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Control Biológico de Enfermedades de Plantas

19 de febrero de 2003

CONTROLBIOLÓGICO

Definiciones

• “Reducción de la densidad de inóculo o de las actividades productoras de enfermedad de un patógeno o parásito, en su estado activo o durmiente, mediante uno o más organismos, lograda de manera natural o a través de la manipulación del ambiente, del hospedador o del antagonista o por la introducción masiva de uno o más antagonistas” (Baker y Cook, 1974)

Definiciones I

• “El control biológico es la utilización de microorganismos naturales o modificados, genes o productos génicos, para reducir los efectos de organismos indeseables, favoreciendo a los organismos útiles para el hombre como plantas y organismos beneficiosos.” (Academia Nacional de Estados Unidos, 1987)

Wilson y Wisniewski (1994 )Control biológico implica todo tipo de control que no involucre el uso de plaguicidas de síntesis química

Tres métodos para llevarlo a cabo:• uso de microoganismos antagonistas• uso de extractos de plantas• modificación de la resistencia del huésped

Definiciones II

• “ Son cierto tipo de pesticidas derivados de materiales naturales como plantas, animales, microorganismos y ciertos minerales” (EPA,1994)

• Reconoce 3 categorías:

• a) Pesticidas microbianos

• b) Pesticidas derivados de plantas

• c) Pesticidas bioquímicos

Biopesticidas

Definiciones restringidas

• “Introducción artificial de organismos antagonistas en el patosistema, para controlar el patógeno y favorecer a la planta, reduciendo el inóculo del patógeno la intensidad de los síntomas posteriores a la infección” (Monte Vázquez, 1997)

Historia• 4000 años a.C. Rotación de cultivos

Mesopotamia y China• América precolombina “Chinampas” Aztecas.

• 1874 Roberts introduce el término ANTAGONISMO (Penicillium glaucum frente abacterias)

• 1919 Smith “ control de un organismo por otro, excluido el hombre” “regulación de la población de una plaga por sus enemigos naturales”

• 1921 Hartley introduce Pythium para controlar caída de plántulas

• 1945 Brain y McGrowan describen micoparasitismo y antibiosis de Trichodermasobre Rhizoctonia

• 1963 I Simposio Internacional sobre Control biológico

Historia cont.

Objetivos del CB

Objetivo generalObjetivo general:

•Reducir la incidencia y/o severidad de las enfermedades de plantas sin riesgo para el hombre o el medio ambiente

Objetivos específicosObjetivos específicos:

•Reducción del inóculo del patógeno

•Reducción de la infección del huésped por el patógeno

•Reducción de la severidad del ataque

Información previa necesaria

•Conocer el patógeno

•Conocer el huésped

•Conocer el ciclo de la enfermedad

•Conocer las relaciones huésped-patógeno

•Conocer el ambiente donde se dará la interacción.

Características del CB

•Suele ser compatible con otras formas de control

•Su acción se limita en muchos casos a determinado tipo de patógenos en determinado hábitat

•Los biopesticidas suelen ser más fácilmente degradables

Características del CB cont.

•Por su naturaleza son inherentemente menos tóxicos que los pesticidas convencionales

•Un agente de control biológico puede tener más de un mecanismo de acción, lo cual disminuye la posibilidad de aparición de cepas resistentes

•El biopesticida universal no existe

Problemas

• Se tiene resultados erráticos• En general tiene efecto protector pero no

curativo

Definiciones

Wilson y Wisniewski (1994 )Control biológico implica todo tipo de control que no involucre el uso de plaguicidas de síntesis química

Tres métodos para llevarlo a cabo:• uso de microoganismos antagonistas• uso de extractos de plantas• modificación de la resistencia del huésped

Microorganismos antagonistas

Microorganismos que impiden el desarrollo de la enfermedad producida por un patógeno

Estrategias de uso• Control natural Suelos supresivos• Introducción masiva de antagonistas• Manipulación del ambiente

Suelos supresivos“Suelos con cierto grado de inhibición

biológica que afecta en distinto grado a distintos patógenos”

• Pierde actividad por calentamiento• No es transferible a suelo conductor• La actividad biocontroladora guarda

relación con la biomasa y actividad biológica del suelo

• Trichoderma

• Temperatura

• Atmósfera

• Nurientes

• Relativamente controlable en postcosecha

Manipulación del ambiente

Ejemplos de microorganismos antagonistas

• Bacterias– Agrobacterium radiobacter: Galltrol, Nogall– Bacillus spp.: BioYield, Companion, HiStick

