Evaluation and characterization of sustainable tools for the control of Botryosphaeria canker (Diplodia corticola) in Quercus suber in Catalonia

• Autores: Hanna Rathod Uppara
• Directores de la Tesis: Emigdio Jordan Muñoz Adalia (dir. tes.), Carlos Colinas González (dir. tes.)
• Lectura: En la Universitat de Lleida ( España ) en 2026
• Idioma: español
• Número de páginas: 120
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  • Tesis en acceso abierto en: tdx.cat
• Resumen
  • español

    El alcornoque (Quercus suber) conforma un sistema agrosilvopastoral único que genera una producción sostenible de recursos no madereros a lo largo de la cuenca mediterránea occidental. Sin embargo, en las últimas décadas, la sostenibilidad de este sistema se ha visto amenazada por un declive progresivo asociado al estrés climático de las masas y a la infección causada por Diplodia corticola, organismo causante de la enfermedad conocida como escaldado del alcornoque. Se considera que este patógeno invade los tejidos de la felodermis, el floema y el cámbium principalmente gracias a la apertura de heridas de descorche, lo que compromete la regeneración del corcho y reduce el vigor del árbol durante múltiples ciclos de producción. Aunque el patógeno está ampliamente distribuido, todavía se requiere mayor conocimiento sobre aspectos clave tales como (i) las condiciones climáticas que favorecen la presencia de inóculo aéreo, (ii) las posibles estrategias preventivas eficaces, así como los tratamientos frente a la infección compatibles con una gestión forestal sostenible y (iii) la contribución ecológica de las comunidades endofíticas fúngicas y bacterianas en la supresión o susceptibilidad frente a la enfermedad en arbolado maduro. Para abordar estas lagunas de conocimiento, esta tesis doctoral integra seguimiento epidemiológico, ensayos de laboratorio, experimentación en invernadero y caracterización del microbioma mediante secuenciación masiva de ADN (metabarcoding). En conjunto, estos enfoques complementarios buscan mejorar la gestión sanitaria del escaldado del alcornoque en masas productivas. Objetivo 1. Se analizó la relación entre microclima, época de extracción del corcho y disponibilidad de inóculo. Los conidios dispersados por el viento de D. corticola se monitorizaron de forma continua durante la temporada de descorche mediante trampas semi -pasivas de esporas instaladas en masas productivas, registrándose simultáneamente los datos meteorológicos. Los resultados muestran que el inóculo aéreo de D. corticola está presente durante toda la campaña de extracción del corcho, pero aumenta de forma acusada coincidiendo con eventos de alta humedad relativa. Estos hallazgos ponen en relieve que, incluso en ausencia de salpicaduras por lluvia, la alta humedad por sí sola permite la liberación y disponibilidad de esporas. Este objetivo aporta la primera prueba cuantitativa de que la existencia de “ventanas de humedad” definen periodos de elevado riesgo de infección, ofreciendo una herramienta de apoyo a la decisión, para que los gestores forestales ajusten el momento del descorche y minimicen la probabilidad de infección. Objetivo 2. Se evaluaron, en condiciones controladas de laboratorio, estrategias preventivas y potenciales tratamientos frente al escaldado. Se ensayaron fungicidas sintéticos, agentes antifúngicos naturales y agentes de control biológico basados en Bacillus spp. frente a D. corticola mediante pruebas de inhibición del crecimiento micelial, ensayos de antibiosis y análisis de supresión de la esporulación in vitro. Los agentes químicos y los antifúngicos naturales mostraron inhibición del crecimiento micelial, mientras que Bacillus amyloliquefaciens y Bacillus mojavensis exhibieron un fuerte antagonismo por antibiosis y una rápida colonización superficial, impidiendo la germinación de esporas. Estos resultados revelan que cepas específicas de Bacillus