Incidencia de razas fisiológicas y genotipos de Phytophthora infestans (Mont.) de Bary en el valle de Toluca, México

 

Incidence of physiological races and genotypes of Phytophthora infestans (Mont.) de Bary in the Toluca valley, México

 

Claudia Rocío Belmar-Díaz¹; Héctor Lozoya-Saldaña²*

 

¹ Universidad Autónoma del Estado de México, Facultad de Ciencias Agrícolas. Independencia Poniente s/n. El Cerrillo, Tlacholoaya, Estado de México, MÉXICO. C.P. 50200.

² Universidad Autónoma Chapingo, Departamento de Fitotecnia. km 38.5 Carretera México-Texcoco. Chapingo, Estado de México, MÉXICO. C.P. 56230. Correo-e: picti87@gmail.com (*Autor para correspondencia).

 

Recibido: 24 de abril, 2012.
Aceptado: 5 de junio, 2013.

 

Resumen

El tizón tardío de la papa y del jitomate (Phytophthora infestans) muestra consistentemente una gran diversidad genética en el valle de Toluca, México, mayormente debido a su reproducción sexual. Las razas fisiológicas se identifican comúnmente con plantas hospederas diferenciales, mientras que los genotipos son determinados por marcadores moleculares. El objetivo de este estudio trata sobre la incidencia de razas del patógeno del tizón tardío relacionada con la caracterización molecular, para identificar una posible conciliación de los dos conceptos (raza-genotipo). En 2006 y 2007 se obtuvieron aislamientos de hospederas diferenciales expuestas a la infección natural en campo. La secuencia de la incidencia de las razas en los ciclos de cultivo de los dos años fue similar. Las primeras en infectarse fueron las indicadoras con genes de susceptibilidad múltiple (R_1,2,3,4; R_1,2,3; R_2,3,4), y las razas 9, 5 y 2 fueron las últimas en mostrar lesiones. La proporción de los grupos de compatibilidad fue inconsistente a lo largo de los ciclos de cultivo. El genotipo 86/100; 100/100; A2 (GPI; PEP; grupo de compatibilidad) se identificó con mayor frecuencia (20 % de la población, equivalente al CDA 3 en la clasificación de EUA), seguido por 100/100; 100/100; A2 (19 % en 2006 y 13 % en 2007, US 13). Aún más, este genotipo fue el único asociado con las razas R₅ y R₈ en 2006 y con R₈ en 2007. La relación raza-genotipo fue limitada porque no coincidieron en los dos años del estudio. Se concluye que raza y genotipo son conceptos independientes.

Palabras clave: Epidemiología, variabilidad genética.

 

Abstract

Potato and tomato late blight (Phytophthora infestans) consistently shows great genetic diversity in the Toluca Valley, Mexico, mostly because of its sexual reproduction. Physiological races are commonly identified with differential host plants, while genotypes are determined by molecular markers. The objective of this study deals with the incidence of races of the late blight pathogen related to molecular characterization, to identify a possible conciliation of the two concepts (race-genotype). In 2006 and 2007, isolates of the pathogen were obtained from differential hosts exposed to natural infection in the field. Sequence of incidence of the races along the growth cycle in both years was similar. The indicator host plants with multiple susceptibility genes (R_1,2,3,4; R_1,2,3; R_2,3,4) were the first ones to become infected, and the ones for races 9, 5 and 2 were the last ones in showing lesions. Mating type ratio was inconsistent along the growing cycles. Genotype 86/100; 100/100; A2 (GPI; PEP; mating type), was the most frequently identified (20% of the population, equivalent to CDA 3 in the US classification), followed by 100/100; 100/100; A2 (19 % in 2006 and 13 % in 2007, US-13). Furthermore, this genotype was the only one associated with races R₅ and R₈ in 2006 and with R₈ in 2007. The race-genotype link was limited, for they did not match in the two years of the study. We conclude that race and genotype are independent concepts.

