Efecto de la inducción de resistencia con curlano y silicio sobre la respuesta de defensa en plantas de aguacate Hass inoculadas con Phytophthora cinnamomi

Abstract

A l'agricultura, els problemes ocasionats per patògens, representen grans pèrdues tant econòmiques com ambientals. Els costos de la gestió fitosanitari ade patògens com Phytophthora cinnamomi en un cultiu com el d'alvocat poden representar el 25% de la producció anual, sumat a la traçabilitat i problemes ambientals que tenen els productes que s'apliquen. Per tant, actualment l'objectiu és una agricultura sostenible, que redueixi l'ús de productes de síntesi química sense que això afecti els rendiments del cultiu ni els guanys que se n'obtenen.

Aquesta tesi doctoral se centra en la inducció de resistència amb curlà i silici, en plantes d'alvocat Hass inoculades amb Phytophthora cinnamomi. Aquest és un dels patògens més importants en aquest cultiu i els productes comercials per al seu control actualment són escassos. Els inductors emprats, un β-glucà i un mineral, tenen referències d’haver funcionat en altres patosistemes, per la qual cosa se'n vol provar l'efecte i determinar la manera com responen les plantes d'alvocat a nivell enzimàtic i metabòlic.

En primer lloc, es va fer l'aplicació dels inductors. Per al cas del curlà es va realitzar per aspersió foliar un dia abans de la inoculació del patogen, mentre que el silici es va aplicar al sol 10 dies abans. Es van dur a terme mesuraments del progrés de la lesió i mostrejos destructius en diferents temps (0, 3, 24, 144 i 312 hai). El material vegetal que es va prendre com a mostra es va mantenir sempre en fred. D'aquest material se'n van fer extraccions amb diferents solucions tampó o solvents per avaluar les activitats enzimàtiques (SOD, PPO, POD, PAL), la concentració de fenols, l'activitat captadora de radicals lliures i contingut de clorofil·les i carotenoides. En tots dos casos, els inductors empleats van afavorir la resposta de la planta davant del patogen modulant l'expressió d'enzims com POD i PPO suggerint que la seva producció es pot associar amb transformació de fenols en quinones per a producció de compostos antimicrobians, regulació de ROS i una possible activació de la ruta de l'àcid jasmònic.

En una segona part es va buscar aprofundir en la resposta de les plantes d'alvocat Hass que van ser tractades amb curlà. Es van realitzar extraccions i anàlisis per GC-MS, per estudiar el perfil metabòlic de les plantes en els diferents temps de mostreig i així poder contrastar-ne la resposta al patogen, a l'inductor i a la combinació de tots dos. Així mateix, es van quantificar compostos fenòlics (àcid cafèic, ferúlic i p-cumàric) i fitohormones (àcid salicílic i àcid jasmònic). Els resultats mostren que les plantes en presència de l'inductor, del patogen amb l'inductor o només del patogen, en canvien el perfil metabòlic. Es produeixen en tots els casos metabòlits relacionats amb la defensa com a compostos fenòlics, timol, vitamina E, floroglucinol, entre molts altres, però els temps o les concentracions en què es generen no són les mateixes. Si es relacionen aquest canvis amb el seguiment visual de les plantes, que quan tenien l'inductor i el patogen, presentaven mínims signes de pansiment o cap, respecte a les inoculades només amb el patogen. Així es podria suggerir que l'inductor té un efecte positiu en les plantes regulant la producció de metabòlits, els quals s'han de generar en determinada concentració o temps, perquè es doni un control adequat del patogen. En el mateix sentit, l'inductor va ajudar a regular la concentració de fitohormones a les plantes. El ‘acid salicílic (SA) es va mantenir en una concentració estable, mentre que el àcid jasmònic (JA) va anar augmentant després de les 24 h, comportament que afavoreix el control del patogen i que s'ha relacionat amb genotips resistents d'alvocat davant P. cinnamomi.

En conclusió, aquesta tesi Doctoral proporciona informació valuosa sobre l'ús d'inductors en plantes d'alvocat Hass, mostrant que tant el curlà com el silici, tenen efectes positius en la defensa contra P. cinnamomi. Aquest podrien ser inclosos en plans de gestió en un futur integrat de la malaltia, impactant amb això en la innocuïtat del producte consumit.

