Interacción de Fusarium en trigo y cebada bajo condiciones de temperatura actuales y proyectadas a futuro

• Autores: Mauro Martínez Martín
• Directores de la Tesis: Sebastián Alberto Stenglein (dir. tes.), Fernando Biganzoli (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Nacional de La Plata ( Argentina ) en 2020
• Idioma: español
• Número de páginas: 292
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en:  sedici.unlp.edu.ar  doi.org 
• Resumen
  • español

    La cebada (Hordeum vulgare L.) y el trigo (Triticum aestivum L.) son dos de los cereales de invierno más importantes, tanto a nivel mundial como en la Argentina. Por otra parte, la enfermedad conocida como fusariosis de la espiga es una de las principales enfermedades de los cultivos mencionados, ocurriendo en todas las regiones cerealeras del mundo, causando daños cuantitativos, cualitativos y económicos. Actualmente, en la Argentina y en gran parte del mundo, se ha reportado que los principales agentes etiológicos de esta enfermedad son Fusarium graminearum y Fusarium poae, productores de micotoxinas tales como deoxinivalenol, sus derivados acetilados, y nivalenol, respectivamente. Con respecto a las condiciones ambientales, numerosos estudios proyectan que las mismas variarán en un futuro cercano y que la temperatura será una de las variables más afectadas por el cambio climático. Como consecuencia, esto no traería solamente aparejado problemas de variación en los rendimientos, sino un posible aumento en el riesgo de presencia de micotoxinas. Sin embargo, se desconoce cómo afectarán estos cambios la diversidad de cada especie fúngica en particular, siendo el potencial impacto del cambio climático sobre la productividad agrícola aún incierto.Considerando los antecedentes mencionados previamente, el objetivo general del presente trabajo fue estudiar el efecto de la interacción entre F. graminearum y F. poae (especies de Fusarium con mayor prevalencia e interés agroalimenticio) en los dos cereales de invierno con mayor superficie sembrada en la Argentina (cebada y trigo), bajo condiciones de temperatura actuales y proyectadas a futuro. Para ello, se plantearon las siguientes hipótesis: (i) la interacción de los distintos genotipos de cebada y trigo con F. graminearum y F. poae se encuentra relacionada al genotipo y a la especie de Fusarium inoculada, siendo ésta significativamente mayor cuando los patógenos se inoculan de manera conjunta; (ii) el aumento de la temperatura nocturna favorece la colonización y producción de toxinas de Fusarium. Con este fin, en el presente trabajo se evaluó: (i) la interacción entre F. graminearum/F. poae en cebada/trigo, durante tres campañas agrícolas (2014/2015, 2015/2016 y 2016/2017) y bajo condiciones experimentales a campo; (ii) el potencial impacto del aumento de las temperaturas nocturnas (3°C) sobre la interacción F. graminearum/F. poae en cebada/trigo, durante tres campañas agrícolas (2016/2017, 2017/2018 y 2018/2019) y bajo condiciones experimentales a campo. En ambos casos, se evaluó el potencial impacto de cada patógeno sobre parámetros de patogenicidad, rendimiento, calidad de grano y contaminación con micotoxinas.En primer lugar, los resultados obtenidos con respecto a la patogenicidad en ambos cultivos, sugieren que no existieron diferencias significativas que sustenten el sinergismo entre F. graminearum y F. poae. En cuanto al genotipo, se reportaron diferentes comportamientos con respecto a la infección por Fusarium y su impacto en variables de rendimiento y calidad, que podrían ser útiles para la20mejora genética en el futuro. Además, se observaron diferencias significativas en la degradación de las diferentes fracciones proteicas evaluadas , dependiendo de cada especie de Fusarium. Con respecto a la contaminación con micotoxinas, en ambos cultivos se registraron concentraciones de DON y 3-ADON por encima de los límites de tolerancia, aunque estas diferencias no fueron significativas, y por ende, no evidenciaron sinergismo en la producción de micotoxinas. Por lo tanto, según lo descripto anteriormente, la hipótesis (i) fue rechazada.En cuanto a los experimentos llevados a cabo bajo condiciones proyectadas de cambio climático, los resultados obtenidos en ambos cultivos mostraron que el aumento de la temperatura nocturna (3°C) favoreció el desarrollo de F. graminearum, incrementando los valores de patogenicidad significativamente tanto en cebada (2-6%) como en trigo (15-17%). Además, durante los años en los cuales las condiciones ambientales fueron favorables para el desarrollo de la enfermedad, el aumento de la temperatura nocturna impactó negativamente disminuyendo el peso de mil granos, tanto para F. graminearum (4,6-5,6%) como para F. poae (0,4-5,2%) en cebada. Por otra parte, si bien el objetivo del presente trabajo no fue evaluar el impacto de las temperaturas nocturnas per se, se registraron disminuciones significativas en cuanto al calibre de los granos (cebada) y a la composición proteica (trigo). Respecto a la contaminación con micotoxinas, el impacto del calentamiento nocturno incrementó significativamente la concentración de micotoxinas tales como DON (75,7%) y 3-ADON (68,3%) en trigo. Por ende, de acuerdo con las evidencias expuestas anteriormente, la hipótesis (ii) fue aceptada.Los resultados obtenidos a lo largo del presente trabajo, aportan conocimientos novedosos y promisiorios en lo que respecta a la interacción F. graminearum/F. poae-cebada/trigo bajo condiciones climáticas actuales y futuras. Además, los resultados obtenidos establecen las bases para potenciales investigaciones futuras, principalmente en lo que respecta a estudios de cambio climático, bajo condiciones de campo. Es de destacar, que un mejor entendimiento del patosistema Fusarium-cebada/trigo en lo que respecta a parámetros de patogenicidad, rendimiento, composición proteica y contaminación con micotoxinas, posibilitará estimar el potencial impacto de esta enfermedad sobre la calidad maltera y panadera de los granos. Sin embargo, un monitoreo constante a lo largo de toda la cadena productiva (desde la cosecha, transporte y almacenamiento de los granos) es considerado necesario, con el fin de asegurar la inocuidad y seguridad alimentaria.