Keywords: Epidemiology, genetic variability.

 

INTRODUCCIÓN

El tizón tardío (Phytophthora infestans [Mont.] de Bary) es la enfermedad más devastadora de papa y tomate en el mundo, y la mayor variabilidad de las razas fisiológicas de este oomiceto se presenta en el Valle de Toluca del altiplano mexicano (Goodwin, 1996). Esto es debido a las progenies derivadas sexualmente como consecuencia de la proporción 1:1 de los grupos de compatibilidad A1:A2 que se presenta en el valle (Flier et al., 2003; Galindo y Gallegly, 1960; Grünwald y Flier, 2005; Rivera-Peña, 1995). En 1953 se reportó un juego de plantas diferenciales de papa para identificar los genes de virulencia de las razas patogénicas de P. infestans (Black et al., 1953), pero descripciones moleculares recientes han reemplazado el concepto de razas por el de genotipos y se han sugerido otras clasificaciones (Goodwin et al., 1995; Goodwin et al., 1998; Forbes et al., 1998). No obstante, estas variaciones no han sido reportadas en una población sexual. Además, por muchos años se ha sabido que todas las razas están presentes en Toluca en cada ciclo de cultivo, pero no hay reportes en relación a las secuencias específicas o frecuencias. El objetivo del presente estudio fue dar seguimiento a la incidencia de P. infestans en el Valle de Toluca, mediante la determinación de secuencia y frecuencia de aparición de las razas, identificando genotipos y buscando una posible conciliación entre los dos conceptos (raza-genotipo), para identificarlos independientemente del sistema seguido.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

A mediados de junio en 2006 y 2007, se establecieron 15 plantas de cada uno de los hospedantes diferenciales para las razas fisiológicas de P. infestans (cortesía del Banco de Germoplasma del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, USDA, de Sturgeon Bay, WI, EUA) bajo condiciones de campo y de temporal en la estación experimental ICAMEX-PICTIPAPA-INIFAP en el Valle de Toluca, México. Se expusieron las plantas a la infección natural del oomiceto sin la protección de fungicidas. Se hicieron lecturas semanales de la infección foliar (escala de Henfling, 1987) y se obtuvieron aislamientos de P. infestans de lesiones simples que se cultivaron en un medio de centeno agar (Grünwald et al., 2001). Considerando que las fechas exactas entre los dos años no fueron coincidentes, por razones prácticas de comparación el tiempo se identificó en términos de semanas de lectura, empezando con la primera semana de agosto. Los grupos de compatibilidad y los perfiles aloenzimáticos de glucosa fosfato isomerasa (GPI) y peptidasa (PEP) se caracterizaron siguiendo la metodología reportada por Goodwin et al. (1995), y Grünwald et al. (2001). La relación entre subpoblaciones se estableció de acuerdo a las distancias genéticas de los agrupamientos a través de una matriz binaria de datos, agrupando a las razas de P. infestans por el método de pares de grupos no ponderados con aritmética (Unweighted Pair Group Method with Arithmetics, UPGMA, por sus siglas en inglés), y por el coeficiente de similitud de Jaccard en el programa estadístico NTSYS 2.2.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Razas

La secuencia de incidencia de las razas fue muy similar en ambos años, empezando con la infección de hospedantes diferenciales con múltiples genes de susceptibilidad (R_1,2,3,4; R_1,2,3; R_2,3,4). Estas plantas murieron por el tizón tardío a la mitad del ciclo de cultivo. Por otro lado, las razas fisiológicas que se presentaron al final del ciclo fueron las de los genes de virulencia 9, 5 y 2 (Figura 1). El hecho de que razas múltiples aparecieran en secuencias similares en los dos años del estudio demuestra la consistencia y uniformidad de esta incidencia, así como la persistente y prevaleciente variabilidad del patógeno en el Valle de Toluca. La identificación de razas en la década de 1950 se hizo en orden progresivo de aparición, lo que concuerda con las observaciones presentes, excepto por la raza 2, que no se presentó temprano en la epidemia. La relación genética entre subpoblaciones fue muy cercana entre las razas 1 y 11 en los dos años (Figura 2). Se observó lo mismo con las razas 5 y 8, pero sólo el primer año, pues al siguiente se separaron por aproximadamente un 10 %. Otras razas relacionadas genéticamente que mantuvieron sus distancias fueron la 7, la 12 (R_1,2,3) y la 6.

