Selección de genotipos de avena para la identificación de razas de roya del tallo*

Selection of oat genotypes for the identification of stem rust races

Luis Antonio Mariscal Amaro^1§, Julio Huerta Espino¹, Héctor Eduardo Villaseñor Mir¹, Santos Gerardo Leyva Mir², José Sergio Sandoval Islas³ e Ignacio Benítez Riquelme³

¹ Campo Experimental Valle de México. INIFAP. Carretera Los Reyes-Texcoco, km 13.5. Coatlinchán, Texcoco, Estado México. C. P. 56250. Tel. 01 595 9212657. (huerta.julio@inifap.gob.mx), (hevmir@yahoo.com.mx). ^§Autor para correspondencia: lmariscal@colpos.mx.

³ Colegio de Postgraduados. Carretera México-Texcoco, km 36.5. C. P. 56230. Montecillo, Estado de México. Tel. 01 595 9520229. Fax. 01 595 9520230. (sandoval@colpos.mx), (riquelme@colpos.mx).

* Recibido: diciembre de 2010
Aceptado: agosto de 2011

Resumen

La identificación de razas fisiológicas de Puccinia graminis f. sp. avenae al usar diferenciales, es importante en los programas de mejoramiento genético de avena, para obtener genotipos resistentes a roya del tallo y conocer la evolución y dispersión regional del patógeno. En 2008-2009 en los invernaderos del CIMMYT, El Batán, México, se probaron 50 aislamientos monopustulares de P. graminis f. sp. avenae en 24 genotipos de avena (Avena sativa L.), con el objetivo de determinar la diversidad del patógeno en muestras recolectadas en seis estados de México y conocer si estos genotipos podían ser utilizados como plantas diferenciales. Los genotipos Avemex, Obsidiana, Papigochi, Diamante, Rarámuri, Chihuahua y el Progenitor 7, expresaron diferentes tipos de infección y se pueden usar como diferenciales para estudiar la diversidad del patógeno y la prevalencia de razas. Al usar estas diferenciales se encontraron 24 razas diferentes del patógeno. Esto permite concluir que existe gran variabilidad genética del hongo en las regiones muestreadas. Se observó que ante los aislamientos probados las variedades Agata, Avena desnuda, Menonita y Saia, mostraron el mayor nivel de resistencia; y los progenitores 11, 12 y 13, y las variedades 12, 14, 27, 28, 36, 43 y 44 tuvieron buen nivel de resistencia, por lo que pueden ser utilizados como progenitores en futuros planes de cruzamientos.

Palabras clave: Puccinia graminis f. sp. avenae, aislamientos monopustulares, diversidad genética.

Identification of physiological races of Puccinia graminis f. sp. avenae using differentials, is important in oat's genetic improvement programs, in order to obtain resistance to stem rust and learn about evolution and regional spread of the pathogen. In 2008-2009, in greenhouses of CIMMYT, El Batan, Mexico, 50 monopustule isolates of P. graminis f. sp. avenae were tested in 24 genotypes of oat (Avena sativa L.), in order to determine the pathogen diversity in samples collected in six states of Mexico and see if these genotypes could be used as differential plants. Genotypes Avemex, Obsidiana, Papigochi, Diamante, Raramuri, Chihuahua and Progenitor 7, expressed different types of infection and can be used as differentials to study pathogen diversity and races prevalence. Using these differentials, 24 different races of the pathogen were found. This leads to the conclusion that there is great genetic variability of the fungus in the sampled regions. Against isolates tested, it was noted that Agata, Avena desnuda, Menonita and Saia varieties, showed the highest resistance level and progenitors 11, 12 and 13 and varieties 12, 14, 27, 28, 36, 43 and 44 had good resistance level, so they can be used as progenitors in future crosses plans.

Key words: Puccinia graminis f. sp. avenae, genetic diversity, monopustule isolates.

En 1992, Stakman y Levine publicaron la primera clave para designar razas fisiológicas de la roya del tallo en trigo (Triticum aestivum L.), basada en 12 genotipos diferenciales a los cuales se anexaron 16 diferenciales más (Roelfs y Martens, 1988). A partir de este grupo de diferenciales se identificaron 120 razas (Huerta y Singh, 2000).

