Carbones del trigo

Los carbones son patógenos de las plantas que pertenecen a la Subdivisión Basidiomicetes; Clase Ustilaginomicetes; Orden Ustilaginales. Se caracterizan por formar una masa pulverulenta de teliosporas (basidiosporas=ustilosporas) de color oscuro en diversos órganos en los hospedantes. Los carbones constituyen un importante grupo de hongos fitopatópatogenos con más 50 géneros y 1200 especies afectan en aproximadamente 4000 especies de plantas en 75 familia de angiospermas. Además, son más conocidos en monocotiledoneas que en dicotiledóneas. Entre las especies de Ustilaginales fitopatógenos podemos citar a Ustilago hordei (carbón cubierto) y U. nuda (carbón volador) de la cebada, y a U. nigra (carbón volador negro) de la avena. Entre los patógenos del trigo Tilletia laevis y T. tritici (carbones hediondos o cubiertos) T. controversa (carbón enano) (Hirschhorn, 1986); (Vanky, 1985). Actualmente se los consideran patógenos secundarios del trigo, pero poseen el potencial de causar severas epifítias e importantes pérdidas económicas a la agricultura, aún con el uso de tratamientos químicos a las semillas y la utilización de cultivares parcialmente resistentes a estas enfermedades.

 

Las caries del trigo o carbón hediondo son producidas por el hongo del género Tilletia. La enfermedad se manifiesta en la espiga afectando a los granos, formando el típico soro o grano carbonudo, que produce la disminución en el rendimiento de las cosechas, transfieren mal olor a la harina e importantes pérdidas económicas al productor. El control de las caries del trigo se realiza mediante la aplicación de agroquímicos, pero el problema adquiere cierta magnitud a causa de fallas, tanto en la efectividad de los fungicidas como en los métodos de aplicación, unido a la difusión de cultivares susceptibles. El método más efectivo para el manejo de la enfermedad es la resistencia genética al patógeno, como así también conocer su variabilidad o especialización fisiológica.

Las investigaciones sobre las caries o carbón común fueron realizadas en USA, Europa y Asia para preveer el desencadenamiento de epifitias basados en métodos tradicionales (microscopio óptico) para la caracterización y diferenciación morfológicas de las teliosporas del género Tilletia que infectan las semillas de trigo (Fischer y Holton, 1957); (Hoffmann et al., 1967); (Kendrick, 1961). También se realizaron estudios mediante el uso del microscopio electrónico y de fluorescencia para diferenciación entre las especies T. caries y T. controversa para evitar la transmisión de las esporas en el campo o zonas libres de la enfermedad (Stockwell y Trione, 1986); (Trione y Krygier, 1977). En la actualidad se utilizan métodos moleculares mediante la extracción de ADN de cepas y/o teliosporas sin germinar para la diferenciación taxonómica de las especies de los géneros Tillletia y Ustilago (Mac Donald, et al., 1999);(Malik y Mathre, 1997); (Menzies et al., 2003); (Russell y Mils, 1994); (Shy et al., 1996). También se realizaron investigaciones mediante infecciones a campo para conocer la fisiología de las especies de Tilletia, tales como ciclo evolutivo y condiciones ambientales predisponentes para la enfermedad. Esta información fue aplicada en planes de mejoramiento en búsqueda de trigos resistentes a las caries del trigo (Gaudet, 1990); (Hoffmann, 1982); (Johnsson, 1991);(Metzger and Hoffmann, 1978); (Russell y Mills, 1994); (Shy et al., 1996);(Stokwell y Trione, 1986). El avance de estos trabajos permitieron determinar genes de resistencia al carbón en trigos designados como Bt1 a Bt15. Posteriormente, estos genes fueron incorporados en líneas monogénicas para determinar las razas para: T. tritici designada “T” (T1-T30), para T. laevis designada “L” (L1-L16) y T. controversa desiganada “D” (D1-D17) (Russell y Mills, 1994); (Vedpal y Mathre, 1997);(Wilcoxson y Saari, 1996).