pueden suprimir la expansión del patógeno sin depender exclusivamente de la actividad fungicida, lo que representa una solución prometedora para una silvicultura sostenible en contextos donde los tratamientos químicos están restringidos o incluso prohibidos. Objetivo 3. Se evaluaron los agentes más eficaces del cribado in vitro en ensayos controlados en invernadero sobre plántulas de Q. suber. Tras una inoculación estandarizada con siete cepas de D. corticola, se aplicaron soluciones de los tratamientos: penconazol, belthanol, aceite de clavo, vainillina, Bacillus amyloliquefaciens y mezcla de B. amyloliquefaciens y B. mojavensis. Varios de los tratamientos probados redujeron significativamente la incidencia de síntomas y la mortalidad de las plántulas respecto de los controles con el hongo como única manipulación experimental, manteniendo una mayor estabilidad fisiológica según los modelos ajustados. Estos resultados en invernadero corroboran que tanto determinados productos sintéticos como los antagonistas basados en Bacillus spp. pueden limitar el desarrollo del escaldado en condiciones controladas, aportando evidencia sólida para su uso preventivo en vivero y en fases tempranas de regeneración, y estableciendo un puente riguroso entre la eficacia in vitro y el rendimiento in planta. Objetivo 4. Se caracterizaron las comunidades fúngicas y bacterianas de los tejidos subcorticales mediante metabarcoding (ITS y 16S rRNA). Se muestrearon tejidos sanos, sintomáticos y necróticos en tronco de arbolado maduro en masas corcheras. Los análisis de la comunidad muestreada revelaron ensamblajes endofíticos fúngicos y bacterianos estructurados en los tejidos sanos, mientras que los tejidos enfermos mostraron una composición alterada y un desplazamiento hacia taxones asociados al estrés. Se detectaron miembros latentes de la familia Botryosphaeriaceae en tejidos asintomáticos, lo que apoya su probable naturaleza endófita. La pérdida de estabilidad de la comunidad, más que la mera presencia del patógeno pareció acompañar a la enfermedad. El estudio identificó asimismo endófitos beneficiosos y especies de Bacillus asociadas a tejidos sanos, lo que sugiere que la resiliencia mediada por el microbioma podría aprovecharse para el control biológico y la detección temprana del decaimiento.

  • català

    L’alzina surera (Quercus suber) configura un sistema forestal–agrosilvopastoral únic que sosté una productivitat no fustera a llarg termini a l’oest de la conca mediterrània. Tanmateix, en les darreres dècades, la sostenibilitat d’aquest sistema s’ha vist amenaçada per un declivi progressiu associat a l’estrès climàtic i a la infecció per Diplodia corticola, agent causal del xancre de Botryosphaeria. Aquest patogen envaeix els teixits de floema i càmbium a través de les ferides produïdes al extreure el suro, fet que en compromet la regeneració, redueix la vitalitat de l’arbre i la qualitat del suro al llarg de diversos cicles de producció. Tot i que el patogen és àmpliament distribuït, persisteixen buits de coneixement sobre (i) les condicions climàtiques que afavoreixen la presència d’inòcul aeri, (ii) estratègies preventives eficaces i tractaments potencials compatibles amb una gestió forestal sostenible i (iii) la contribució ecològica de les comunitats endòfites fúngiques i bacterianes a la supressió o susceptibilitat a la malaltia en arbrat madur. Per abordar aquests buits, aquesta tesi doctoral integra seguiment epidemiològic, assaigs de laboratori, experimentació en hivernacle i caracterització del microbioma mitjançant metabarcoding. En conjunt, aquests enfocaments complementaris pretenen millorar la gestió sanitària del xancre de Botryosphaeria en masses productives d’alzina surera. Objectiu 1. Analitzar la relació entre microclima, moment de la extracció del suro i disponibilitat d’inòcul. S'ha monitoritzat contínuament els conidis aeris de D. corticola durant