que afecta a la velocidad de crecimiento, producción de esporas, actividades enzimàticas y la patogeneicidad.

Ej: los diploides del hongo Verticillium albo-atrum (normalmente haploide) que

causa la marchitez del algodón, pierden capacidad de infectar a las plantas aunque

se hayan originado a partir de cepas haploides virulentas.

• Procesos semejantes a la sexualidad en Bacterias:

Los nuevos biotipos de bacterias que se obtienen de manera continua parecen tener su origen en 3 procesos:

• Conjugación

Dos bacterias compatibles se ponen en contacto y una pequeña parte del material genético (cromosómico o no) de una bacteria es transferido a la otra.

• Transformación

Las células bacterianas se transforman al absorber de otras ácidos nucleicos secretados por éstas. A veces el material genético de otra célula bacteriana procede de su ruptura.

• Transducción

Un virus bacteriano (bacteriófago) transfiere el material genético de la bacteria en la cual se transformó a otra bacteria.

• Recombinación genética en Virus:

Hecho experimental: cuando dos cepas del mismo virus se inoculan en la misma planta hospedante, se recuperan una o más cepas virales con propiedades (virulencia, sintomatología, etc) diferentes a las cepas originalmente introducidas.

Explicación: aunque no se puede excluir la posibilidad de una mutación, cabe pensar en que la nueva cepa obtenida después de la inoculación sea el producto de una hibridación (recombinación).

• Pérdida de patogeneidad en Patógenos:

Hecho experimental: es común en el laboratorio que hongos, bacterias y virus después de multiplicaciones repetidas en medios de cultivos o plantas que pierdan su poder patógeno. La pérdida puede ser total o parcial.

La recuperación es posible inoculando sobre hospedadores apropiados.

No existe una explicación satisfactoria desde el punto de vista experimental. Es posible que la patogeneicidad se pierda por no serle necesaria la patógeno para sobrevivir.

• La especialización parasitaria en los Patógenos:

- Toda población de un determinado organismo sobre la tierra (hongo patógeno por ejemplo) tiene ciertas características morfológicas en común que abarca a todos los miembros del grupo: especie (Ej: Puccinia graminis agente causal de la roya de los cereales).

- Pero algunos individuos de ésta especie atacan/enferman solo al trigo, otros a la cebada, otros a la avena y así sucesivamente. Aparece, entonces, el concepto de forma especializada o forma especial o variedad (o patovar para las bacterias).

- Dentro de cada forma especializada algunos individuos enferman a algunas variedades del hospedante, pero no a otras. Cada uno de estos grupos se conoce como raza, raza fisiológica o patotipo.

Ej: para Puccinia graminis fsp tritici existen más de 200 razas o patotipos que se denominan mediante números 1, 58, 135, etc.

- Existen denominaciones como biotipo, variante, etc. cuyas denominaciones como especialización no es clara.

TEMA 5. “¿Cómo enferman los patógenos a las plantas?. Enzimas y toxinas en la patogénesis. La toxicosis animales y humanas”

1.¿CÓMO ATACAN LOS PATÓGENOS A LAS PLANTAS?

• La superficie de una planta está compuesta por:

- Celulosa: células epidérmicas de la raíz y espacios intercelulares del parénquima de las hojas.

- Cutícula: recubre las paredes de las células epidérmicas de los órganos aéreos. Es frecuente que la cutícula de las partes jóvenes se recubran de una capa cerosa adicional.

• Los patógenos para nutrirse necesitan penetrar las paredes externas de los órganos de las plantas para alcanzar los contenidos celulares que transforman en unidades más simples.

• Las plantas reaccionan ante la presencia del patógeno produciendo estructuras y sustancias químicas que tratan de interferir el desarrollo el patógeno.

• Para que un patógeno infecte a una planta debe ser capaz de abrirse pasa para alcanzar el interior de ésta, obtener los nutrientes y neutralizar las reacciones de defensa de ella.

• Fuerzas mecánicas que ejercen los patógenos sobre los tejidos de sus hospedadores:

• Parece ser que solo algunos hongos, planas superiores parásitas y nematodos aplican una presión de tipo mecánico sobre la superficie de la planta que intentan penetrar.

