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Boletín N˚ 97 – Agosto 2010

 

Caracterización molecular de la variabilidad genética y evaluación de la patogenicidad de aislamientos de Rhizoctonia solani infectando frijol, provenientes de Costa Rica

 

 

nombre de la investigación:

Caracterización molecular de la variabilidad genética y evaluación de la patogenicidad de aislamientos de rhizoctonia solani infectando frijol, provenientes de costa rica

investigadora principal: María del Pilar Ramírez Fonseca.

Formación académica: Doctorado de tercer ciclo Bioquímica Molecular, Universidad Louis Pasteur, Estrasburgo, Francia.

Docencia: Investigadora y docente ad honorem del Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular. Universidad de Costa Rica. Febrero del 2010-presente.

Nueva imagen

Dra. María del Pilar Ramírez Fonseca

Proyectos

­   Bean Cowpea CRSP, AID, U.S.A. $7000 (2000-2002)

­   ICGEB (CRP/COS 97-05) $ 50.000 ( 1997-2000) MRFV-Resistant transgenic maize using viral and plant-derived genes

­   ICGEB (CRP/COS 02-02) $ 30.000 (2003-2005) Molecular diversity of emerging geminiviral diseases in cucurbits IAEA Project.

­   COS/5/025, $101.240 Generación de líneas de frijol promisorias por mutaciones inducidas en callos y semillas, para su incremento en productividad competitiva en Costa Rica

­   IAEA Project, COS/5/027, $149.950 Generación de líneas de frijol promisorias por mutaciones inducidas en callos y semillas, para su incremento en productividad competitiva en Costa Rica

­   FORINVES, (2008-2009) “Caracterización molecular de la variabilidad genética y evaluación de la patogenicidad de aislamientos de Rhizoctonia solani infectando frijol, provenientes de Costa Rica”

­   CONARE, (2008-2010) Estrategia Innovadora interdisciplinaria para la protección fitosanitaria de la producción de hortalizas en ambientes protegidos en Costa Rica.” CIBCM- ITCR.

 

Más de 37 publicaciones, asesor en prácticas de graduación y tutora de estudiantes de grado y posgrado.

 

 

Nombre. Floribeth Mora Umaña.

Ingeniera Agrónoma, Maestría en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales. Énfasis en protección de cultivos. 1990. Sistema de Estudios de Posgrado, Doctorado en Ciencias Agrícolas y Recursos Naturales. Énfasis en Protección de Cultivos. 1990. Universidad de Costa Rica-Iowa State University. Sistema de Estudios de Posgrado. Programa de Doctorado en Sistemas de Producción Agrícola Tropical Sostenible. Doctora con grado Académico de Doctor Philosophy Ph.D. Especialidad en el área de Fotoprotección. Abril 2003

Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular (UCR) - Servicio Fitosanitario del estado. Convenio MAG-UCR-CV-oo5-20002.

 

 

         El frijol común (Phaseolus vulgaris L.) constituye en Costa Rica y América Latina, uno de los componentes básicos de la alimentación humana, por ser rico en proteína e hidratos de carbono, que lo convierte en una fuente que contempla en parte las deficiencias nutricionales de la población de los países en vías de desarrollo (FAO 2004, Godoy-Lutz et al. 2008). La Mustia hilachosa o telaraña, es la enfermedad más común y destructiva del frijol en las regiones tropicales y subtropicales del continente Americano, el agente causal es Thanatephorus cucumeris (Frank) Donk, estado sexual de Rhizoctonia solani Kuhn, un hongo de la clase Basidiomicetes, sobrevive de una estación a otra por medio de esclerocios y micelio en residuos de cosecha en los campos (Godoy 2000, Mora 1995, Polanco et al. 1996).

 

 

Figura 2 Frijol

Fig.1 Aislamiento 3798 (código de introducción en el laboratorio), microesclerosios de R. solani. Fotografía tomada por Dra. Floribeth Mora Umaña. Convenio SFE-CIBCM.

Se han reportado pérdidas de campo que superan el 20% en más de 200 cultivos alrededor del mundo (Beaver et al, 2002). El control químico y cultural son las prácticas más utilizadas para su manejo, no obstante; éstas no han sido lo suficientemente efectivas para evitar la disminución de los rendimientos (Beebe et al. 1991; Cárdenas 1989, Godoy et al. 1996a). Sin embargo, todavía no se ha identificado una línea de frijol común que tenga un alto nivel de resistencia a la mustia hilachosa en diferentes regiones geográficas (Beaver et al. 2002).