la temporada de pelada utilitzant trampes de espores semi-passives instal·lades en plantacions productives. Les dades meteorològiques es van registrar simultàniament. Els resultats mostren que l’inòcul aeri de D. corticola està present durant tota la temporada de collita de suro, però augmenta bruscament sota una alta humitat relativa. La humitat va a actuar com el factor explicatiu més potent de l’abundància de conidis, amb pics d’espores durant les nits humides i després d’episodis de pluja. Aquests resultats posen de manifest que, fins i tot en absència d’esquitxos de pluja, la humitat elevada però sí sola permet l’alliberament i la disponibilitat d’espores. Aquest objectiu aporta la primera evidència quantitativa que les “finestres d’humitat” defineixen períodes d’alt risc d’infecció, oferint una eina de suport a la decisió perquè els gestors forestals ajustin el moment de la extracciói minimitzin la probabilitat d’infecció. Objectiu 2. Avalua, en condicions controlades de laboratori, estratègies preventives i tractaments potencials. Es van assajar fungicides sintètics, agents antifúngics naturals i agents de control biològic basats en Bacillus contra D. corticola mitjançant proves d’inhibició del creixement micelial, assaigs d’antibiosi i anàlisis de supressió de l’esporulació. Els agents químics i els antifúngics naturals van a mostrar una inhibició consistent del creixement micelial, mentre que Bacillus amyloliquefaciens i Bacillus mojavensis van a exhibir un antagonisme intens per antibiosi i una colonització superficial ràpida, impedint la germinació dels conidis. Aquests resultats revelen que soques específiques de Bacillus poden suprimir el patogen sense dependre exclusivament de l’activitat fungicida, i representen una solució prometedora per a una silvicultura sostenible en contextos on els tractaments químics estan restringits. Objectiu 3. Avaluar els a agents més eficaços del cribratge in vitro en assaigs controlats d’hivernacle (in planta) sobre plançons de Q. suber. Després d’una inoculació estandarditzada amb set soques de D. corticola, es van a aplicar solucions de tractament penconazol, belthanol, oli de clau, vainillina, Bacillus amyloliquefaciens i la mescla B. amyloliquefaciens + B. mojavensis. En un disseny experimental ampli (n = 470), diversos tractaments van produir reduccions significatives de la incidència de símptomes i de la mortalitat dels plançons en relació amb els controls amb només el fong, mantenint una estabilitat fisiològica superior segons models lineals generalitzats amb comparacions post hoc de Tukey HSD. Aquests resultats en hivernacle corroboren que tant determinats productes sintètics com els antagonistes basats en Bacillus poden limitar el desenvolupament del xancre en condicions controlades, aportant evidència sòlida per al seu ús preventiu en vivers i en fases primerenques de regeneració, i establint un pont rigorós entre l’eficàcia in vitro i el rendiment in planta. Objectiu 4. Caracteritzar les comunitats fúngiques i bacterianes dels teixits subcorticals mitjançant metabarcoding d’alta capacitat (ITS i 16S rRNA). Es van mostrejar teixits sans, simptomàtics i necròtics en tronc d’arbrat madur en masses sureres. Les anàlisis comunitàries van a revelar conjunts endòfits fúngics i bacterians estructurats en els teixits sans, mentre que els teixits malalts mostraven una composició alterada i un desplaçament cap a taxons associats a l’estrès. Es van a detectar membres latents de Botryosphaeriaceae en teixits asimptomàtics, la qual cosa recolza la seva naturalesa endòfita. La pèrdua d’estabilitat comunitària, més que no pas la mera presència del patogen, va a semblar acompanyar la malaltia. L’estudi identifica endòfits beneficiosos i espècies de Bacillus associades a teixits més sans, suggerint que la resiliència mediada pel microbioma es podria aprofitar per al control biològic i la detecció precoç del declivi.