N/T, Kodiak , Serenade,– Burkholderia cepacia: Deny, Intercept– Pseudomonas spp.: BioJect Spot-Less, Bio-save,

BlightBan, Cedomon– Streptomyces spp.: Actinovate*, Mycostop

• Hongos– Ampelomyces quisqualis: AQ10– Candida oleophila: Aspire– Coniothyrium minitans: Contans, Intercept WG– Fusarium oxysporum: Biofox C, Fusaclean– Gliocladium spp.: Primastorp, SoilGard– Trichoderma spp.: Bio Fungus, Binab T, Root

Pro, Trichopel, Trieco RootShield/PlantShield, T-22G, T-22 Planter Box, Trichodex,

Ejemplos de microorganismos antagonistas

Mecanismos de acción

• Antibiosis• Competencia• Micoparasitismo• Producción de enzimas líticas• Inducción de resistencia

Antibióticos• Producto del metabolismo secundario de un

microorganismo que provoca la muerte o la inhibición del crecimiento de otro.

• Compuesto orgánico de bajo peso molecular• Activo en bajas concentraciones (menores de 10

ppm)• Detección in vitro sencilla

– Cultivos duales– Ensayos de difusión

Antibióticos

Problemas• Producción muy dependiente de las

condiciones de cultivo• Pueden aparecer cepas resistentes• Acción frente a flora benéfica

Ejemplos• Agrobacterium K84 Agrocin• Pseudomonas fluorescens Pirrolnitrina

Agalla de corona

• Producida por Agrobacterium tumefaciens

• Antagonista :Agrobacterium radiobacter

• Descubierto por Kerr en 1970

Competencia

Comportamiento desigual de dos o más organismos frente a un mismo requerimiento, cuando la utilización del mismo por uno de los organismos, lo vuelve insuficiente para los demás.

Requerimientos:Requerimientos:• Espacio• Oxígeno• Nutrientes: Carbono, nitrógeno, hierro, etc.

Competencia por espacio

Site Exclusion

Competencia por nutrientes

Figura 5 Efecto del agregado de nutrientes

b60b

50

a100a

90

c21

a90a

80

c20

c20

c21

0

20

40

60

80

100

120

Jugo de manzanaAzúcares

Aminoácidos

Nitrato

suero fisiológico

% de i

ncide

ncia

C.ciferriC.laurentii

.

Competencia por hierro

Micoparasitismo• Utilización del hongo patógeno como alimento por

el antagonista

Pared celular de hongos•β 1-3 glucanos β 1-6 glucanos

•glicoproteína

•proteína

• microfibrillas de quitina

Micoparasitismo

• Implica la producción de enzimas degradadoras de paredes fúngicas:

• β 1-3 glucanasas, • quitinasas, • proteasas

Esclerotos colonizados porConiothyrium minitans

Esclerotos colonizados por Sporidesmium sclerotivorum

EJEMPLOS: colonizadores de esclerotos

Producción de enzimas líticas

Penicillium rugulosum en cultivo dual con Monilinia fructicola

INDUCCIÓN DE RESISTENCIA

• Resistencia: Capacidad de un organismo sobreponerse completamente o en cierto grado a la acción de un patógeno

• Hipersensibilidad: Respuesta de resistencia que se genera en el sitio de desafío y previene la diseminación posterior del patógeno dentro de la planta

INDUCCIÓN DE RESISTENCIA

• Resistencia inducida:– Fenómeno por el cual una planta estimulada

adecuadamente, exhibe una respuesta de resistencia aumentada ante la llegada de un patógeno (VanLoon, 1997)

– Proceso de resistencia activa dependiente de barreras físicas o químicas de la planta huésped activada por agentes bióticos o abióticos (Kloepper, 1992)

Hipersensibilidad -Resistencia Inducida

Hipersensibilidad:

•localizada

•síntomas limitados

•incapacidad del patógeno de crecer y/dispersarse

•muerte celular

Hipersensibilidad -Resistencia Inducida

Resistencia inducida:

•sistémica

•necesita inductor

•sitio de acción alejado del sitio de estimulación

•ausencia de toxicidad del inductor sobre el patógeno de desafío

•no hay relación dosis-respuesta sobrepasando determinado umbral

•no específico

HIPERSENSIBILIDAD

Inductores Barreras estructurales

Sustancias antifúngicas

fitoalexinas

radicales

Enzimas PRP

PR1 ? Membrana

PR2 β 1-3 glucanasa Pared

PR3-PR4 Endoquitinasa Pared

PR5 ? Membrana

PR6 Inhibidor de proteasa Proteasa

PR7 Proteasa ?