En Argentina, durante período 1945-1955 hubo un pronunciado incremento del ataque del hongo, situación que fue corregida cuando se comenzaron las primeras investigaciones sobre las caries del trigo en relación a biología, fisiología y morfología de las especies de caries en el país. También se iniciaron los primeros experimentos a campo, tanto con infecciones artificiales como naturales, para evaluar el comportamiento de los cultivares del trigo frente al patógeno en el Instituto de Fitotecnia del INTA de Castelar e INTA de Manfredi (Hirschhorn, 1941); (Frezzi, 1963). Además, el Ing. Mujica del Instituto de Fitotecnia del INTA de Castelar, determinó la presencia de no menos de doce razas fisiológicas del patógeno cuando realizó ensayos a campo con infecciones artificiales mediante el uso de una serie de variedades diferenciales con factores de resistencia a la raza T1 de T. tritici de EE.UU, a la que se agregó el cultivar Klein Pirámide. Este cultivar, que directa o indirectamente se había incorporado al germoplasma de varios trigos argentinos (K. Orgullo, Buenos Aires 105, K Impacto, K. Puntal y K. Sendero), resultó ser susceptible a cinco de las razas T. tritici, información que se debería tener en cuenta en los trigos actuales (Mujica, 1969); (Antonelli, 1969).

Durante el período 1960-1978 los trabajos llevados a cabo en el Instituto Fitotécnico Santa Catalina (F.C.A y F, UNLP) por los investigadores Dra. Elisa Hirschhorn e Ing. Agr. Josefa Calvo permitieron determinar las características y distribución de las especies de las caries en la Argentina. Del minucioso análisis de muestras de granos de trigo carbonosos recolectados de la región triguera determinaron: a) T. foetida (= T. laevis) se hallaba prácticamente en todo el país y T. caries (= T. tritici) en áreas más restringidas y b) T. intermedia híbrido interespecifico entre T foetida x T. caries con características intermedias entre ambas especies en cuanto a la morfología de las telisoporas. Este híbrido era prácticamente desconocido hasta 1962. (Hirschhorn y Calvo, 1963); (Hirschhorn, 1986). Para continuar con las investigaciones sobre la variabilidad genética de T. laevis se iniciaron en 1985 experimentos a campo con el objetivo de buscar en el germoplasma argentino fuentes de resistencia y razas fisiológicas de este carbón, cuya información podría ser utilizada en los planes de mejoramiento del trigo. Para los experimentos se usaron 75 cultivares procedentes de la colección de trigo del Instituto de Genética Favret del INTA -Castelar y de diferentes criaderos de Argentina. En los ensayos a campo que se realizaron mediante inoculación por espolvoreo de teliosporas sobre las semillas, el inóculo estaba constituido por una mezcla de poblaciones de diferentes localidades de la región triguera.

Los ensayos fueron realizados durante el período 1985-1995, en el campo Experimental del Instituto Fitotécnico de Santa Catalina (F.C.A. y F. UNLP) de la localidad de Llavallol provincia de Buenos Aires. En la tabla 1, se observan los resultados del grado de ataque según cultivar afectado por carbón hediondo, y además se infiere la presencia de genes de resistencia al patógeno en los cultivares: Buck Maipú, Candeal Durumbuck, Candeal Sel. La Previsión, Taganrog Sel. Buck, Buck Palenque, Buck Cristal, Buck Bagual y Klein Pirámide; los restantes 67 cultivares se comportaron entre medianamente resistentes a susceptibles. En los experimentos relacionados con la variabilidad patógena de T. laevis, también se realizaron ensayos mediante inoculaciones artificiales a campo, utilizando un set de 12 cultivares de trigos que fueron seleccionados según la reacción frente al carbón hediondo (Tabla 1)

El material utilizado fue recolectado de 24 localidades de la región triguera y se uso una mezcla de las poblaciones como testigo que se inoculó sobre cada cultivar Tabla 2. Se registra la presencia de cinco razas fisiológicas de T. laevis con diferente grado de virulencia en Argentina. Las poblaciones que evidenciaron mayor grado de virulencia fueron las procedentes de las provincias de Buenos Aires (Tandil, Tres Arroyos Col.2 Trigo hexapliode) y Salliquelo), La Pampa (Santa Rosa) y Santa Fe (Casilda) (Astiz Gassó, 1997b); (Astiz Gassó y Hirschhorn, 1994).