• Antes de poder ejercer la presión para penetrar la superficie de una planta los patógenos necesitan adherirse a ella. Existen sustancias mucilaginosas que rodean a las hifas y radículas de plantas parásitas, pero la fijación parece estar gobernada por fuerzas intermoleculares que actúan al entrar en contacto las células del patógeno y del hospedador.

• Una vez que se ha producido el contacto, en las hifas de los hongos y en la radícula de las plantas parásitas se una estructura aplanada y en forma de bulbo llamada apresorio; que permite una fijación más firme y que da lugar a un “punto de penetración” por el cual pasa una hifa (filamento) más delgado que ejerce la fuerza. El filamento aumenta su diámetro en cada penetración de la cutícula.

• En el caso de los nematodos la penetración se hace mediante el estilete. Los labios se fijan a la superficie de la planta y mediante movimientos de su cuerpo hincan el estilete.

Toda vez que se ha producido la penetración el hongo o el nematodo secreta cantidades creciente de enzimas que ablandan o disuelven la pared celular.

2.ENZIMAS Y TOXINAS EN LA PATOGÉNESIS

• Dotaciones químicas utilizadas por los patógenos en la patogénesis:

• Existe la creencia generalizada de que la acción fitopatógena de un

microorganismo es, principalmente, de naturaleza bioquímica. Es decir, los efectos que ocasiona el patógeno son el resultado de reacciones bioquímicas entre las sustancias que secreta el patógeno y las que contiene o produce la planta.

• Los principales grupos de sustancias que secretan los patógenos y que, al parecer,

participan en la aparición de una enfermedad son: enzimas, toxinas, reguladores del crecimiento y polisacáridos.

Hay que excluir, por le momento, virus y viroides. Estos “microorganismos” posiblemente induzcan a la célula en la cual se alojan a sintetizar cantidades excesivas de sustancias existentes en ella, o la obliguen a sintetizar sustancias completamente nuevas.

Un hecho real es que varias sustancias, idénticas a las que producen los patógenos, también son sintetizadas por una planta hospedadora sana.

• Enzimas:

Las enzimas son grandes moléculas proteinitas que catalizan todas las reacciones interrelacionadas de una célula viva. Para cada tipo de reacción química que tiene lugar en la célula, hay una enzima distinta que cataliza dicha reacción.

• Degradación enzimática de las sustancias de la pared celular:

Las paredes de las células epidérmicas suelen contener además, proteínas y lignina.

En el proceso de penetración la secuencia sería:

A.- Cera Cuticular: no se conoce, hasta la presente, ningún patógeno que produzca enzimas u otras sustancias degradativas de las ceras, por lo cual se supone que son penetradas de forma mecánica.

B.- Cutina: es la principal componente de la cubierta cuticular. La parte superior de esta cubierta se encuentra combinada con ceras; la inferior 8donde se une con las células epidérmicas) la péctina y la celulosa son fundamentales. La cutina es un poliéster insoluble.

Se sabe que muchos hongos producen cutinasas, enzimas que degradan la cutina. Las cutinasas son esterasas que rompen los enlaces éster de las moléculas cutina.

Parece que en el proceso, los Hongos producen continuamente pequeñas proporciones de cutinasa, que estimularía a las células de la epidermis a que la produjese también. Parece que las ceras existentes en la superficie de los hospedador también estimulan a los hongos a producir cutinasa.

La producción de cutinasa no tiene, por el momento, una relación directa con la patogeneicidad.

C.- Sustancias Pépticas: son el componente principal de la lámina media (es el cemento que mantiene a las células en su posición). Forman parte de las células de los tejidos en su pared celular primaria (forman un gel amorfo que llena los espacios que hay entre las microfibrillas de las células).

Las sustancias pépticas son polisacáridos que contiene, esencialmente, cadenas del ácido galacturónico. Las encargadas de degradar las sustancias pécticas son las pectinasas o enzimas pectolíticas.