En la agricultura, los problemas ocasionados por patógenos, representan grandes pérdidas tanto económicas como ambientales. Los costos del manejo fitosanitario de patógenos como Phytophthora cinnamomi en un cultivo como el de aguacate, pueden representar el 25% de la producción anual, sumado a la trazabilidad y problemas ambientales que tienen los productos que se aplican. Por tanto, en la actualidad el objetivo es una agricultura sostenible, que reduzca el uso de productos de síntesis química sin que esto afecte los rendimientos del cultivo ni las ganancias que se obtienen de él. Esta tesis doctoral se centra en la inducción de resistencia con curlano y silicio, en plantas de aguacate Hass inoculadas con Phytophthora cinnamomi. Debido a que este es uno de los patógenos más importantes en este cultivo y los productos comerciales para su control son escasos actualmente. Los inductores empleados, un β-glucano y un mineral, tienen reportes de funcionar en otros patosistemas, por lo cual se quiere probar su efecto y determinar la forma cómo responden las plantas de aguacate a nivel enzimático y metabólico. En primer lugar, se realizó la aplicación de los inductores. Para el caso del curlano se realizó aspersión foliar un día antes de la inoculación del patógeno, mientras que el silicio se aplicó al suelo 10 días antes. Se realizaron mediciones del progreso de la lesión y muestreos destructivos en diferentes tiempos (0, 3, 24, 144 y 312 hai). El material vegetal que se tomó como muestra se mantuvo siempre en frío. De este material se realizaron extracciones con diferentes soluciones tampón o solventes para evaluar las actividades enzimáticas (SOD, PPO, POD, PAL), la concentración de fenoles, la actividad captadora de radicales libres y contenido de clorofilas y carotenoides. En ambos casos, los inductores empleados favorecieron la respuesta de la planta frente al patógeno modulando la expresión de enzimas como POD y PPO sugiriendo que su producción se puede asociar con transformación de fenoles en quinonas para producción de compuestos antimicrobianos, regulación de ROS y una posible activación de la ruta del ácido jasmónico. Una segunda parte buscó profundizar en la respuesta de las plantas de aguacate Hass que fueron tratadas con curlano. Se realizaron extracciones y análisis por GC-MS, para estudiar el perfil metabólico de las plantas en los diferentes tiempos de muestreo y así poder contrastar la respuesta de estas al patógeno, al inductor y a la combinación de los dos. Asimismo, se cuantificaron compuestos fenólicos (ácido cafeico, ferúlico y p-cumárico) y fitohormonas (SA y JA). Los resultados muestran que las plantas en presencia del inductor, del patógeno con el inductor o solo del patógeno, cambian su perfil metabólico. Se producen en todos los casos metabolitos relacionados con la defensa como compuestos fenólicos, timol, vitamina E, floroglucinol, entre muchos otros, pero los tiempos o la concentración en que se generan no son las mismas. Si se relaciona lo anterior, con el seguimiento visual de las plantas, que cuando tenían el inductor y el patógeno, presentaban mínimos signos de marchitez o ninguno, respecto a las inoculadas solo con el patógeno, podría sugerirse que el inductor tiene un efecto positivo en las plantas regulando la producción de metabolitos, los cuales deben generarse en determinada concentración o tiempo, para que se de un control adecuado del patógeno. En el mismo sentido, el inductor ayudó a regular la concentración de fitohormonas en las plantas. El SA se mantuvo en una concentración estable, mientras que el JA fue en aumento después de las 24 h, comportamiento que favorece el control del patógeno y que se ha relacionado con genotipos resistentes de aguacate frente a P. cinnamomi. En conclusión, la presente tesis Doctoral proporciona información valiosa sobre el uso de inductores en plantas de aguacate Hass, mostrando que tanto el curlano como el silicio, tienen efectos positivos en la defensa contra P. cinnamomi y podrían a futuro ser incluidos en planes de manejo integrado de la enfermedad, impactando con ello la inocuidad del producto.

In agriculture, problems caused by pathogens represent great economic and environmental losses. The costs of phytosanitary management of pathogens such as Phytophthora cinnamomi in a crop such as avocado can represent 25% of annual production, in addition to the traceability and environmental problems associated with the products applied. Therefore, the current objective is sustainable agriculture, which reduces the use of chemical synthesis products without affecting crop yields or the profits obtained from it. This doctoral thesis focuses on the induced resistant with curdlan and silicon in Hass avocado plants inoculated with Phytophthora cinnamomi. Because this is one of the most important pathogens in this crop and commercial products for its control are currently scarce. The inducers used, a β-glucan and a mineral, have been reported to work in other pathosystems, so we want to test their effect and determine how avocado plants respond at the enzymatic and metabolic level. First, the inducers were applied. In the case of curdlan, foliar spraying was carried out one day before pathogen inoculation, while silicon was applied to the soil 10 days before. Measurements of lesion progress and destructive sampling were performed at different times (0, 3, 24, 144 and 312 hai). The plant material sampled was always kept cold. From this material, extractions with different buffer solutions or solvents were performed to evaluate enzymatic activities (SOD, PPO, POD, PAL), phenol concentration, free radical scavenging activity and chlorophyll and carotenoid content. In both cases, the inducers used favored the plant response to the pathogen by modulating the expression of enzymes such as POD and PPO, suggesting that their production may be associated with the transformation of phenols into quinones for the production of antimicrobial compounds, regulation of ROS and a possible activation of the jasmonic acid pathway. A second part sought to deepen the response of Hass avocado plants that were treated with curdlan. Extractions and GC-MS analysis were carried out to study the metabolic profile of the plants at different sampling times in order to contrast their response to the pathogen, the inducer and the combination of the two. Phenolic compounds (caffeic, ferulic and p-coumaric acid) and phytohormones (SA and JA) were also quantified. The results show that plants in the presence of the inducer, the pathogen with the inducer or only the pathogen, change their metabolic profile. Defense-related metabolites such as phenolic compounds, thymol, vitamin E, ploroglucinol, among many others, are produced in all cases, but the times or concentration at which they are generated are not the same. If the above is related to the visual monitoring of the plants, which when they had the inducer and the pathogen, showed minimal or no signs of wilting, compared to those inoculated only with the pathogen, it could be suggested that the inducer has a positive effect on the plants by regulating the production of metabolites, which must be generated at a certain concentration or time, for adequate control of the pathogen. In the same way, the inducer helped to regulate the concentration of phytohormones in the plants. SA remained at a stable concentration, while JA increased after 24 h, a behavior that favors pathogen control and has been related to avocado genotypes resistant to P. cinnamomi. In conclusion, this doctoral thesis provides valuable information on the use of inducers in Hass avocado plants, showing that both curdlan and silicon have positive effects on the defense against P. cinnamomi and in the future could be included in integrated pest management plans, thus impacting the safety of the product.