4.65.7.2 Modos de infección y genética de la resistencia
Fusarium culmorum sobrevive como saprofito en el suelo, o en los restos del cultivo como parásito donde el hongo produce macroconidias, la principal fuente de inóculo para las enfermedades de FHB/pudrición del oído. Las macroconidias se depositan en las sedas del maíz o en los floretes de los cereales de grano pequeño por el viento o la lluvia y la infección se produce por la penetración directa de las hifas en el tejido vegetal o a través de los estomas. El patógeno también puede transmitirse sistémicamente a partir de semillas infectadas. El establecimiento inicial del patógeno en la superficie del huésped está influenciado por el nivel de humedad y la temperatura en el lugar de la infección. La adhesión de la espora y la formación de los tubos germinativos son óptimas a 15°C.
Los macroconidios germinan entre 6 y 24 h en las superficies internas de la lemma, la gluma, la palea y en el ovario del trigo. Dos días después de la inoculación, el hongo forma una masa micelial densa e hifas de penetración que entran directamente en las células epidérmicas. En las espigas de trigo se produce la degradación hidrolítica de las cutículas, las pectinas de la laminilla media y los polisacáridos de la pared celular por parte de F. culmorum. Además, el patógeno deposita en los tejidos del huésped toxinas no específicas, como DON, NIV y ZEN. El DON es fitotóxico y aumenta la severidad de la enfermedad en el trigo y posiblemente en el maíz y la cebada.5 La biosíntesis del DON es inducida por las poliaminas de la planta, las ROS o el estrés osmótico a través de la señalización de la cascada MAPK. Después de la penetración en los floretes de trigo, las hifas pasan un corto tiempo creciendo biotróficamente en los espacios intercelulares. El patógeno se extiende inter e intracelularmente hacia los nodos del raquis y coloniza los tejidos del parénquima vascular y cortical. Finalmente, el hongo invade las espigas no infectadas. La colonización se produce en las espigas/granos, así como en las células epidérmicas, en las cubiertas de las semillas y en las células epicuticulares.
La toxina interactúa directamente con las membranas de las células vegetales, los orgánulos citoplasmáticos y la peptidil transferasa ribosomal (Rpl3), lo que provoca la muerte celular. Durante la colonización del hongo, el DON se transloca a los tejidos sanos vecinos desde los tejidos contaminados y provoca daños celulares y la liberación de nutrientes, incluyendo aminoácidos, ácidos grasos, azúcares e iones que son utilizados por el hongo y potencian su propagación desde la espiga hacia el raquis en el trigo.
Después de su establecimiento inicial en la seda del maíz, el micelio de F. culmorum se extiende interna y externamente en la seda y crece hacia la mazorca donde coloniza los granos y los espacios intergranulares.
Fusarium culmorum es también el agente casual de la podredumbre parda del pie, la podredumbre de la raíz y la enfermedad del tizón de las plántulas del trigo y la cebada, especialmente en las zonas con precipitaciones bajas o medias. La infección de las plántulas puede iniciarse a partir de semillas contaminadas o de inóculos transportados por el suelo. En este último caso, las hifas de penetración pueden entrar a través de los estomas de los hipocótilos y extenderse hacia la raíz, el brote y los coleóptilos, donde se produce la colonización como un parásito que puede conducir a la muerte de la plántula.
Las plantas emplean barreras físicas y bioquímicas para resistir la infección. Durante la enfermedad o las reacciones de resistencia, se produce una amplia interacción entre los componentes del patógeno y de la planta. La resistencia a F. culmorum implica múltiples rasgos. Se han descrito cinco tipos de resistencia en el trigo (tipos I, II, III, IV y V) y dos tipos de resistencia en el maíz (grano y seda).6 Se han identificado numerosos componentes y mecanismos moleculares implicados en la resistencia a la FHB o la podredumbre de la espiga inducida por F. culmorum en varios niveles de la interacción entre el patógeno y el huésped. Los componentes implicados en la resistencia a la FHB/piedra de la espiga pueden ser preformados o producidos de forma constitutiva (fitoanticipantes) o pueden ser inducidos tras la infección del patógeno e incluyen: inhibidores de la germinación de las esporas, componentes de la pared celular, pequeñas proteínas antifúngicas y péptidos y enzimas que inhiben la función del hongo.
La composición de la pared celular de la planta juega un papel importante en los mecanismos de defensa que inhiben la penetración del hongo o la propagación de las hifas (resistencia de tipo I). En respuesta al ataque de patógenos, las propiedades de la pared celular pueden modificarse mediante la acumulación de calosa, compuestos fenólicos, ligninas o proteínas estructurales que contribuyen a la respuesta de defensa. Las tioninas y las glicoproteínas ricas en hidroxiprolina (HRGP) se acumulan en el trigo resistente tras la inoculación con F. culmorum y se localizan en las paredes celulares de los tejidos infectados. La acumulación de flavonoides en el tegumento de la cebada inhibe la propagación del hongo y la formación de macrosporas, y se observó una mayor acumulación de benzoxazinoides, ácido ferúlico y ácido p-cumárico en los genotipos de trigo resistentes/tolerantes. Los ensayos in vitro demostraron que los fenólicos bloquean el crecimiento de los hongos.
La resistencia a la propagación de la enfermedad (resistencia de tipo II) está relacionada con la deposición de 1,3-beta glucanos en el trigo a partir de las papilas. Se han observado acumulaciones de proteínas PR tras la inoculación de trigo Triticum kiharae con F. culmorum. Los ensayos in vitro con extractos crudos de las semillas de T. kiharae mostraron actividad antifúngica frente a F. culmorum, lo que indica que esta especie podría ser una fuente útil para la mejora de la resistencia.
Las puroindolinas, proteínas de bajo peso molecular y ricas en cisteína que se encuentran en las semillas de trigo, interactúan con las paredes celulares de los hongos y reducen su crecimiento in vitro. Las moléculas de señalización, JA y ET, transmiten mensajes relacionados con la defensa a las partes distales de los tejidos infectados, lo que resulta en una resistencia de amplio espectro contra los patógenos necrótrofos. En Arabidopsis, dos genes de resistencia basal de amplio espectro (NRP1 y EDS11) proporcionan resistencia floral contra F. culmorum y reducen la acumulación de DON. La adición de ethrel (precursor de ET) inhibió el crecimiento de F. culmorum, la esporulación y la germinación de esporas en las semillas de trigo.
Las toxinas producidas por F. culmorum (principalmente DON, NIV y ZEN) durante la patogénesis tienen efectos citotóxicos en las plantas, los seres humanos y los animales. El DON es un factor de virulencia de la enfermedad FHB que resulta en un mayor crecimiento del hongo.7 El desarrollo de cultivos resistentes a las toxinas con capacidad de detoxificación son estrategias para aumentar la resistencia a F. culmorum. Existen varios mecanismos en el trigo, el maíz y la cebada para reducir las cantidades de toxina, incluyendo la conjugación con glucosa y la interferencia de la biosíntesis de la toxina. Dado que la síntesis de tricotecenos implica una serie de reacciones de oxigenación, diferentes metabolitos secundarios derivados de las plantas con actividades antioxidantes, como los compuestos fenólicos y los carotenoides, pueden reducir la acumulación de toxinas. Otros mecanismos de reducción/desintoxicación de tricotecenos, como la acetilación, el eflujo y la desoxigenación, no se han encontrado en los cereales, pero se han descrito en otros organismos. Algunos de estos genes se han aislado y expresado en los cereales para reducir los niveles de toxinas.