 

 

R. solani está compuesto por grupos de anastomosis que varían en morfología y patogenicidad, representa un paradigma para estudios de variación intraespecífica en hongos fitopatógenos (Justesen et al. 2003). Actualmente, se han identificado 14 grupos de anastomosis a nivel mundial, y numerosos subgrupos han sido reportados, considerando características físicas, químicas y moleculares. Se ha determinado que los aislamientos provenientes del frijol pertenecen principalmente a tres AGs: AG1 (6 subgrupos), AG2 (4 subgrupos) y AG4 (Gálvez et al. 1994; Carling 1996; Schneider et al. 1997; Carling et al. 1999; Carling et al. 2002; González 2002; Godoy et al. 2003; Godoy et al. 2008). Recientemente Godoy et al. (2008) identificaron 3 nuevos subgrupos en este cultivo: AG1-IE, AG1-IF y AG2-2 WB.

 

         Esta investigación fue desarrollada para generar conocimiento (1) sobre la patogenicidad de los aislamientos de mustia hilachosa que infectan frijol en diferentes regiones climáticas de Costa Rica, (2) conocer la variación intraespecífica de los aislamientos de WB colectados y analizados en este estudio, por medio de marcadores específicos para cada grupo de AG.

 

Materiales y métodos

 

Muestreo, aislamiento e identificación del Hongo

 

         Se colectaron muestras vegetales de plantas de frijol infectadas con Rhizoctonia solani (Thanatephorus cucumeris (Frank) Donk) de forma natural provenientes de diferentes zonas productoras de frijol en Costa Rica (Zona Norte, Zona Sur, y Valle Central), con el uso de Sistemas de Posicionamiento Geográfico (GPS).

 

 

Figura 2 Frijol

Fig.2 Aislamiento 3242 (código  introducción en el laboratorio), microesclerosios de R. solani. Fotografía tomada por Dra. Floribeth Mora Umaña. Convenio SFE-CIBCM.

Figura 3 Frijol

Fig.3 Aislamiento 3797 (código de introducción en el laboratorio), macroesclerosios de R. solani. Fotografía tomada por Dra. Floribeth Mora Umaña. Convenio SFE-CIBCM.

 

 

         Se aislaron, purificaron e identificaron 90 aislamientos del patógeno según sus características morfológicas (Barnet y Hunter 1999), éstos se almacenaron a una temperatura de 4°C en placas de Petri con medio de cultivo papa-dextrosa-agar (PDA).

 

         Se estableció una base de datos fotográficos de todos los aislamientos y se caracterizaron morfológicamente (color, tamaño y forma de esclerocios).

 

Patogenicidad

 

         La evaluación de la patogenicidad se realizó en las variedades Bribrí y Brunca. Los diferentes aislamientos del hongo fueron inoculados en las plántulas in vivo, mediante la metodología de resistencia al hongo en hojas desconectadas (Stedman et al. 1997), las evaluaciones se realizan a las 24, 48 y 72 horas después de inoculado el trifolio, se utilizó la escala de severidad del CIAT (1991), a su vez en cada evaluación se tomaron fotografías para determinar el área afectada mediante el programa Scion image alfa vrsn 4.0.3.2.

 

 

Figura 4 Frijol

Fig. 4 Prueba de patogenicidad utilizando la técnica de hojas desconectadas. Fotografía tomada por Dra. Floribeth Mora Umaña. Convenio SFE-CIBCM.

Figura 5 Frijol

Fig. 5 Prueba de patogenicidad utilizando la técnica de hojas desconectadas. Fotografía tomada por Dra. Floribeth Mora Umaña. Convenio SFE-CIBCM.

 

 

Extracción ácidos nucléicos totales

 

         Se extrajeron de micelio liofililizado de R. solani, cultivado en AC agar (Sigma) con 120μl/L (50mg/ml) de ampicilina; según el protocolo de Pascual et al (2000); con ciertas modificaciones.

 

Amplificación por PCR.

 

         La Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) se realizó de acuerdo a las condiciones descritas por Godoy et al. (2008).