La continua variabilidad del oomiceto en el valle es un reto en la obtención de variedades de papa con resistencia genética durable. Esta resistencia se rompe por las múltiples razas existentes o emergentes del patógeno, mayormente derivadas sexualmente. Tal plasticidad genética es un requerimiento para la diversidad de P. infestans (McDonald y Linde, 2002), y es mayor que la generada por reproducción asexual (Galindo y Gallegly, 1960; Goodwin et al., 1994; Tooley et al., 1986). La variabilidad podría ser de origen trisómico con rearreglos cromosomales que conducen a mapas de ligamientos de alta densidad, con alto grado de flexibilidad genómica y, consecuentemente, con el surgimiento de las razas (Van der Lee et al., 2004).

Grupos de compatibilidad

La proporción de los grupos de compatibilidad varió a lo largo de cada ciclo (Cuadro 1). No obstante, predominó el A2. En 2006, la proporción A1: A2 fue de 1:1.7 (79 aislamientos de A1 y 134 de A2), y en 2007 fue de 1:1.4 (79:111, Figura 3). Las razas no se identificaron específicamente con algún grupo de compatibilidad en particular (A1 o A2). Ambos tipos estuvieron presentes a lo largo de los dos ciclos en todas las razas, aunque en diferentes proporciones, sin ninguna relación específica de raza-tipo de compatibilidad, ni del tipo en el tiempo. El grupo de compatibilidad en P. infestans está determinado por un locus simple con segregaciones más o menos consistentes con progenies autofértiles a través de la síntesis de una hormona de apareamiento (α-1), que induce la formación de oosporas, pero esto no explica su proporción (Harutyunyan et al., 2008; Judelson, 1996).

Genotipos

Los genotipos multilocus (MG) se ordenaron de la misma manera en ambos años: cada genotipo mantuvo el mismo número de identidad en ambos ciclos. Se encontraron 20 genotipos en 2006 (Cuadro 2), y 29 en 2007 (Cuadro 3). Todos se numeraron del uno al 31, aunque los genotipos 9 y 10 de 2006 no se presentaron en 2007. Se identificó al genotipo 6 con la mayor frecuencia el primer año (20 % del total de la población), pero fue el quinto en 2007, con frecuencia similar al genotipo 1 (7 %), mientras que el genotipo 2, que fue el segundo en 2006 (19 %), fue el primero en 2007 con 13 %, cuya presencia fue la más consistente en ambos años. El genotipo 1 fue el tercero en frecuencia el primer año (11 %) y quinto al año siguiente (7 %). El genotipo 5 permaneció en cuarto lugar en ambos años, mientras que el genotipo 15, que fue el quinto en 2006, no figuró entre los más frecuentes al siguiente año. De igual manera, MG 3 y MG 4, que fueron el segundo y tercero más abundantes en 2007, no figuraron entre los primeros cinco el año previo. Por lo tanto, los genotipos multilocus más frecuentes en los dos años fueron el 2, 6 y 5, que había sido previamente reportado como de alta frecuencia (Grünwald et al., 2001).

