Management strategies of Meloidogyne-resistant plant germplasm to avoid virulence selection

Abstract

(Català) Durant el desenvolupament de la tesi doctoral es van realitzar diversos estudis a fi de conèixer el potencial de la resistència vegetal per a la gestió de Meloidogyne en cultius hortícoles sense afavorir la selecció de poblacions virulentes en els germoplasmes resistents utilitzats. Concretament: i) l'efecte de la rotació de germoplasma resistent durant 3 campanyes agrícoles; ii) l'efecte de Solanum torvum com portaempelt de tomàquet com a mètode d'alternar fonts de resistència en situacions de monocultiu; iii) la capacitat d'induir resistència per mírids zoofitòfags en germoplasma de tomàquet susceptible al nematode per a disminuir la freqüència d'ús de germoplasma resistent; i iv) la resposta de potencials portaempelts de meló i cogombre o síndria enfront d'espècies de quarantena a Espanya com a possible eina de gestió en cas que es trobin i no siguin erradicades. Els resultats obtinguts han mostrat que: i) la seqüència de rotació amb germoplasma resistent (tomàquet empeltat (emp.) en ‘Brigeor’-meló emp. en Cucumis metuliferus- pebrot emp. en ‘Oscos’-síndria emp. en Citrullus amarus-tomàquet resistent cv. Caramba) conreades en parcel·les infestades per una població de M .incognita avirulenta (Avi) o parcialment virulenta (Vi) al gen Mi1.2 de resistència en tomàquet, va reduir la densitat de la població Avi un 94% i la de Vi per sota del nivell de detecció. La producció acumulada va ser d'1.5 i 2.4 vegades major en les parcel·les infestades per Avi i Vi, respectivament, respecte la rotació amb germoplasma susceptible. La població Avi no va adquirir virulència a cap dels germoplasmes resistents utilitzats en la rotació; ii) la severitat de la malaltia i la reproducció del nematode en els tomàquets empeltats en S. torvum es van reduir 8.6 i 56 vegades, respectivament, comparat amb el tomàquet sense empeltar, i la producció va ser de fins a un 87% major a densitats superiors a 1 J2/cm³ de sòl. La resistència de S. torvum es va mantenir inalterada després de tres cultius consecutius; iii) l'exposició del tomàquet susceptible a 15 nimfes/planta de Nesiodiocoris tenuis o Macrolophus pygmaeus durant 24h abans del trasplantament així com el compost volàtil (Z)-3-hexenil propanoat emès per les plantes de tomàquet picades pels mateixos, redueixen la capacitat reproductora del nematode fins un 60, 70 y 45% respectivament; i iv) Cucumis metuliferus va ser immune a M. chitwoodi, molt resistent a M. enterolobii i resistent a M. luci. Citrullus amarus va oscil·lar entre resistent a moderadament resistent a M. chitwoodi i M. enterolobii, i resistent a M. luci. Els resultats d'aquests estudis proporcionen informació valuosa per al control del nematode, fins i tot en escenaris en els quals coexisteixen espècies i/o poblacions virulentes a determinats gens de resistència, els quals són cada vegada més comunes en les àrees de producció.