-- Péctina metilesterasas: cortan pequeñas porciones de las cadenas pécticas sin afectar sensiblemente su longitud, pero incrementan su solubilidad.

-- Poligalacturonasas: rompen las cadenas pécticas al añadir una molécula de agua e hidrolizar el enlace entre dos moléculas de ácido poligalacturónico.

-- Pectinaliasas o transeliminasas: rompen las cadenas de ácido poligalacturónico eliminando una molécula de agua del enlace, liberando cadenas pectínicas con un doble enlace insaturado.

Los patógenos pueden producir en todo momento pequeñas cantidades de enzimas pectinolíticas en presencia de pectinas que liberan monómeros o polímeros de ácido galacturónico. Si estos monómeros o polímeros son absorbidos por el patógeno funcionan como inductores de la síntesis y liberación de enzimas pectinolíticas (inducción autocatalítica). Cuando la concentración de monómeros o polímeros de ácido galacturónico es grande, ésta inhibe la síntesis de más enzimas (represión catalítica). La producción de enzimas es inhibida en presencia de glucosa.

-- Las enzimas que degradan las pectinas participan en el desarrollo de muchas enfermedades, especialmente en las que se producen la podredumbre blanca de los tejidos (maceración de los tejidos: ablandamiento pérdida de la cohesión de los tejidos, disgregación de las células que finalmente mueren).

D.- Celulosa: es un polisacárido formado por cadenas de moléculas de glucosa. En todas las plantas superiores constituye el armazón de las paredes celulares y se encuentra en forma de microfibrillas.

La degradación por enzimas conocidas, genéricamente, como celulasas da como resultado final la producción de moléculas de glucosa.

-- La celulosa C1 rompe la celulosa nativa quebrando los enlaces.

-- La celulosa C2 rompe la celulosa en cadenas cortas que son transformadas en celobiosa.

-- La celobiosa es degradada a glucosa por el enzima -glucosidasa.

Se ha demostrado que las celulasas son producidas por varios hongos, bacterias y nematodos fitopatógenos.

Las enzimas celulolíticas ablandan los tejidos de las plantas vivas al tiempo que liberan azúcares (glucosa) que les sirven de alimento al patógeno.

E.- Hemicelulosa: mezclas complejas de polímeros de polisacáridos cuya composición y frecuencia parece variar dentro de los tejidos de la misma planta entre especies vegetales y según el desarrollo de la planta.

Son un componente de la pareces primaria y secundaria de la célula y forma parte, también, de la laminilla media.

-- Las enzimas que intervienen en la degradación de la hemicelulosa se denominan, genéricamente, hemicelulasas. Según el monómero liberado del polímero sobre el que actúan, reciben nombres particulares: xilanasa, galactanasa, glucanasa, arabinasa, manasa, etc.

Al parecer las hemicelulasas son producidas por algunos hongos fitopatógenos, pero se desconocen como intervienen en la degradación de la pared celular del hospedante.

F.- Lignina: es un polímero amorfo tridimensional. Se encuentra en la laminilla media y en la pared celular de los vasos xilemáticos y de las células epidérmicas. Se ha señalado cierto número de especies de hongos como lo únicos que descomponen la madera. Las enzimas que secretan éstos se llaman ligninasas. Parece que algunos hongos y bacterias fitopatógenas producen ligninasas, aunque se desconoce si participan en la patogénesis

• Degradación enzimática de las sustancias contenidas en las células vegetales:

Los patógenos pueden, al parecer, absorber nutrientes formados por moléculas pequeñas (azúcares, aminoácidos). Sin embargo, algunos constituyentes del protoplasto celular deben ser degradados antes de ser consumidos (almidón, proteínas, grasas). Degradación que se produce mediante enzimas secretadas por el patógeno.

A.- Proteínas: los patógenos son capaces de degradar muchos tipos de proteínas. Las enzimas que utilizan son semejantes a las de los animales y plantas superiores. Genéricamente se las denomina proteinasas. Es componente estructural de las membranas de las células vegetales y actúan como enzimas.

