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