Del resultado de estas investigaciones se confirma que los cultivares comerciales tipo pan fueron más susceptibles que los tipo fideos (altamente resistentes) a caries, y que ésta era una característica asociada a la especie Triticum durum (Antonelli, 1969); (Astiz Gassó, 1997a). También en búsqueda de alternativas para realizar un manejo integrado de la enfermedad se realizaron estudios utilizando antagonistas del género Trichoderma como biocontrolador, con el fin de reducir el impacto ambiental por uso de agroquímicos. Los resultados de estos ensayos in vitro demostraron que cepas de Trichoderma spp. inhiben la germinación de las teliosporas y la formación de hifas infectivas del carbón.

En investigaciones futuras habría que confirmarlo con ensayos de invernáculo y/o campo para verificar si evitan la penetración del hongo en el tejido del hospedante y posterior aparición del carbón en la planta de trigo. (Astiz Gassó et al., 1999, 2000).

 

Los carbones hediondos o caries del trigo son patógenos que atacan al trigo y pueden infectar además a la cebada y algunas especies de pastos. Las plantas enfermas tienen generalmente menor altura y con frecuencia presentan una mayor producción de macollos. La enfermedad se hace más evidente después de la emisión de la espiga. Las espigas infectadas son de color verde azulado y las glumas tienden a separarse ligeramente para acomodar las masas de carbón que han reemplazado los granos normales (Figura1-A, B). A medida que madura el cultivo, las espigas atacadas pueden distinguirse por su color más oscuro y olor a pescado debido a la presencia de trimetilamani, por las glumas expandidas con las puntas de las masas del carbón sobresaliendo (Figura 1-C), por la variación de la altura y las anormalidades de forma-tamaño de las espigas. Las masas de carbón son de color café grisáceo, de forma similar a los granos sanos, aunque usualmente más esféricas. El grado de desarrollo de los síntomas del carbón hediondo se lo consideran de moderado a severo cuando no se trata la semilla antes de la siembra.

 

 

Las teliosporas de T. laevis son de color castaño oliváceo, a veces muy claras o casi hialinas, globosas, sub globosas y muy irregulares, de 19-25 μ de Ø, con episporio grueso y liso. Células estériles hialinas, globosas o sub globosas, de 12-18 μ de Ø, lisas o ligeramente reticuladas. Su cantidad varía con los ejemplares y formas fisiológicas, desde muy escasas a abundantes. Las teliosporas de T. triticison de color castaño a castaño oscuro, globosas u ovaladas de 14-25 μ de Ø, con episporio reticulado con celdillas de 1-1,5 μ de Ø, a veces con aspecto cerebroide y de profundidad variable. Células hialinas estériles y globosas de 10-18 μ de Ø, con episporio no muy grueso. Las teliosporas de T. controversa son de color castaño oscuro, castaño amarillento o amarillento, globosas, sub globosas o irregulares, de 19-30 μ de Ø incluyendo la membrana hialina que la rodea; episporio reticulado de celdillas penta o hexagonales irregulares de 3-3,5 μ x 1,5-3 μ de Ø de profundidad; encerrados en una membrana hialina que sobrepasa el diámetro de las teliosporas o a veces es tan estrecha que resulta imperceptible si no se observa con lente de inmersión (Cuadro 1).

Cuadro Nº 1: Síntesis de caracteres microscópicos de teliosporas de carbón hediondo.