En avena la identificación de razas fisiológicas de P. graminis f. sp. Avenae, es importante en los programas de mejoramiento genético de este cereal (Roelfs y Martens, 1988) para: 1) proveer datos del comportamiento de los genotipos inoculados con aislamientos específicos, como base para producir variedades resistentes; 2) comprender el comportamiento de los genes que condicionan resistencia en el hospedante y su interacción con las virulencias del hongo; 3) proveer un método de análisis genético del hospedante y del patógeno; y 4) detectar nuevas razas potencialmente peligrosas y nuevos genotipos hospedantes. Además, los estudios de razas reflejan tendencias a largo plazo de las poblaciones del patógeno (Stewart y Roberts, 1970).

En avena ha sido difícil lograr el consenso para designar una sola nomenclatura de identificación y designación de razas fisiológicas de royas. La falta de uniformidad se debe a que: 1) distintas variedades se usan como un mismo diferencial; 2) los ambientes para identificar las razas son diferentes; y 3) los sistemas de designación de las razas también son diferentes. La confusión surge cuando se designan nuevas razas que fisiológicamente pueden ser las mismas a las ya clasificadas (Stewart y Roberts, 1970; Chong et al., 2000). Desde que las primeras cuatro razas de P. graminis f. sp. avenae fueron descritas, la nomenclatura ha experimentado cambios menores y mayores, demostrando una interacción gen a gen entre el hospedante y el patógeno (Martens et al., 1970; Ebesta et al., 2000).

En 1923, Stakman y colaboradores identificaron las primeras razas de roya del tallo en avena con las diferenciales Victory, White Tartar y Monarch. Después en 1925, Bailey publicó una clave analítica para formas fisiológicas utilizando las variedades White Tartar, Richland y Joanette Strain. Posteriormente, con el paso de los años se incluyeron nuevas diferenciales: Rodney, C.I.8111, C.I.5844 y Saia (Stewart y Roberts, 1970). Con el sistema de identificación de razas descrito por Stewart y Roberts (1970) al usar siete diferenciales se identificaron 97 razas. Harder (1994) identificó 74 razas al utilizar 10 diferenciales y Fetch y Jin (2007) al usar 13 genotipos con los genes Pg1, 2, 3, 4, 6, 8, 9, 10, 12, 13, 15 y 16 y Pga, identificaron 67 razas.

Actualmente en México no existe un sistema de nomenclatura de razas para roya del tallo, ni diferenciales propias previamente identificadas; ya que las diferenciales usadas en los sistemas de EE. UU. o Canadá no se adaptan a las condiciones del país y su multiplicación es difícil. La aceptación de hospedantes diferenciales con un solo gen para identificar razas fue inmediata por la utilidad en el mejoramiento de cultivares y en la comprensión de los cambios en la población del patógeno; sin embargo, algunas líneas con un solo gen son difíciles de cultivar en diferentes áreas del mundo por su falta de adaptación (Roelfs, 1985; Roelfs y Martens, 1988).

En la selección de cultivares diferenciales se considera que: 1) los genes tengan una reacción diferencial; 2) los hospedantes no sean afectados por temperatura, luz o densidad de inóculo; 3) haya suficiente semilla del genotipo para los ensayos, si hay poca semilla de una diferencial se puede usar como suplementaria; y 4) que tengan un sólo gen para que la virulencia del patógeno sea evaluada claramente (Roelfs y Martens, 1988).

Por lo anterior, el objetivo de la presente investigación fue probar diferentes aislamientos de P. graminis f. sp. avenae en 24 genotipos de avena, para conocer su nivel de resistencia, su reacción a la diversidad del hongo, su capacidad de adaptación y multiplicación e identificarlas como diferenciales.

