Martes, Julio 22, 2014
   
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Estrategia de control biológico de Fusarium en maíz

maizfusarjunEn Sinaloa

El maíz es un cultivo que representa 12 mil 20 millones de pesos como valor de producción para Sinaloa, con una superficie cultivada de 590 mil 715.91 hectáreas. La magnitud de un problema generalizado en el cultivo de maíz tendría repercusiones muy serias para la economía del estado, por lo que se deben definir líneas de acción que sean fundamentales para la protección y sustentabilidad de este sistema producto.

 

En extensión, el cultivo del maíz es el más importante en Sinaloa. La tendencia de monocultivo en el estado aumenta el riesgo del surgimiento de alguna enfermedad que pueda resultar devastadora y, por ende, de consecuencias económicas de magnitud importante. En los ciclos 2007-2008 y 2008-2009 se detectó la afectación de diferentes parcelas de maíz con problemas producidos por Fusarium spp.

En el ciclo 2007-2008 se reportaron cerca de 5 mil hectáreas no cosechadas por distintos problemas (que representaron un costo aproximado de 102 millones de pesos) y aunque no se tiene un dato certero, una proporción de éstas fueron afectadas por enfermedades relacionadas al hongo fitopatógeno Fusarium. Esta plaga, a diferencia de otras como la dispersión de virus por insectos vectores, no se magnifica tan rápidamente, lo que da tiempo para elaborar esquemas de respuesta, previniendo un mayor impacto del patógeno en nuestra entidad.
La podredumbre del tallo por Fusarium es causada por F. moniliforme J. Sheld.fusarium2
El ciclo biológico de F. moniliforme es un proceso complejo, ya que este hongo carece de un hospedero específico, se puede encontrar en trigo, sorgo, frijol, soya, algodón, tomate, cacahuate, plátano, pimiento verde, algunos forrajes y en maíz.

Sus distintas fases de vida están conformadas por un estado saprofítico y otro parasítico. Durante  la primera etapa, F. moniliforme obtiene los nutrientes de los tejidos vegetales muertos, produciendo estructuras infectivas para establecer la enfermedad; mientras que en su estado parasítico, después de la extensiva colonización intracelular, destruye tejidos de los que se alimenta, liberando altas concentraciones de fumonisinas.
Las enfermedades sintomáticas y la muerte de las plantas de maíz no son muy comunes durante el estado parasítico de Fusarium, pero sí producen pérdidas económicas.

