Identificación y caracterización de fuentes de resistencia a estreses bióticos y abióticos en guisante
- Autores: Thaïs Aznar Fernández
- Directores de la Tesis: Diego Rubiales Olmedo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Miguel Martín Martín (presid.), Jordi Riudavets (secret.), Rafael Rubio de Casas (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Agraria, Alimentaria, Forestal y del Desarrollo Rural Sostenible por la Universidad de Córdoba y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. INTRODUCCIÓN El guisante (Pisum sativum L.) es una de las leguminosas de grano de clima templado más cultivada en Europa y la segunda en el mundo (Rubiales et al., 2012; (FAOSTAT 2017). Su uso se extiende al consumo humano y animal. Además, al ser una legumbre, aporta elevadas cantidades de proteína (Mudryj et al., 2014) así como beneficios medioambientales convirtiéndola en una apuesta segura para una agricultura más sostenible (Nemecek et al., 2015). El cultivo de guisante se ve severamente afectado a nivel global por un conjunto de estreses bióticos y abióticos (Rubiales et al., 2015). Esta tesis se centra en dos de las plagas que más merman la calidad y el rendimiento de este cultivo a nivel mundial: Bruchus pisorum conocido como el gorgojo del guisante y Acyrtosiphon pisum popularmente nombrado como pulgón verde del guisante.
El gorgojo es un insecto monófago (Tibor and Szentesi, 2003) cuya larva se alimenta del cotiledón de las semillas, dejándolas huecas, reduciendo así la calidad y el valor de mercado de las mismas, pudiendo causar pérdidas superiores al 50% en los cultivos (Clement et al., 2009, Nikolova, 2016). Además, debido a su ciclo biológico requiere de numerosos tratamientos en campo y post cosecha para para su control (Aryamanesh et al., 2012).
Por otro lado, el pulgón verde del guisante es un insecto que se alimenta de la savia de las plantas mediante un aparato bucal succionador. Esto causa deficiencias nutritivas que debilitan a la planta, lo que conlleva grandes pérdidas de producción además de ser transmisores de virus (Maiteki and Lamb, 1985, Ng and Perry, 2004). El pulgón se caracteriza por ser un insecto polífago, hecho que facilita su dispersión; además posee una capacidad extraordinaria para adaptarse al ambiente. Debido a su amplia gama de huéspedes y su fácil adaptación se requieren múltiples tratamientos en campo para combatir esta plaga (Tares et al., 2013, Srinivasan et al., 2014).
El limitado éxito de los métodos disponibles de control biológico o integrado contra el gorgojo (Huis et al., 1990, Teshome et al., 2016) y el pulgón (Snyder and Ives, 2003, Lopes et al., 2015), junto con la limitada resistencia genética en las variedades disponibles fuerzan a la búsqueda de resistencias en colecciones de germoplasma (Smýkal et al., 2012). Por este motivo, el objetivo de esta tesis es ampliar el conocimiento sobre la interacción planta-insecto, así como identificar nuevas fuentes de resistencia para incorporarlas en programas de mejora con el objetivo a largo plazo de desarrollar variedades resistentes y reducir los elevados costes ecológicos y económicos que supone el control químico de ambas plagas. Para ello se ha evaluado una colección de Pisum ssp., compuesta por especies silvestres y variedades población para identificar y caracterizar nuevas resistencias a estas dos plagas.
2. CONTENIDO DE LA INVESTIGACIÓN Los tres primeros capítulos de la tesis se centran en la búsqueda y caracterización de resistencias en guisante a gorgojo. El procedimiento seguido fue empezar evaluando en campo en varios ambientes la colección de guisantes (Capítulo 1). Esto permitió la identificación de germoplasma con niveles estables de baja infestación y/o desarrollo larvario a lo largo de los ambientes. El análisis estadístico biplot de heredabilidad ajustada por genotipo y genotipo ambiente mostró que estos dos caracteres son independientes y están muy influenciados por el ambiente. Así, un estudio de correspondencia canónica aclaró que ambos caracteres, disminuyen en estaciones lluviosas, mientras que las estaciones con una elevada acumulación de radiación y fotoperiodo favorecen los niveles de infestación pero disminuyen el nivel de desarrollo de las larvas (Aznar-Fernández et al., 2017).