PR8 Endoquitinasa Pared

PR9 Peroxidasa Formación de lignina

PR10 RNasa ?

Sin clasificar Inhibidor de la poligalacturonasa

poligalacturonasa

PRP

Coniothyrium minitans

Coniothyrium minitans CON/M/91-08 registrado como biopesticida por la EPA

Coniothyrium minitans will produce hundreds of pycnidia on the surface of a colonized sclerotium giving it the aspect of a spiny, irregular surface. Usually few hyphal threads will grow out of an infected sclerotium. This mycoparasite will spread as conidia in the soil.Contrary to Sporidesmium sclerotivorum,Coniothyrium minitans has a good saprophytic ability, and can grow on plant residues or beeasily cultured on artificial media.

Sporidesmium sclerotivorum is a fungus that lives in the soil. This mycoparasite can killa sclerotium in three to four weeks. Mycelium from S. sclerotivorum (arrow) can growmore than 2.5 cm (1-inch) into the soil from an infected sclerotium.

Planta Patógeno

quitinasa

β 1-3 glucanasa

IPG Poligalacturonasa

Pared celular del patógeno

Pared celular de la planta

OligogalacturónidosOligoquitina, oligoglucanos

Percepción, estimulación de respuestas de defensa

inductor

producción de señal

translocación de señal

activación de genes de defensa

expresión de resistencia

Pasos en la resistencia sistémica inducida

Tipos de resistenciasistémica inducida

•SAR Resistencia sistémica adquirida

•ISR Resistencia sistémica inducida

SARSAR••Inductores:Inductores: Patógeno necrozante, partes de bacterias (LPS) u hongos, trozos de pared vegetal, sustancias químicas.

••EfectoresEfectores: : PRP (proteínas relacionadas con la patogenia)

••Señal: Señal: Desconocida. Mediada por ácido salicílico

Inductores químicos

•Ácido salicílico

•Ácido 2,6-dicloroisonicotínico

•Acibenzolar-S-metil (BION)

•Ácido gama aminobutírico

•Quitosano y derivados

•Harpin (proteína producida por Erwinia amylovora)

ISR

Inductores: Rizobacterias promotoras del crecimiento vegetal

Efectores: Defensinas, PRP?

Señal: etileno ?

jasmonatos ?

Inducción de resistencia (Ejemplos)

• Inducción de SAR o ISR• Aureobasidium pululans induce quitinasas,

glucanasas y peroxidasa en heridas de manzana. (Ippolito et al. 2000)

• Candida saitoana induce resistencia en heridas vecinas (El-Gaouth et al. 2001)

• PGPR (Plant growth promoting rhizobacteria) induce ISR en tomate contra Phytophtora infestans (Yan et al. 2002)

SE34, 89B61, IPC-11, C10 Rizobacterias

BABA Ácido gama aminobutírico (inductor químico de SAR)

Pathogen Patógeno aplicado en las hojas inferiores

Ácido salicílico Jasmonato

Conclusiones

• Rizobacterias inducen resistencia (ISR)• ISR dependiente de jasmonato

• BABA y patógeno inducen resistencia (SAR)

• SAR involucra ácido salicílico

Protección cruzada

Infección de la planta con un microorganismo, con lo cual se suprime o evita la enfermedad causada por microorganismos relacionados

• EJEMPLOSCepa 45 del virus de la tristeza (cepa

avirulenta) protege contra cepas virulentas del virus

Sustancias naturales ( aprobadas por la EPA)

• Bicarbonato de sodio Efecto fungistático

• Ácido acético

• HarpinInducción de resistencia

• Quitosano

Sustancias naturales

• Jasmonatos• Ácido salicílico• Extractos de plantas• Propóleos

Pasos en el trabajo en control biológico

• Comprobación de la existencia de la enfermedad

• Aislamiento de cepas nativas del patógeno• Caracterización de las cepas del patógeno

(Agresividad, Resistencia a fungicidas)• Selección de las cepas del patógeno a

ensayar• Aislamiento de antagonistas

Pasos en el trabajo en control biológico

• Selección de antagonistas (in vitro e in vivo)• Correcta identificación• Estudio de los mecanismos de acción• Estudios de toxicidad• Producción a gran escala• Formulación