B.- Almidón: las amilasas degradan el almidón a glucosa, directamente asimilable por el patógeno. Es el principal polisacárido de reserva que se encuentra en la célula vegetal.

C.- Lípidos: varios hongos, bacterias y nematodos tienen capacidad para degradar a los lípidos. Las enzimas reciben nombres específicos como lipasas, fosfolipasas, etc. los más importantes en la célula vegetal: grasas, aceites, fosfolípidos y glucolípodos (sirven de reserva, o junto a las proteínas componente esencial de las membranas celulares).

• Toxinas microbianas. Su relación con las enfermedades de las plantas:

• Las toxinas actúan directamente sobre los protoplastos vivos, otras actúan sobre el

protoplasma en general, las hay inhibidoras de enzimas, las hay que inhiben la permeabilidad de la membrana celular; otras, en fin, actúan como antimetabolitos que propician la deficiencia de un factor esencial para el desarrollo normal.

• Los hongos y bacterias producen toxinas tanto en plantas hospedadoras como en

medios de cultivo. Inducen alteraciones de reacciones metabólicas.

• Toxinas que afectan a un amplio número de plantas hospedantes:

Se ha comprobado que la toxinas producidas por algunos fitopatógenos son capaces, por si mismas, de producir el síndrome total o parcial de la enfermedad sobre el hospedador al cual enferma el patógeno; y, también, a otros hospedadores a los cuales el parásito nunca enferma. Son toxinas no específicas que no son esenciales para que el microorganismo cause la enfermedad.

A.- Tabtoxina:

Se aisló y caracterizó por primera vez de la bacteria Pseudomonas syringae pv tabaci. Hoy se sabe que la producen otras cepas de patovar (pv) tabaci que enferman a soja y a la judía. Como tal no es tóxica, pero cuando se libera en la célula al hidrolizarse inactiva a la enzima glutamina sintetasa haciendo que la célula pierda su capacidad para defenderse frente a la bacteria.

B.- Faseolotoxina:

Está producida por la bacteria Pseudomonas syringae pv phaseolicola agente causal de la “grasa de la judía” y de otras leguminosas.

C.- Tentotoxina:

Está producida por el hongo Alternaria tenuis que causa clorosis en las plántulas de muchas especies, pudiendo originar muerte o en el mejor de los casos perdidas notables.

D.- Fusicoccina:

Está producida por el hongo Fusicoccum amygdali que produce la muerte de ramillas de almendros y melocotones.

E.- Otras toxinas no específicas del hospedante:

• Producidas por Hongos:

-Ácido Fumárico, producido por Rhizopus spp agente causal de podredumbres en frutos en conservación.

- Ácido Oxálico, producido por Sclerotium que infecta a diversas especies.

- Ácido Alternárico, Alternariol y ziniol producidos por Alternaria spp que causa manchas foliares en numerosas especies.

- Ácido Fusárico producido por diversas formas especializadas del hongo Fusarium oxysporum.

Micotoxinas (introducidas por hongos): representan una amenaza para la salud del hombre y de los animales, debido a las dosis subagudas presentes en los animales y forraje. Principales: Atlatoxina (Aspergillus spp), toxinas de fusarium.

• Producidas por Bacterias:

- Coronatina producida por Pseudomonas syringae pv atropurpurea que afecta a las gramíneas para pasto y a la soja.

- Siringomicina producida por Pseudomonas syringae pv syringae que causa manchas foliares en cítricos y otras plantas.

• Toxinas específicas:

Son toxinas que solo actúan sobre hospedantes a los que enferma el patógeno que las produce y tienen poca o nula actividad sobre plantas no susceptibles. La mayoría de estas toxinas deben estar presentes para que el microorganismo sea capaz de producir enfermedad. Normalmente son producidas por hongos.

A.- Victorina o toxina HV:

Está producida por el hongo Helminthosporium victoriae. Enferma a las hojas basales de las plantas de avena susceptibles y produce una toxina que es llevada hasta las hojas superiores a las cuales seca, llegando a matar a las plantas. La toxina reproduce todos los síntomas externos de la enfermedad como si el patógeno estuviese presente. Solo las cepas del hongo que producen victorina son capaces de atacar a la avena.