Aislamientos de P. graminis f. sp. avenae

Los aislamientos del hongo estudiados provinieron de colectas hechas en campos cultivados de avena en 2006, por el Programa de Mejoramiento Genético de Avena del INIFAP-Campo Experimental Valle de México. Las colectas se hicieron en Cuyuaco (1) y Mazapiltepec de Juárez (3), Puebla; San Juan Yucuita (3) y Campo Experimental Mixteca Oaxaqueña (CEMOAX) (1), Oaxaca; Sandovales (6) y Pabellón de Arteaga (4), Aguascalientes; Valle de Guadiana (2), Durango; Francisco I. Madero (2), Hidalgo; y Campo Experimental Zacatecas (CEZAC) (3), Zacatecas. Las uredosporas de cada colecta se almacenaron en cápsulas de gelatina a -55 ºC.

Manejo de los genotipos de avena

Los 24 genotipos proporcionados por el INIFAP-CEVAMEX fueron: las variedades Agata, Avena desnuda, Avemex, Chihuahua, Diamante, Karma, Menonita, Obsidiana, Ópalo, Papigochi, Rarámuri, Saia y Turquesa; progenitores 7, 11, 12 y 13; y los genotipos denominados Var. 12, 14, 27, 28, 36, 43 y 44. Estos se sembraron en 50 charolas de plástico con una mezcla de tierra preparada con 24 perforaciones, donde en cada perforación se sembraron 15 semillas de cada genotipo. Las charolas se mantuvieron en invernadero a 20 ºC noche y 23 ºC día; 14 días después de la siembra se hizo la inoculación con los 50 aislamientos monopustulares.

Obtención de aislamientos monopustulares e inoculación en la variedad Ópalo

En 25 vasos de unisel con una mezcla de tierra preparada se distribuyeron en cada uno 15 semillas de la variedad susceptible Ópalo, se mantuvieron en invernadero a 20 °C noche y 23 °C día. A las plántulas, cuatro días después de la siembra se les agregó el herbicida MH-30 (ácido maléico) (3,6-dihydrozy-pyridazine, 99%), en una dosis para 96 vasos de 0.2 g L^-1, lo que inhibió el punto de crecimiento meristemático por lo que la hoja primaria se desarrolló al máximo (Sabba et al., 2009).

Las uredosporas de cada colecta se suspendieron en aceite mineral Soltrol^® inoculándose con boquillas aspersoras en las plántulas siete días después; una vez que el aceite se evaporó, los vasos se colocaron en cámara húmeda por 13 h de rocío y 3 h de luz. Después se trasladaron al invernadero a 20 ºC noche y 23 ºC día en jaulas separadas. Siete días después de la inoculación, cuando se observaron las primeras pústulas se hizo un corte de hojas dejando en cada vaso sólo tres hojas separadas, cada una con una pústula.

Las uredosporas de cada pústula, que formaron un aislamiento monopustular, fueron recolectadas con boquillas recolectoras almacenándose en cápsulas de gelatina a -55 °C. Se obtuvieron 75 aislamientos monopustulares, tres por recolecta (1A, 1B, 1C, 2A, 2B, 2C..., 25A, 25B, 25C), utilizándose sólo 50. Cada charola con los genotipos se inoculó con un aislamiento monopustular, las charolas se identificaron, se dejaron secar y se colocaron en cámara húmeda por 13 h de rocío y 3 h de luz; después se llevaron al invernadero a 20 ºC noche y 23 ºC día.

Los tipos de infección (TI) en los genotipos se tomaron 14 d después de la inoculación cuando hubo pústulas utilizando la escala de clasificación 0-4 (Cuadro 1), donde 3 y 4 fueron clasificadas como plántulas susceptibles, y 0-, ;-, 1, 2, X y puntos intermedios fueron evaluadas como resistentes (Roelfs et al., 1992).