Además de sobrevivir en restos orgánicos de cultivos anteriores, F. moniliforme también se transmite a través de semillas contaminadas. En el suelo, F. moniliforme regularmente produce hifas de pared engrosadas que aparentemente prolongan su persistencia.
Como ya se mencionó, el maíz es un cultivo que sirve de hospedero a microorganismos que pueden producir micotoxinas, entre los que se encuentra F. verticilloides, especie que se aloja en el grano y produce toxinas que afectan la salud humana y animal, y que no ha sido totalmente caracterizada en México.
En los últimos años, en Sinaloa se ha incrementado la incidencia de plantas de maíz con pudrición de los tallos, generalmente causada por los hongos Fusarium y Macrophomina. En un estudio realizado por el Laboratorio de Diagnóstico Fitosanitario de la Junta Local de Sanidad Vegetal del Valle de El Fuerte en 2007 se encontró que Fusarium está distribuido en el 70 y 84% de los lotes de maíz; mientras que Macrophomina en el 0 y 1%.
Los suelos de cultivos agrícolas contienen una enorme diversidad de microorganismos; de los que algunos son capaces de causar enfermedades en las plantas de cultivo cuando las condiciones les son propicias, sin embargo, muchos otros no provocan ningún daño. En el suelo, microorganismos dañinos y benéfico interaccionan entre sí, y en ocasiones tales interacciones ocasionan que los patógenos no proliferen lo suficiente como para causar enfermedad en las plantas; esta situación revela la existencia de microorganismos capaces de inhibir la proliferación de los microorganismos dañinos.
El aprovechamiento de la diversidad de microorganismos como fuente
de cepas que puedan controlar fitopatógenos es un área poco explorada en México, en parte por-que no existen colecciones de microorganismos establecidas para este propósito y porque tampoco se han desarrollado las metodologías de escrutinio masivo requeridas.
Pseudomonas, Bacillus, Burkholderia y otros microorganismos del suelo han sido usados ya con éxito para el control biológico de Fusarium, tanto en la parte vegetativa de la planta como en el suelo. Algunos plaguicidas biológicos comerciales incluyen bacterias que pertenecen a los géneros Agrobacterium, Bacillus, Pseudomonas y Streptomyces.
El monitoreo de cepas nativas adaptadas localmente ha sido la clave para obtener un control biológico adecuado en la mayoría de los casos, por lo que este proyecto propone el desarrollo de plaguicidas biológicos eficaces para Sinaloa.
La utilización de microorganismos antagonistas a fitopatógenos representa una alternativa al uso de agroquímicos que son nocivos para la salud humana y contaminan el suelo y el agua. La selección y empleo de microorganismos nativos de una región, en lugar de microorganismos importados, para el control de las enfermedades que afectan a la agricultura es relevante, principalmente por dos razones:
•    Los microorganismos propios de una región tienen mayores probabilidades de éxito en el control biológico de enfermedades con respecto a los introducidos, ya que están adaptados a las condiciones climatológicas y del suelo y han coevolucionado por muchos años con las plantas y los diferentes organismos presentes en la región.
•    Al utilizar un microorganismo propio de una región, que ha convivido con la flora y fauna propias de la zona el posible impacto ecológico de desplazamiento de especies nativas de importancia es reducido.
En este trabajo se propone aislar microorganismos de suelo asociado a raíces de maíz en diferentes medio selectivos, con la finalidad de obtener una mayor diversidad de organismos cultivables en las muestras de rizósfera de maíz y así ampliar las posibilidades de éxito en la búsqueda de antagonistas a Fusarium u otros patógenos de este cultivo.
El poseer una colección de microorganismos identificados molecularmente y una plataforma automatizada que permita su rápida manipulación y escrutinio pudiera brindar la posibilidad de ofrecer una capacidad de respuesta en menos tiempo y más eficaz para desarrollar productos agrobiológicos para el control de Fusarium y de otros fitopatógenos que ataquen al maíz y a otros cultivos comerciales en Sinaloa.
La generación de un banco de microorganismos de suelos de la región permitiría contar con una colección capaz de ser analizada para seleccionar antagonistas nativos contra fitopatógenos de importancia económica y en lo particular contra Fusarium en maíz y para cualquier otro patógeno que resulte de interés.
El valor de una colección de esta naturaleza residiría en contar con un arsenal de microorganismos ya aislados e identificados para ser probados contra patógenos que adquieran importancia en la agricultura sinaloense. Un beneficio adicional es que dentro de la colección se encontrarían también organismos nativos benéficos tales como fijadores de nitrógeno y fósforo que pudieran tener uso como biofertilizantes, así como organismos con diverso interés antropocéntrico, entre los que pueden contarse diferentes usos biotecnológicos en la industria alimentaria, para la producción de diferentes fármacos o compuestos con capacidad medicinal, producción de bioenergéticos, entre otros.
Esta idea fue presentada y aprobada por Fundación Produce Sinaloa, A.C., a partir de enero de 2009 bajo el proyecto denominado Obtención y evaluación de un banco de germoplasma de microorganismos nativos de Sinaloa asociados a maíz para desarrollar bioprotectores para el control de Fusarium. Este documentos presenta los avances logrados en este proyecto.fusarium3

Objetivo general del proyecto
Identificar microorganismos con uso potencial en el biocontrol de Fusarium spp en maíz, en el norte de Sinaloa.

Objetivos específicos
•    Establecer un laboratorio dedicado a la generación de colecciones de microorganismos aislados del suelo de maíz y su estudio como potenciales antagonistas de Fusarium.
•    Obtener una colección de 11 mil 520 bacterias de suelos cultivados con maíz.
•    Identificar molecularmente las 11 mil 520 bacterias que compondrán el banco de germoplasma.
•    Estandarizar una metodología de monitoreo masivo automatizado de las bacterias del banco de germoplasma en cuanto a su capacidad bioprotectora contra el ataque de Fusarium in vitro.
•    Evaluar en planta (a nivel de invernadero) los mejores antagonistas resultantes de las pruebas in vitro.
•    Desarrollar un producto agrobiológico basado en bacterias antagonistas para el control de Fusarium en maíz.