B:- Toxina T:

Helminthosporium maydis produce una enfermedad foliar del maíz conocida como helmintosporiosis o tizón foliar. El hongo tiene una raza T, que no se distingue de las otras más que por su capacidad para producir la toxina T. Dicha raza solo ataca a las variedades de maíz que tienen citoplasma androestéril, la resistencia al hongo y a la toxina se hereda por vía materna.

C.- Toxina AK:

Producida por un patotipo de Alternaria alternata que causa la mancha negra en los perales japoneses. Los perales resistentes no manifiestan síntomas al ser pulverizados con la toxina AK, los sensibles si.

D.- Toxina AM:

Está producida por otro patotipo de Alternaria alternata que ataca a las hojas del manzano, originando manchas negras. Las resistentes toleran bien la toxina.

• Reguladores del crecimiento en las enfermedades de las plantas

El crecimiento de las plantas está bajo el control de un pequeño grupo de compuestos que en la naturaleza actúan como hormonas a los que se denominan reguladores del crecimiento:

• Los más importantes: auxinas, giberelinas y citoquininas. Otros como el etileno

tienen un papel regulador en el desarrollo de las plantas.

• El parásito ocasiona con frecuencia un desequilibrio en el sistema hormonal de la

planta y da lugar a síntomas anormales en aquella.

La acción del patógeno puede ser debida tanto a la secreción de reguladores del crecimiento en la planta infectada o mediante los efectos que producen sobre los sistemas reguladores de aquellos. Así, los achaparramientos, la emisión anormal de raicillas, alteraciones en la flor o frutos, el alargamiento de entrenudos, las epinastias, etc. son expresiones sintomatológicas de las alteraciones hormonales.

• Auxinas:

La auxina presente de forma natural en las plantas es el ácido indolacético (IAA), que se produce de manera constante en los tejidos de las plantas en crecimiento y no se acumula ya que es degradada, siempre está en bajas proporciones en los tejidos sanos. Produce un aumento general en la respiración de los tejidos vegetales y promueve la síntesis del ARN mensajero y, en consecuencia, de las proteínas-enzimas y proteínas estructurales.

Muchas plantas infectadas por hongos, bacterias, nematodos, virus, micoplasmas muestran un aumento en los niveles de la auxina IAA.

-- Hongos como Plasmodiophora brassicae, Phytophthora infestans, Fusarium oxysporum fsp cubense.

-- Nematodos como Meloidogyne spp.

Inducen el incremento de IAA en sus hospedadores, aunque ellos pueden, también, producir dicha auxina.

El aumento del IAA parece ser debido a que el patógeno destruye la enzima IAA oxidasa.

• Giberelinas:

Son constituyentes normales de las plantas verdes, aunque hay varios microorganismos que las producen. Fueron aisladas por primera vez a partir del hongo Gibberella fujikuori que causa la enfermedad conocida como “bakanae”del arroz. La giberelina más conocida es el ácido giberélico.

Las giberelinas aceleran el crecimiento de variedades enanas para que alcancen su tamaño normal. Favorecen la floración y el crecimiento del fruto. Se asemejan en su acción al IAA e inducen la formación de dicha hormona. Giberelinas y auxinas pueden actuar sinergísticamente.

• Citoquininas:

Son potentes factores del crecimiento necesarios para la diferenciación y el crecimiento celular. Inhiben el envejecimiento al impedir la degradación de las proteínas y de los ácidos nucleicos. Se encuentran en bajas concentraciones en las partes verdes de las plantas, semillas y en la savia.

Su papel en enfermedades de las plantas no es bien conocido. Se sabe que su presencia aumenta en los tejidos afectados por roya donde ejercen una función de rejuvenecimiento en los tejidos afectados y de envejecimiento en el resto. También se sabe que su actividad disminuye en la savia y en los extractos de plantas de algodón infectadas con Verticillium dalia así como en plantas que sufren sequía.