  • English

    Two of the most important winter crops are barley (Hordeum vulgare L.) and wheat (Triticum aestivum L.), while the disease known as Fusarium Head Blight is one of the most devastating cereal diseases. This fungal disease occurs in all cereal regions, producing quantitative, qualitative and economic losses. Currently, in most of the world and in Argentina the main etiological agents of this disease have been reported to be Fusarium graminearum and Fusarium poae (mycotoxins producers, such as: deoxinivalenol, its acetylated derivatives, and nivalenol, respectively). Regarding environmental conditions, several reports indicate that in the near future the temperature will be one of the most affected variables by climate change. As a consequence, this might lead not only to a significant decrease in grain yield, but also to a possible increase in the risk of mycotoxin contamination. However, it is unknown how these changes will affect the diversity of each particular Fusarium species. Thus, the potential impact of climate change on agricultural productivity is still uncertain. In this way, the aim of the present work was to study the effect of the interaction between F. graminearum and F. poae in the most sown winter crops in Argentina (barley and wheat), under current and future temperature conditions. The hypotheses were: (i) “the interaction of the different barley/wheat genotypes with F. graminearum and F. poae is related to the genotype and the inoculated Fusarium species, being this significantly higher when the pathogens are inoculated together”; (ii) the increase of the night temperatures favors the colonization and production of Fusarium mycotoxins. Thus, in the present work the following experiments were conducted: (i) the interaction between F. graminearum/F. poae in barley/wheat, during three harvest seasons (2014/2015, 2015/2016 and 2016/2017); (ii) the potential impact of the increase in night temperatures (3°C) on the F. graminearum/F. poae in barley/wheat, during three harvest seasons (2016/2017, 2017/2018 and 2018/2019). In both cases, the experiments were carried out under field conditions, and the potential impact of each pathogen on pathogenicity, grain yield, grain quality and mycotoxin contamination was evaluated. Regarding pathogenicity, results showed that in both crops there were no significant differences that support synergism between F. graminearum and F.poae. Furthermore, different responses were observed regarding Fusarium infection between the differents genotypes evaluated. Results showed significant differences on grain yield and grain quality parameters, which could be useful for future genetic improvement. In addition, significant differences were observed in the degradation of the different protein fractions, depending mainly on each species of Fusarium. As to mycotoxin contamination, in both winter crops concentrations of DON and 3-ADON were registered above tolerance levels. However, these differences were not significant, and no synergism in mycotoxins production was detected. Therefore, as described above, the hypothesis (i) was rejected. Concerning the experiments performed under simulated conditions of climate change, the results obtained in both crops showed that the increase in the night temperature (3°C) was favourable to the development of F. graminearum.

    Thus, the pathogenicity values increased significantly both in barley (2-6%) and in wheat (15-17%). In addition, during the years in which the environmental conditions were favourable for the development of the disease, the increase in the night temperature impacted negatively reducing the thousand kernel weight, for F. graminearum (4.6-5.6%) and for F. poae (0.4-5.2%) in barley. Although the objective of the present work was not to evaluate the impact of night temperatures per se, significant decreases were registered in terms of screening percentage (barley) and protein composition (wheat). As to mycotoxin contamination, the impact of warm nights significantly increased the mycotoxin concentration in 75.7% (DON) and 68.3%(3-ADON) only in wheat. Therefore, as described above, the hypothesis (ii) was accepted. The results obtained along the present work provide novel information in relation to the interaction between F. graminearum/F. poae-barley/wheat, under current and future climatic conditions. In addition, the results obtained provide the basis for potential future research related to climate change studies under field conditions. A better understanding of the Fusarium-barley/wheat pathosystem in terms of pathogenicity, grain yield, grain quality and mycotoxin contamination parameters will make it possible to estimate the potential impact of this disease on the grains destined for malting and baking industry. However, a constant monitoring throughout the entire production chain (from harvest to transport and the storage of grains) is deemed necessary in order to ensure food safety.