 

La temperatura óptima para la germinación de las teliosporas es entre 18-20º C. La germinación ocurre después de 4-5 días a 15º C y 14-15 días a 5° C. La presencia de cultivares susceptibles o parcialmente resistentes favorecen a las infecciones de este patógeno.

 

Las esporas del hongo se adhieren a la punta de la semilla (cepillo) y a los granos infestados se los denomina “punta negra”. Cuando los granos carbonudos se rompen liberan esporas negras (teliosporas), pulverulentas y con olor a pescado. Las esporas de las plantas enfermas se dispersan durante las operaciones de cosecha (trilla) contaminando las semillas y el suelo. Estas esporas se adhieren a la punta de la semilla (cepillo) y a los granos infectados se los denomina “punta negra”. Las teliosporas son de resistencia y persisten en el grano y/o suelo seco y cuando la humedad está disponible comienza el ciclo de la enfermedad. Al germinar forman un promicelio (metabasidio) con 8-16 basidiosporas, las cuales se fusionan en pares compatibles formando estructuras en forma de H y eventualmente desarrollan basiosporas secundarias infecciosas (Figura1-D). Las basidiosporas infectan los coleoptilos de las plántulas o los puntos de crecimientos de los macollos jóvenes antes que emerjan del suelo. El micelio del patógeno crece dentro de la plántula (inter-intracelularmente) y avanza a medida que se desarrolla la planta, eventualmente invade los tejidos meristemáticos produciendo manchas clóroticas en hojas (Figura 2). La dispersión de la enfermedad a larga distancia es por el hombre, a diferencia de las royas que se difunde por el viento. La enfermedad es de distribución mundial y se la considera que produce efectos en el rendimiento de moderado a importante.

Figura 2: Ciclo del Carbón hediendo o cubierto causado por Tilletia spp. en trigo.

 

Los carbones del trigo son enfermedades del tipo biotrófica, porque cumplen su fase parásita de la esporogénesis con formación de teliosporas sobre el hospedante. El carbón hediondo o cubierto es una enfermedad monocíclica cuya fuente de inóculo se encuentra acompañando a la semilla y/o en el suelo, cuya penetración la realiza cuando germinan las semillas y el micelio penetra en las plántulas, por lo tanto la infección se produce al inicio del cultivo de trigo. El desarrollo de la enfermedad es del “tipo sistémico” cuyo signo no se evidencia hasta la formación y emisión de las espigas del trigo. El control más importante de este patógeno es utilizando metodologías preventivas tales como el curado de semilla y la utilización de cultivares tolerantes.

 

A pesar de existir fuentes de resistencia, la mayoría de los cultivares difundidos en Argentina tienen diversos grados de susceptibilidad. Por lo tanto, actualmente el tratamiento con agroquímicos asegura el control a cierto nivel del patógeno en el campo.

En cuanto uso alternativas para al manejo integrado de la enfermedad se han realizados investigaciones en relación de la compatibilidad de uso de terápicos y un formulado biológico Biagro TL para aplicarlo sobre semillas de trigo. Durante el desarrollo de las experiencias en laboratorio se determino que no existía un efecto negativos con los productos agroquímicos a nivel in vitro sobre Trichoderma sp. dentro de las primeras 24 hs de tratadas. Por lo tanto, sería posible realizar una aplicación conjunta de fungicida-biocontrolador previó a la siembra del trigo. (Astiz Gassó et al., 2009).

Tabla 1: Estimación del grado de resistencia de cultivares de trigo, mediante infecciones artificiales con mezcla de poblaciones de T. laevis

 

Tabla 2: Resultados de la determinación de razas fisiológicas, mediante inoculaciones artificiales con 24 poblaciones del carbón hediondo (T. laevis) 

 

Figura 1: Tilletia spp. A: granos carbonudos o soros; B: granos sanos; C: Espiga carbonosa; D: Germinación de teliosporas in vitro se observa la formación de metabasidio con basidiosporas en el ápice. (Fotos Astiz Gassó M.M.)