En un segundo capítulo se seleccionaron entradas del trabajo anterior para caracterizar en detalle la resistencia implicada en la reducción de infestación en las semillas, determinando posibles efectos genotípicos del polen en la inducción de fertilidad de los adultos o en la atracción de la vaina para ovipositar (Capítulo 2). Los ensayos mostraron un efecto significativo en la puesta tanto para el genotipo de la flor como para el de la vaina, siendo reducida a la mitad en ciertos genotipos de Pisum y siendo casi anulada en vainas de otras leguminosas (Lathyrus sativus y Vicia faba). Los bioensayos de preferencia también mostraron diferencias significativas en la ovoposición.
En un tercer capítulo se estudió la base genética de la resistencia fenotipando en ensayos de campo en varios ambientes el porcentaje de infestación y el nivel de desarrollo larvario en una población RIL (del inglés Recombinant Inbred Line) F8:9 de guisante que previamente ya había sido genotipada con marcadores moleculares EST’s, SSR, SNP y DArT. Se describe la identificación de QTL (del inglés Quantitate Trait Loci) para resistencia a gorgojo. Los resultados mostraron tres grupos de ligamiento implicados en la resistencia a la infestación del gorgojo y un grupo de ligamiento implicado en el desarrollo larvario de los mismos. Los resultados serán de gran valor para desarrollar programas de mejora asistida por marcadores (MAS).
Los últimos dos capítulos de la tesis se centran en el pulgón verde del guisante. Al igual que en el apartado anterior, se evaluó la resistencia presente en una colección de Pisum spp. en campo en varios ambientes. Las entradas seleccionadas fueron analizadas bajo condiciones controladas evaluando la reproducción y cobertura de pulgón así como el daño producido en planta (Capítulo 4). Los resultados mostraron resistencia en dos genotipos, combinando antixenosis, mediante la reducción de la preferencia del pulgón, y antibiosis, disminuyendo la reproducción de los mismos (Aznar- Fernández y Rubiales, 2018).
Como medida de control alternativa, se estudió la capacidad disuasoria o tóxica sobre el pulgón de varios compuestos naturales (Capítulo 5). Los compuestos derivados de alcoholes de cadena larga (LCOH) y metabolitos (provenientes de distintos organismos), fueron escogidos basándonos en actividades biológicas descritas previamente. Los resultados mostraron elevada capacidad disuasoria por parte de algunos compuestos. Por el contrario, la mortalidad fue muy baja, a pesar de mostrar diferencias significativas entre compuestos. Finalmente los estudios de fitotoxicidad mostraron al metabolito Seiridin como mejor candidato para su uso como biopesticida debido a su significativo efecto disuasorio y el nulo daño.
3. CONCLUSIÓN Se han encontrado fuentes de resistencia a ambas plagas en el germoplasma evaluado, con el valor añadido de ser genotipos de Pisum sativum spp. sativum o de subspecies o especies próximas que de hecho ya han sido cruzadas con guisante cultivado en nuestro departamento, hecho que facilitará su implementación en futuros programas de mejora.
La resistencia al gorgojo puede estar basada tanto en antibiosis (impedimento al desarrollo larvario) como a no-preferencia/antixenosis (reducción de la infestación de la semilla) o a una combinación de ambas. La no preferencia puede estar influenciada tanto por el genotipo del polen ingerido como el de la vaina, afectando a la fecundidad y ovoposición de las hembras de gorgojo. Además se ha observado la gran influencia del clima sobre los niveles de infestación y desarrollo larval del gorgojo. Por otra parte, los QTL encontrados aportan una herramienta clave para agilizar los programas de mejora contra esta plaga.
La resistencia a pulgón se basa en la combinación de los dos mecanismos descritos anteriormente, aunque cada uno de los genotipos encontrados presenta de manera más notoria uno de los dos mecanismos. Junto con las nuevas fuentes de resistencia, se ha encontrado una fitotoxina como posible biopesticida.
El disponer de nuevas fuentes de resistencia, así como de un mejor conocimiento de los mecanismos de resistencia operativos y su base genética facilitará su uso en el desarrollo de variedades resistentes en los programas de mejora.
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