Hubo diferencias en virulencia en los aislamientos colectados que se manifestó con diferentes TI, 0-, ;-, 1, 3 y 4. Los genotipos con resistencia a todos los aislamientos inoculados fueron Agata, Avena desnuda, Menonita y Saia; Karma y Turquesa, los que mostraron resistencia a la mayoría de los aislamientos y Ópalo fue el único genotipo susceptible a todos ellos. Los progenitores 11, 12 y 13 fueron los más resistentes con TI 0-, ;- y 1, ante todos los aislamientos a excepción del progenitor 12 con TI X ante el aislamiento18A. Estos genotipos serán importantes como fuentes de resistencia para futuros planes de cruzas en los programas de mejoramiento de avena. Las variedades 12, 14, 27, 28, 36, 43 y 44, mostraron un buen nivel de resistencia ante la mayoría de los aislamientos. Los aislamientos más virulentos fueron 16A, 16B, 18A y 18B, ya que, propiciaron que genotipos con TI 0-, ;- y 1, mostraran un TI X.

Siete de los genotipos evaluados pueden usarse en el futuro como diferenciales: Chihuahua, Avemex, Obsidiana, Papigochi, Diamante, Rarámuri y Progenitor 7. Además estas siete diferenciales tienen la ventaja de estar adaptadas a las condiciones climáticas de México, un punto importante al hacer la selección de hospederos diferenciales como lo señala Roelfs (1985). Por sus diferentes TI estos genotipos poseen varios genes de resistencia: Chihuahua y Diamante probablemente tienen un gen (TI X) para los aislamientos 2 y 20; mientras que Avemex, Obsidiana, Papigochi, Rarámuri, y el progenitor Prog. 7 al parecer tienen 2 genes, uno (confiriendo) que confiere resistencia (TI 1) para los aislamientos 2, 5, 12, 5 y 2, y el otro (TI X) para los aislamientos 17, 8, 11, 5 y 22; sin embargo, Avemex y Obsidiana podrían tener más de dos genes de resistencia como lo mencionan Torres et al. (2007).

Con estas diferenciales se puede determinar cuántas razas de P. graminis f. sp. avenae están incidiendo en las zonas productoras (Cuadro 2), y al observar distintas interacciones diferenciales se corroboró una relación gen a gen en este patosistema, coincidiendo nuevamente con lo observado por Torres et al. (2007) y lo mencionado por Martens et al. (1970). El número de razas fisiológicas por determinar va a depender de las diferenciales disponibles y de los TI obtenidos. Si se dispone de n diferenciales, el número total de razas fisiológicas será 2ⁿ (Lacadena, 1970). En esta investigación utilizando sólo una diferencial se encontraron dos aislamientos diferentes, con dos diferenciales 4, con tres 6, con cuatro 10, con cinco 16, con seis 22 y con siete 24 razas del patógeno.

Al agrupar los TI de las diferenciales, en el CEMOAX inciden dos razas. En San Juan Yucuita hay más variabilidad en cuanto a virulencia del patógeno, por lo que es probable que existan cuatro razas. En Sandovales y Pabellón de Arteaga, se encontró la mayor diversidad ya que podrían existir nueve y cinco razas diferentes. En Valle de Guadiana hay cuatro razas distintas; en Francisco I. Madero existe evidencia de tres razas; en Cuyuaco sólo hay evidencia de una raza; y en la región de Mazapiltepec de Juárez cuatro razas distintas. Por último, en los campos experimentales del CEZAC inciden tres razas diferentes.

CONCLUSIONES

Existe gran variabilidad genética en los aislamientos probados de P. graminis f. sp. avenae colectados en seis estados del país. Siete de los genotipos probados pueden ser usados para observar la diversidad genética del patógeno, así como diferenciales para la identificación de razas fisiológicas del hongo. En estos genotipos seleccionados fue fácil observar distintas interacciones diferenciales, por lo que se corroboró una relación gen a gen en este patosistema.

Se identificaron 24 aislamientos diferentes lo que equivaldría a 24 razas distintas del patógeno con base en la respuesta ante siete genotipos de avena. Por la colindancia de los estados donde se hicieron las recolectas, estas razas pudieran estar incidiendo en el Estado de México y el Distrito Federal, regiones importantes en la producción de avena.

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado por INIFAP-CEVAMEX, dentro del proyecto fiscal "Mejoramiento genético y liberación de variedades de avena para la producción de forraje y grano en México".

LITERATURA CITADA

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