 

El carbón volador del trigo es producido por el hongo del genero Ustilago y a partir de 1890 fueron diferenciadas tres especies del hongo que producen la infección por vía ovárica, Ustilago tritici (trigo), Ustilago nuda (cebada) y Ustilago nigra (avena) (Fischer y Holton 1956). La diferenciación taxonómica entre U. tritici y U. nuda no se basa en la morfología de las ustilagosporas (=teliosporas) o porque son biológicamente similares, sino por: a.- la morfología del metabasidio (=promicelio), la hifa monocariotica y dicariotica, después de la germinación de U. nuda es diferente a U. tirtici: el metabasidio de U. tritici es delgado y levemente curvado (Figura 4: A); b.- los soros de U. nuda están inicialmente cubiertos por una membrana que persiste más tiempo, en cambio U. tritici es desnudo o se desprende fácilmente; c.- tienen diferencias marcadas en polipéptidos e isoenzimas que sugieren que son especies diferentes. d.- dos razas diferentes de estas especies se pueden hibridar, pero no fueron viable para producir la enfermedad d.- en U. nuda todos los aislamientos monocarióticos haploides con apareamiento Mat-2 son auxotróficos prolina, y los tipos Mat-1 son sensibles a temperaturas, estas características no fueron halladas en U. tritici. Estas diferencias justificaron la separación de las especies (Wilcoxson y Saari, 1996; Menzies et al., 2003). El estudio de las razas de U. tritici datan desde 1930 (Fischer y Holton 1956) y actualmente estas investigaciones fueron validadas, porque la resistencia a cada raza es monofactorial y los genes pueden ser incorporados en planes de mejoramientos para al patógeno. La virulencia de las razas no dependen del origen geográfico, pero sí son determinadas sobre el cultivar que infectan. Algunas razas como T1 ocurren en varios países y otras son restrictivas a un país.

El análisis de colecciones de U. tritici sobre un set de cultivares diferenciales permitió demostrar que el patógeno fue diseminado en semillas por el hombre a otras regiones. También fueron detectados sobre un set de 19 cultivares diferenciales, 44 razas designadas como T1-T44. La raza T1 es la de mayor difusión en más de 30 países productores de trigo, y la raza T12 fue identificada para Argentina sobre un set de cultivares de USA, Canadá y Uruguay. También se identificaron 5 genes de virulencia del patógeno designados como Utv1-Utv5 y además, es relevante mencionar que las teliosporas de U. tritici no tienen dormancia como ocurre en otros carbones.

En Argentina existen escasos antecedentes sobre el estudio de resistencia y variabilidad patógena de U. tritici, porque por la etiología de la enfermedad permitió utilizar otros sistemas de control y por ende el fitotecnista prefirió sacrificar una eventual resistencia al patógeno, a favor de otras características de mayor aptitud agronómicas. Esto se debió al hecho de seleccionar progenitores por calidad y rendimiento, que además fueran resistentes al carbón volador. A partir de fines de la década del 60, se consideró que los trigos fideos que se cultivaban en el país eran inmunes al patógeno (Antonelli 1969, Bainotti et al.1995). Los trabajos realizados por Calvo (1978) en el Instituto Fitotécnico Santa Catalina, relacionados con herencia de resistencia al carbón volador, permitieron mediante infecciones artificiales utilizando diferentes poblaciones del patógeno, determinar el comportamiento inmune de la variedad el Gauccho F.A.. Esta propiedad le permitió difundirse en la región triguera e incluirse en diversos planes de mejoramiento.