Durante los dos años del estudio, la clasificación de los genotipos se hizo acorde a un ordenamiento previo con base en la complejidad y secuencia de aparición de los perfiles, lo cual a veces coincidió con su frecuencia (Cuadro 4). En general, los primeros genotipos de los Cuadros 2 y 3 también fueron los primeros en aparecer (genotipos 1 al 7, Cuadro 4), y los últimos de la clasificación de los Cuadros 2 y 3 también se presentaron hasta el final del ciclo. En el primer muestreo había pocos genotipos porque también había pocos aislamientos al inicio de la epidemia (datos no incluidos). Algo similar se presentó al final, con menos genotipos que los que hubo a la mitad del ciclo, debido a que muchas plantas ya habían muerto por tizón. Sin tejido vivo disponible en el campo no se pudieron obtener aislamientos. Es importante recalcar que el genotipo 20 se identificó sólo en el segundo muestreo de 2006 y en el tercero de 2007, y no se observó nuevamente en muestreos posteriores en ambos años. En 2007, con la excepción del genotipo 29, que se obtuvo en la primera semana, los genotipos "nuevos" identificados ese año y ausentes en 2006, también aparecieron en secuencia cronológica, como los genotipos 22, 24 y 26, que se obtuvieron en el segundo muestreo, mientras que el 30 y el 31 se identificaron en las últimas dos fechas (Cuadro 4).

Razas vs genotipos

Los genotipos identificados dentro de cada raza se repitieron de un año al otro con una frecuencia más baja de lo esperado. De la R₁ en el 2007 se repitieron tres de los cuatro genotipos del 2006 (G 2, G 5, y G 7, Cuadro 5), pero hubo siete nuevos genotipos para el 2007; lo mismo ocurrió con la R₃, donde tres de los seis genotipos previos se repitieron, y hubo siete nuevos. En la R4 sólo dos de los cinco se repitieron, y así sucesivamente (Cuadro 5). En las razas R₂, R₅, R₉, R_2,3,4, y R multi, los genotipos fueron completamente diferentes en los dos años. Considerando la mayor cantidad de genotipos el segundo año y sus diferencias respecto del primero, se demuestra la segregación que es independiente de los dos conceptos que nos ocupan: raza y genotipo (se identificaron 20 genotipos en 2006 y 29 en 2007, pero si se toma en cuenta que en el segundo año, de los 31 registrados, el G 9 y el G 10 no aparecieron [Cuadro 3]).

Discusión general

Las razas fisiológicas de P. infestans en el Valle de Toluca (altiplano mexicano) estuvieron presentes continuamente infectando a las plantas hospedantes diferenciales durante la época de lluvias, y su gran amplitud de variabilidad genética no permite altas frecuencias. Si solamente se observa el parámetro de raza, casi cada aislamiento podría ser una de por sí en el altiplano del centro de México (Rivera-Peña, 1995), mientras que si se considera al genotipo, su frecuencia podría ser más baja, aproximadamente uno de cada diez aislamientos en México (Goodwin et al., 2001, 56 genotipos de 572 aislamientos) o diferentes, pero igualmente de baja frecuencia también en otras partes del mundo (Blandón-Díaz et al., 2012; Guo et al., 2010; Vargas et al., 2009). No obstante, los estudios previos no consideran la secuencia de aparición de las razas, ni la dinámica de las proporciones de los grupos de compatibilidad a lo largo del ciclo, ni la presencia de genotipos en años consecutivos. Otro punto importante que surge de los resultados del presente estudio es la coincidencia de algunos genotipos identificados en este trabajo con los reportados en el sistema US en Norteamérica. Este hecho respalda la idea de la migración desde México y la recombinación de variantes de P. infestans hacia esta región (Grünwald et al., 1998) así como a otras partes del mundo (Guo et al., 2010).

 

CONCLUSIONES

La presencia de las razas patogénicas de P. infestans en el Valle de Toluca fue continua y similar durante los dos ciclos de cultivo en estudio. La incidencia de genotipos se presentó al azar en un alto número de variantes. Las razas variaron independientemente de los genotipos y de los grupos de compatibilidad. Los conceptos de raza y genotipo son independientes.

 

LITERATURA CITADA

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