(Español) Durante el desarrollo de la tesis doctoral se realizaron varios estudios con objeto de conocer el potencial de la resistencia vegetal para la gestión de Meloidogyne en cultivos hortícolas sin favorecer la selección de poblaciones virulentas en los germoplasmas resistentes utilizados. Concretamente: i) el efecto de la rotación de germoplasma resistente durante 3 campañas agrícolas; ii) el efecto de Solanum torvum como portainjerto de tomate como método de alternar fuentes de resistencia en situaciones de monocultivo; iii) la capacidad de inducir resistencia por míridos zoofitófagos en germoplasma de tomate susceptible al nematodo para disminuir la frecuencia de uso de germoplasma resistente; y iv) la respuesta de potenciales portainjertos de melón y pepino o sandía frente a especies de cuarentena en España como posible herramienta de gestión en caso de que se encuentren y no sean erradicadas. Los resultados obtenidos han mostrado que: i) la secuencia de rotación con germoplasma resistente (tomate injertado (inj.) en ‘Brigeor’-melón inj. en Cucumis metuliferus- pimiento inj. en ‘Oscos’-sandía inj. en Citrullus amarus-tomate resistente cv. Caramba) cultivadas en parcelas infestadas por una población de M. incognita avirulenta (Avi) o parcialmente virulenta (Vi) al gen Mi1.2 de resistencia en tomate redujo la densidad de la población Avi un 94% y la de Vi por debajo del nivel de detección. La producción acumulada fue de 1.5 y 2.4 veces mayor en las parcelas infestadas por Avi y Vi, respectivamente, respecto la rotación con germoplasma susceptible. La población Avi no adquirió virulencia a ninguno de los germoplasmas resistentes utilizados en la rotación; ii) la severidad de la enfermedad y la reproducción del nematodo en los tomates injertados en S. torvum se redujeron 8.6 y 56 veces, respectivamente, comparado con el tomate sin injertar, y la producción fue de hasta un 87% mayor a densidades superiores a 1 J2/cm3 de suelo. La resistencia de S. torvum se mantuvo inalterada después de tres cultivos consecutivos; iii) la exposición del tomate susceptible a 15 ninfas/planta de Nesiodiocoris tenuis o Macrolophus pygmaeus durante 24h antes del trasplante así como el compuesto volátil (Z)-3-hexenil propanoato que emiten las plantas de tomate picadas por los mismos, reducen la capacidad reproductora del nematodo hasta un 60, 70 y 45% respectivamente; y iv) Cucumis metuliferus fue inmune a M. chitwoodi, muy resistente a M. enterolobii y resistente a M. luci. Citrullus amarus varió entre resistente a moderadamente resistente a M. chitwoodi y M. enterolobii, y resistente a M. luci. Los resultados de estos estudios proporcionan información valiosa para el control del nematodo, incluso en escenarios en los que coexisten especies y/o poblaciones virulentas a determinados genes de resistencia, los cuales son cada vez más comunes en las áreas de producción.

(English) During the development of the PhD, several studies were conducted to explore the potential of plant resistance for the management of Meloidogyne in horticultural crops, none of which promoted the selection of virulent populations in the resistant germplasms used. Specifically: i) the effect of three growing seasons of resistant germplasm rotation; ii) the effect of Solanum torvum as a tomato rootstock as a method of alternating resistance sources in monoculture situations; iii) the capacity of zoophytophagous mirids to induce resistance in tomato germplasm susceptible to nematodes to reduce the frequency of use of resistant germplasm.; and iv) the response of potential rootstocks of melon and cucumber or watermelon to quarantine species in Spain as a possible management tool if they are found and not eradicated. The results obtained showed that: i) the rotation sequence with resistant germplasm ( tomato grafted (grft.) onto ‘Brigeor’ - melon grft. onto Cucumis metuliferus - pepper grft. Onto ‘Oscos’ – watermelon grft. onto Citrullus amarus - resistant tomato cv. Caramba) cultivated in plots infested by an avirulent (Avi) or partially virulent (Vi) population of M. incognita to the Mi1.2 resistance tomato gene reduced the Avi population density by 94% and the Vi population density to below detectable levels. Cumulative yield was 1.5 and 2.4 times higher in plots infested with Avi and Vi, respectively, compared to rotation with susceptible germplasm. The Avi population did not acquire virulence to any of the resistant germplasms used in the rotation; ii) the severity of the disease and nematode reproduction in tomatoes grafted onto S. torvum were reduced by 8.6 and 56 times, respectively, compared to non-grafted tomatoes, and yield was up to 87% higher at densities above 1 J2/cm3 of soil. The resistance of S. torvum remained unchanged after three consecutive crops; iii) exposure of susceptible tomatoes to 15 nymphs/plant of Nesiodiocoris tenuis or Macrolophus pygmaeus for 24 hours before transplanting such as (Z)-3-hexenil propanoato volatile emitted by fed tomato plants, reduce nematode’s reproduction until 60, 70 and 45% respectively; and iv) Cucumis metuliferus was immune to M. chitwoodi, highly resistant to M. enterolobii, and resistant to M. luci. Citrullus amarus ranged from resistant to moderately resistant to M. chitwoodi and M. enterolobii, and resistant to M. luci. The results of these studies provide valuable information for nematode control, even in scenarios where species and/or populations virulent to specific resistance genes coexist, which are increasingly common in production areas.