 

U. tritici destruye totalmente las espiguillas en trigo dejando solamente el raquis. La aparición de la enfermedad comienza desde la época de la floración y se manifiesta antes que las espigas salgan de la vaina que la rodea. Cuando éstas emergen ya se están completamente destruidas hallándose cubiertas de una abundante masa pulverulenta, castaño verdusco a negra que termina por desprenderse muy fácilmente. (Figura 4: B). Las plantas enfermas no alcanzan, a veces la altura de las plantas sanas, pero hasta la espigazón parecen ser de las más precoces Figura 3. Es importante mencionar que se han observado espigas infectadas con U. tritici asociadas con otros patógenos que afectan la espiga tales como: Fusarium spp., Claviceps purpurea y Tilletia spp. (Russell y Mills, 1994).

 

Figura 3: Ciclo del Carbón volador causado por Ustilago tritici en trigo.

 

Ciclo del carbón volador: 1- El micelio invade partes del embrión, 2-3- El micelio invade el tejido intracelularmente de plantas jóvenes, 4- El micelio se localiza en el meristema vegetativo, 5-6-7- El micelio invade el meristema reproductivo, 8- Células miceliales se fragmentan para formar las teliosporas, 9- Espigas de trigo infectadas con teliosporas que son transportadas por el viento para infectar espigas sanas en el campo, 10- espiga sana en antesis receptora de las esporas del carbón, 11- Teliosporas germinando para penetrar en espiguillas sanas, (Esquema realizado por Dr. Marcelo Lovisolo).

 

 

Teliosporas de color castaño-amarillentas, pardo oscuras a casi negras; forma globosa a ligeramente irregulares; Tamaño: 5-9μ de Ø o de 5-8 x11μ Ø; episporio tenue y liso.

 

La influencia del ambiente es limitante para la infección del patógeno, su diseminación a través del embrión y su desarrollo en la planta infectada. El patógeno para producir una óptima germinación de la teliospora requiere 95% de humedad relativa y temperatura entre 20-25º C. El micelio tarda 10-15 días en penetrar al embrión y hasta 3 semanas para que el hongo se desarrolle y las hifas comiencen dormancia en la semilla madura (Figura 4: C). Las condiciones ambientales influyen en la apertura de las espiguillas, y por lo tanto pude reducir la entrada de la espora por los estigmas florales. También se limita la presencia de la enfermedad cuando se siembra las semillas infectadas en suelos con: bajas temperatura y compacto, sequías, semillas sembradas profundas o suelos anegados (Wilcoxson Roy y Saari, 1996).

 

La liberación pasiva de las teliosporas de U. tritici coincide con la floración de las plantas sanas y normales del trigo. La infección del hospedante puede ocurrir solamente en la floración y la planta se hace resistente al ataque aproximadamente una semana después de la polinización, por lo tanto es crítica la presencia del inóculo para que se produzca la infección en un período tan corto. El viento es el principal diseminador dentro del cultivo y el hombre a grandes distancias. Esta enfermedad tiene distribución mundial (Wilcoxson Roy y Saari 1996).

 

El carbón volador es una enfermedad monocíclica cuya fuente de inóculo del hongo se encuentra localizado en el embrión como micelio durmiente dentro de la semilla, cuya penetración se realizo cuando el cultivo de trigo se encuentra en el estadio de antesis en el campo. El signo de la enfermedad no se evidencia hasta la formación y emisión de las espigas del trigo. Porque no se observa macroscópicamente a las semillas afectadas antes de la siembra, sino se realiza una prueba en el laboratorio para detectar su presencia en el embrión para recomendar la aplicación de un terápico para control.

 

El carbón volador es efectivamente controlado por fungicidas de tratamiento sistémico de la semilla. No sembrar las semillas infestadas con carbón volador. Seleccionar cultivares de trigo tolerantes a la enfermedad.

Figura 4: Ustilago tritici: A: Germinación de teliosporas in vitro se observa la formación del metabasidio delgado y levemente curvado, no produce basidiosporas laterales; B: Espigas sanas y carbonosa de Ustilago tritici; C: Embrión de trigo con hifa del hongo. (Fotos Astiz Gassó M.M.)

 

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