 

Análisis estadístico de los datos

 

         Se llevó a cabo un Análisis de Varianza (ANDEVA) en los datos obtenidos al evaluador el grado de patogenicidad in vitro de cada introducción en dos variedades de frijol (1=Bribrì 2=Brunca) donde se utilizó la escala de CIAT (1991). Se compararon los aislamientos, considerando el tiempo de seguimiento como covariable, el aislamiento y variedad como factores. Se incluyó la interacción entre tiempo y aislamiento. Se realizó una comparación múltiple de Tukey para corroborar los resultados. Los datos fueron agrupados en tres categorías el primer grupo, con baja patogenicidad de 0-3, el segundo de 3.00000001 -6.999999999 patogenicidad intermedia y el tercero de 7.0-9 con alta patogenicidad. Se hicieron las comparaciones por separado para cada tiempo (24, 48 y horas). En la realización del análisis se formuló un programa en el lenguaje R versión 2.10.0

 

Resultados y conclusiones

 

·            En la actualidad se dispone de una micoteca compuesta por 90 aislamientos, todos los aislamientos fueron caracterizados según e color forma y tamaño del micelio.

·            Las muestras se encuentran almacenadas por duplicado en diferentes métodos de conservación, entre ellos: tubos inclinados en PDA, tubos con aceite mineral estéril, semillas de remolacha y liofilizados.

·            Los aislamientos que presentaron el mayor grado de patogenicidad según la escala de CIAT se encuentran incluidos en la categoría tres, donde se observó que el aislamiento más virulento a las 24 horas fue el 3636, proveniente de la región climática montañosa del sur. Este aislamiento se caracteriza por tener macroesclerocios, y pertenecer al subgrupo de anastomosis AG-1-IE, seguido por el 3843, éste se aisló de plantaciones ubicadas en las Juntas de San Ramón, de la Región climática Central Occidental. Se obtuvo un tercer, cuarto, quinto y sexto grupo, constituidos por aislamientos procedentes de diversas regiones edáficas, climáticas y geográficas, las características morfológicas de éstos son variables.

·            La categoría comprendida con patogenicidad intermedia reúne la mayor cantidad de aislamientos, muestran un grado de patogenicidad intermedia. Son procedentes de diferentes regiones geográficas y se caracterizan por pertenecer a diferentes grupos de anastomosis.

·            Cuando se analizaron las áreas obtenidas a través del área afectada por R. solani mediante el programa Scion image, se obtuvo que el aislamiento 3843 fue el más patogénico, pertenece al grupo de anastomosis AG1 y al subgrupo IE, y fue aislado de material vegetal procedente de la región climática Central Occidental.

·            Los datos fueron agrupados en tres categorías el primer grupo, con baja patogenicidad de 0-4.9999999, el segundo de 5-12.49 patogenicidad intermedia y el tercero de 12.5-20 con alta patogenicidad. Se hicieron las comparaciones por separado para cada tiempo (24, 48 y 72 horas).

·            Se determinó que los aislamientos con mayor grado de patogenicidad fueron 3636, 3233, 3843, 3801, 3242, 3979,3841, 3804. Este grupo corresponde a los que tienen un valor mediano del área superior a 12.5 cm2, ellos presentaron la mayor área de tejido foliar enferma en el menor tiempo en todas las evaluaciones, se pueden considerar como un solo bloque al no presentar diferencias estadísticas significativas entre ellos ni entre las dos variedades evaluadas (p>0.05). Éstos pertenecen al grupo AG-1, y a los subgrupos IE e IF, ambos presentan diferentes características morfológicas en lo que respecta a producción de macro y micro esclerocios.

·            Es de gran relevancia resaltar que al relacionar el grado de patogenicidad y el grupo de anastomosis a que pertenecen con su lugar de origen, no existe relación alguna, de forma tal que existen diferentes grupos y subgrupos de anastomosis en todas las regiones geográficas que fueron muestreadas, sin importar las diferencias edáficas y climáticas que imperan en cada una de ellas. Lo anterior evidencia el alto grado de adaptabilidad y supervivencia de este patógeno, así como su importancia desde el punto de vista agronómico.

·            Al considerar los resultados obtenidos en este estudio, se puede señalar que la mustia hilachosa o telaraña del frijol (Phaseolus vulgaris), es causada por diversos subgrupos de Rhizoctonia solani. AG1 IB, AG1 IC, AG1 ID, AG1 IE, AG1 IF además de AG2-2- 2WB y AG4, la composición genética variable del patógeno puede ser afectada por la dinámica de la relación hospedero-patógeno, debido a la flexibilidad genética presente en éste, muestra algún grado de adaptación al nicho ecológico donde se desarrolla en los diversos agroecosistemas.

 

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