• Etileno (CH2=CH2):

Se produce de forma natural en las plantas y ejerce en ellas una serie de efectos: clorosis, abscisión de hojas, epinastia, maduración de frutos y aumento en la emisión de raíces adventicias. Posiblemente al inducir la formación de fitoalexinas u enzimas incremente la resistencia de la planta a patógenos.

Lo producen varios hongos y bacterias fitopatógenas.

• Ácido Abcísico:

Es uno de los inhibidores del crecimiento que producen las plantas y algunos hongos.

Induce la dormancia, germinación de semillas, cierre estomático y estimulación de la germinación de las esporas de hongos.

Las plantas enfermas lo tienen más que las sanas.

• Polisacáridos

Hongos, bacterias y nematodos liberan constantemente cantidades variables de sustancias mucilaginosas que los protegen, cuyo papel está limitado a las enfermedades vasculares. Son liberados por los patógenos en los vasos xilemáticos obstruyéndolos, marchitamiento.

TEMA 6. “Las reacciones de defensa de las plantas frente a los parásitos.

La reacción de hipersensibilidad”

Las plantas también tienen armas para defenderse contra los parásitos. Los organismos vivos tienen siempre unas defensas naturales.

En general, las plantas contrarrestan el ataque de los patógenos ya sea mediante características estructurales que actúan como barreras físicas e impiden que el patógeno penetre y se propague en ellas, o por medio de reacciones bioquímicas que tienen lugar en sus células y tejidos, las cuales producen sustancias tóxicas para el patógeno o crean condiciones que inhiben su desarrollo.

SISTEMAS DE DEFENSA

1. DEFENSA ESTRUCTURAL

• Estructuras de defensa preexistentes

La primera línea de defensa de las plantas ante el ataque de los patógenos es su superficie. Algunas defensas estructurales se encuentran ya en las plantas antes de que el patógeno entre en contacto con ellas:

1.- Ceras de las hojas y de la superficie de los frutos forman una superficie repelente al agua que impide que los patógenos se depositen y germinen o se reproduzcan.

2.- El grosor de la Cutícula aumenta la resistencia.

3.- El grosor y la dureza de la Pared Celular de los tejidos invadidos puede dificultar el avance del patógeno. En particular, la presencia de haces o de ampliar zonas de células esclerenquimatosas.

4.- Control mediante el cierre de estomas, no penetración.

Las plantas disponen de varias vías y mecanismos para resistir el ataque de diversos patógenos. Aunque algunas veces el patógeno supera la propia defensa vegetal, produciendo una infección muy difícil de combatir.

• Estructuras de defensa que se forman en respuesta a las infecciones patogénicas

Algunas de las estructuras de defensa formadas incluyen a los tejidos que impiden el avance del patógeno, por lo que se les denomina estructuras histológicas de defensa:

1.- Capas de corcho:

Formación de una capa de corcho más allá de la zona donde se ha producido la infección, como barrera entre las zonas sanas e infectadas de la planta. Inhibe el avance que pueda intentar el patógeno, y también bloquean la difusión de cualquier sustancia que pueda secretar. Además, estas capas bloquean el flujo de agua y nutrientes desde las zonas sanas a las infectadas y suprimen la nutrición del patógeno.

De esta forma, los tejidos muertos e incluso el patógeno quedan delimitados por las capas de corcho y permanecen en ese sitio formando lesiones necróticas (manchas) o bien son expulsados al exterior por los tejidos sanos subyacentes hasta formar costras que se desprenden.

Ej: Roya del manzano, septoriosis del apio.

2.- Capas de abscisión:

Se forman sobre las hojas jóvenes y funcionales de los árboles después de haber sido infectadas por cualquiera de los distintos hongos, bacterias o virus. Esta capa consta de una abertura que se forma entre dos capas circulares de células foliares en torno al foco de infección. Después de que ésta se ha producido, la lámina media se disuelve a lo largo del grosor de la hoja. Gradualmente, esta zona se seca, muere y desprende, llevándose consigo al patógeno.

Ej: enfermedades tipo cribado o perdigonada.