Resultados parciales del proyecto

Establecimiento de un laboratorio para la generación de una colección de microorganismos del suelo del maíz, su identificación y caracterización como antagonistas de Fusarium.
A partir de enero de 2009 se obtuvo apoyo de Fundación Produce Sinaloa, A.C., para establecer un laboratorio de robótica molecular encaminado a generar una colección de microorganismos asociados a suelos con maíz, identificarlos y caracterizar su capacidad de antagonismos a Fusarium.
En mayo se terminó el proceso de montaje e instalación de este laboratorio en las instalaciones del Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional (CIIDIR) Guasave, Sinaloa. Este laboratorio cuenta con 10 espacios de trabajo para el personal, un área de campana de flujo laminar para el manejo estéril de los microorganismos y para la generación del banco de germoplasma. Cuenta también con equipos de refrigeración, congelación y ultracongelación, que se requieren para generar y mantener el banco de microorganismos por largos periodos de tiempo (hasta décadas), una campana de extracción de humos para el  manejo de reactivos peligrosos (como solventes o ácidos que generan vapores peligrosos para los usuarios).
El laboratorio también cuenta con un área aislada parcialmente en donde se colocó el equipo de automatización masiva (cuatro robots) de la marca Qiagen.
Dos de los robots se denominan Qiacube; cada uno puede procesar 12 muestras de bacterias para extraer su ácido desoxirribonucleico (ADN) en 1.5 horas, lo que permite que en una jornada laboral de ocho horas se puedan procesar un total de hasta 120 muestras por día. Esto posibilita realizar cada uno de los procedimientos para todas las muestras del banco en pocas semanas. Los robots efectúan procedimientos de purificación y limpieza de ácidos nucleicos y proteínas con paquetes de reactivos diseñados por la misma compañía (Qiagen) y de probada calidad y eficacia. Los Qiacube serán empleados para cada una de las fases que se requieren para la identificación a nivel de especie de cada una de las bacterias del banco en la siguiente etapa del proyecto.
Otros dos robots adquiridos se denominan Qiagility; cada uno puede manipular en 27 minutos la colocación de muestras de PCR  o cualquier procedimiento sencillo de dispensar líquidos en placas de 96 pozos, lo que permite colocar 192 reacciones por hora por equipo, o hasta mil 536 muestras en una jornada laboral de ocho horas. Los Qiagility permitirán realizar todo el procedimiento automatizado para desarrollar ensayos de antagonismo en medio líquido para enfrentar a todas y cada una de las bacterias del banco con Fusarium, repetir el procedimiento para verificar las observaciones iniciales y seleccionar aquellas que muestren capacidad de inhibir el desarrollo y crecimiento del hongo fitopatógeno.
Estos robots se complementan con equipo ya existente en el CIIDIR-Sinaloa, como termocicladores (para amplificar por PCR las regiones genómicas de ADN de cada bacteria, lo que permite identificarlas a nivel género y especie, y en algunos casos específicos a discernir entre razas de organismos fitopatogénicos). Estas plataformas robóticas que emplean formatos de 96 pozos se pueden acoplar a cualquier equipo que emplee este mismo formato, así, el bioensayo requerirá del uso de una centrífuga de velocidad intermedia con rotores para este tipo de placas de 96 lugares y un equipo que puede leer fluorescencia, procedimiento que se empleará para el bioensayo de antagonismo en formato de 96.
La adquisición de estos equipos asegura el procedimiento de gran número de muestras de manera rápida y eficaz, y permite automatizar el proceso de bioensayo de antagonismo a Fusarium in vitro para miles de muestras en corto tiempo, para poder cumplir con las siguientes etapas propuestas para el proyecto, incluyendo la identificación molecular para obtener la colección de microorganismos debidamente inventariada, designando con nombre de género y especie a cada uno de los especímenes que conformen el banco.
Una vez estandarizada la metodología, ésta puede ser transferida para la identificación molecular no sólo de los especímenes aislados en el banco de germoplasma, sino para cualquier otro microorganismo. De igual manera, el ensayo de antagonismo puede ser empleado para probar la colección de microorganismos en muchos otros hongos fitopatógenos.
El poder contar con la colección inventariada y con los robots que son capaces de seleccionar colonia por colonia de cada una de las placas permite preparar sub-bancos a partir de la colección original para probarse de manera dirigida y rápida contra diferentes patógenos una vez que se posea la información de qué tipo de bacterias muestran antagonismo al hongo que se desee controlar. Estas dos herramientas deberán conducir a acceder a herramientas de control de las enfermedades fúngicas del suelo no sólo en maíz sino en múltiples cultivos de importancia comercial para la región y desarrollar agentes de control biológico de manera más expedita.  AS
Continuará...

Jesús D. Cordero Ramírez e Ignacio E. Maldonado Mendoza, 

Centro Interdisciplinario de Investigación para el Desarrollo Integral Regional, Unidad Sinaloa

 

 

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