  • English

    Cork oak (Quercus suber) forms a unique agrosilvopastoral system that supports long-term timber independent productivity across the western Mediterranean Basin. However, during recent decades, the sustainability of this system has become threatened by a progressive decline associated with climate-driven stress and infection by Diplodia corticola, the causal agent of Botryosphaeria canker. This pathogen invades phloem and cambial tissues through debarking wounds, impairing cork regeneration and reducing tree vitality and cork quality for multiple production cycles. Although the pathogen is widely distributed, knowledge gaps remain unclear regarding (i) climatic conditions that favour the presence of airborne inoculum, (ii) effective preventive control strategies and potential treatments compatible with sustainable forest management, and (iii) the ecological contribution of endophytic fungal and bacterial communities to disease suppression or susceptibility in mature trees. Here, we demonstrate that D. corticola inoculum occurs both as airborne propagules and as an endophyte within cork oak tissues, and we evaluate the contribution of both pathways to disease establishment. To address these gaps, this doctoral thesis integrates epidemiological monitoring, laboratory assays, greenhouse experimentation, and metabarcoding-based microbiome characterization. Together, these complementary approaches aim to improve the sanitary management of Botryosphaeria canker in cork oak productive stands. Objective 1. analyses the relationship between microclimate, harvest timing, and inoculum availability. Airborne conidia of D. corticola were continuously monitored during the debarking season using semi-passive spore traps installed in productive stands. Meteorological data were recorded simultaneously. Results show that airborne inoculum of D. corticola is present throughout the cork harvest season but increases sharply under high relative humidity. Humidity acted as the strongest explanatory factor of conidial abundance, with spore peaks occurring during humid nights and following rainfall events. These findings highlight that even in the absence of rain splash, high humidity alone permits spore liberation and availability. This objective provides the first quantitative evidence that “humidity windows” define periods of elevated infection risk, offering a decision-support tool for forest managers to adjust harvest timing to minimize infection likelihood. Objective 2. evaluates preventive control and potential treatment strategies under controlled laboratory conditions. Synthetic fungicides, natural anti-fungal agents and Bacillus-based biological control agents were tested against D. corticola using mycelial growth inhibition assays, antibiosis tests, and sporulation suppression analyses. Chemical based and natural anti-fungal agents showed consistent inhibition of mycelial growth, while Bacillus amyloliquefaciens and Bacillus mojavensis exhibited strong antagonism through antibiosis and rapid surface colonization, preventing conidial germination. These results reveal that specific Bacillus strains have the capacity to suppress the pathogen without relying solely on fungicidal activity, representing a promising solution for sustainable forestry where chemical treatments are restricted. Objective 3. evaluated the most effective agents from the in vitro screen in controlled greenhouse (in planta) assays on Q. suber seedlings. Following standardized inoculation with seven D. corticola strains, treatment solutions—penconazole, belthanol, clove oil, vanillin, Bacillus amyloliquefaciens, and the mixture B. amyloliquefaciens and B. mojavensis were used. Across a substantial experimental design (n = 470), several treatments produced significant reductions in symptom incidence and seedling mortality relative to fungus-only controls, while maintaining higher physiological stability, as determined by generalized linear models with Tukey HSD post hoc comparisons. These greenhouse outcomes substantiate that both selected synthetic products and Bacillus-based antagonists can limit canker development under controlled conditions, providing robust evidence for preventive use in nursery production and early regeneration, and establishing a rigorous bridge from in vitro efficacy to in planta performance. Objective 4. characterizes the fungal and bacterial communities of subcortical tissues using high throughput metabarcoding (ITS and 16S rRNA). Samples were obtained from healthy, symptomatic, and necrotic tissues in the trunk of mature trees in cork oak stands. Community analyses revealed structured fungal and bacterial endophyte assemblages in healthy tissues, whereas diseased tissues displayed altered community composition and a shift toward stress-associated taxa. Latent members of Botryosphaeriaceae were detected in asymptomatic tissues, supporting their endophytic nature. Loss of community stability, rather than the mere presence of the pathogen, appeared to accompany disease. The study identifies beneficial endophytes and Bacillus spp. associated with healthier tissues, suggesting that microbiome-mediated resilience may be leveraged for biological control and early detection of decline.