3.- Tilides o Tilosas:

Se forman en los vasos xilemáticos, son crecimientos excesivos del protoplasto de las células parenquimáticas adyacentes. Son estructuras nuevas formadas por la planta en el xilema, mediante invaginación, que impiden el paso de las esporas. Se forman como reacción a la entrada del patógeno a los vasos xilemáticos, su crecimiento depende de la velocidad del patógeno. Pueden obstruir completamente el vaso.

Además, tampoco deja pasar a las sustancias nutritivas ni al agua, por lo tanto, la planta produce más vasos xilemáticos.

Ej: en alfalfa contra Fusarium oxysporum y Pseudomonas

4.- Sustancias gomosas:

Muchas plantas después de haber sufrido daños o haber sido infectadas por algún patógeno, producen varios tipos de gomas alrededor de las lesiones. La función defensiva que desempeñan se debe al hecho de que se depositan con gran rapidez en los espacios intercelulares y dentro de las células que rodean el sitio de la infección, formando así una barrera impenetrable que encierra por completo al patógeno. De ésta forma, el patógeno que da aislado, carece de nutrientes y muere tarde o temprano.

Ej: Fusarium oxysporum fsp melonis (forma especializada)

2. Reacción de DEFENSA necrótica: defensa mediante HIPERSENSIBILIDAD

En la mayoría de las relaciones que se establecen entre el hospedante y el patógeno, éste último puede llegar a penetrar la pared celular, pero tan pronto como entra en contacto con el protoplasto de la célula, el núcleo se desplaza hacia él y en poco tiempo se desintegra y aparecen en el citoplasma gránulos de color café y en forma de resina, primero entorno al patógeno y después por todo el citoplasma.

El tipo de defensa necrótico o hipersensible es bastante común, particularmente en las enfermedades que ocasionan los virus, nematodos y hongos parásitos obligados. Al parecer, los tejidos necróticos aíslan al parásito obligado de las sustancias vivas, lo cual conduce a su inanición y muerte. Es probable que cuanto más rápido mueran las células del hospedante después de haber sido infectadas, se hace más resistente a la infección.

3. DEFENSA METABÓLICA (bioquímica)

Aun cuando las características estructurales proporcionen a las plantas varios grados de defensa contra el ataque de los patógenos, cada vez se hace más evidente que la resistencia de una planta al ataque de un patógeno no estriba tanto en las barreras estructurales sino en las sustancias que producen sus células antes o después de haber producido la infección.

• Defensa bioquímica preexistente

1.- Inhibidores liberados por las plantas en su medio ambiente (raíces, hojas).

- Exudados fungitóxicos, inhiben la germinación de Botrytis

2.-Inhibidores presentes en los vegetales antes de la infección:

- Fenoles: inhiben Ez

- Taninos

- Quitinas

3.- Isotiocianatos y alicina.

• Defensa metabólica inducida por el ataque de lo patógenos

Defensa debida a una mayor concentración de compuestos fenólicos:

Algunos fenoles relacionados con la resistencia a las enfermedades se encuentran en las plantas ya sean sanas o enfermas, pero su síntesis o acumulación al parecer aumenta después de haberse producido la infección. A estos compuestos se les denomina compuestos fenólicos “comunes”. Sin embargo, otros fenoles no los producen las plantas sanas, excepto cuando son estimuladas por algún patógeno. A estos se les conoce como fitoalexinas.

Son sustancias tóxicas producidas cuando la planta se encuentra bajo ataque de un patógeno. Un grupo de estos compuestos son las fitoalexinas (sustancia bactericida y fungicida), son sintetizadas por la planta luego del ataque por hongos, e inhiben las enzimas del sistema digestivo del atacante. Son sustancias fenólicas producidas bajo situaciones de estrés por el metabolismo secundario en las células adyacentes a las infectadas, dañinas o necróticas, como respuesta a las sustancias difundidas a partir de las células dañadas.

La diferencia entre una planta resistente o no, recae en la velocidad de las fitoalexinas. Si la planta es resistente, se produce una cantidad suficiente para matar al patógeno, si es sensible se produce en cantidad menor y no consigue acabar con él.