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UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Tema III – Los agentes causales de las enfermedades: Virus Vegetales Introducción Los virus son nucleoproteínas demasiados pequeñas como para poder observarlos en el microscopio óptico, se propagan sólo en el interior de células vivas, parasitándolas y tienen la capacidad de producir enfermedades en las plantas, animales e incluso en los humanos. Son biótrofos, es decir, dependen de la maquinaria celular de sus hospedantes para multiplicarse. No son capaces de producir o almacenar energía y no cuentan con los mecanismos moleculares para multiplicarse fuera de su hospedante. No forma estructuras reproductoras especializadas, pero se propagan al inducir a las células hospedantes a que formen más partículas virales. Los virus no producen enfermedades mediante el consumo de células o matándolas con toxinas, sino utilizando las sustancias celulares, ocupando espacios libres en las células y alterando los componentes y procesos de ellas, que a su vez alteran el metabolismo y hacen que produzcan sustancias anormales y generen condiciones que influyen negativamente sobre las funciones y vida de la célula del organismo. Los virus causan muchas e importantes enfermedades vegetales y son responsables por pérdidas en el rendimiento y la calidad de los cultivos en todas partes del mundo. Morfología Los virus vegetales tienen diferentes formas y tamaños. Pueden ser alargados (rígidos o flexuosos) o isométricos (o esféricos). o Alargado: son particulas mucho más largas que anchas, presentan un canal central. Pueden ser o rígidos, Tobacco mosaic virus, del genero Tobamovirus. o flexuoso: Potato virusY del genero Potyvirus, Sugarcane mosaic virus o Baciliformes: particulas bastoniformes con los extremos redondeados. Cacao swollen shoot virus, genero Badnavirus. o Isométrico: aparentemente esféricos y alrededor de 18 nm de diametro. Tobacco necrosis virus, cowpea chlorotic mosaic virus o Geminados: partículas gemelas. Pertenecen a la familia Geminiviridae, ampliamente distribuida sobre todo en regiones tropicales. Maize streak virus, del genero Mastrevirus. o Isométrico cubierto: Tomato spotted wilt virus de género Tospovirus Algunos virus vegetales tienen el genoma dividido en dos o más partículas de diferente tamaño pero con idéntica secuencia de proteínas en su cápsula. (Virus multipartícula) Ej alfalfa mosaic virus Fig. 1: Varias formas de los virus observadas al ME. (A) Forma de varilla (tobacco mosaic virus) (B) filamentos flexuosos (sugarcane mosaic virus) (C) Isometricos (cowpea chlorotic mottle virus) (D) Bacilliformes (broccoli necrotic yellows virus) (E) distintas formas y tamaño del alfalfa mosaic virus. (Agrios, 2005) UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva La superficie, tanto de los virus alargados como de los esféricos, consta de un número definido de subunidades proteínicas que se encuentran distribuidas en espiral en los virus alargados y agrupadas a los costados de las partículas poliédricas de los virus esféricos. Los rhabdovirus, los virus del enanismo amarillo de la papa, del amarillamiento necrótico de la lechuga, entre otros, están constituidos por una envoltura externa o membrana que presentan protuberancias en su superficie. En el interior de esta se encuentran la nucleocápside, que consta de ácido nucleico dispuesto helicoidalmente y subunidades proteínicas asociadas a él. Fig. 2: Forma, tamaño y estructuras relativas de algunos virus fitopatógenos. (A) virus alargado en forma de filamento flexuoso. (B) virus en forma de varilla rígida. (B-1) disposición lateral de las subunidades proteínicas (PS) y el ácido nucleico (NA) en los virus A y B. (B-2) corte transversal de esos mismos virus. HC: núcleo hueco. (C) virus baciliforme. (C-1) corte transversal de dicho virus. (D) virus poliédrico. (D-1) virus poliédrico (isocaédrico) representado por 20 caras de las subunidades proteínicas. (E) Geminivirus constituido por partículas gemelas. (Agrios, 2005) Composición Los virus o virión, consta básicamente de una parte central compuesta por un ácido nucleico (4 – 40%) encasillado en una proteína de recubrimiento llamada cápside (60 – 95%), constituida a su vez, por un número de subunidades repetitivas más pequeñas, denominadas capsómeros. Algunos pueden presentar enzimas (transcriptasas, de transporte,) o membrana lipídica en el caso de los virus cubiertos o envueltos. El ácido nucleico, portador de la información genética, controla la síntesis de las proteínas y codifica la forma en que los distintos aminoácidos deben interconectarse en el polipéptido. El ácido nucleico en la mayoría de los virus vegetales es ARN. La proteína viral por sí sola, carece de virulencia. En cambio el ácido extraído de la partícula viral, sin la cápside, cuando se lo combina con una proteína celular con afinidades específicas hacia el virus, es capaz de reconstruir la partícula con sus características infecciosas. La función principal de la proteína en los virus, parece ser la de recubrimiento, protección y ayuda en todo el proceso biológico, pero además establece la especificidad antigénica del virus que le dio origen, lo cual tiene un papel importante desde el punto de vista práctico para el diagnóstico y reconocimiento de razas relacionadas; y además le da a la partícula viral forma y dimensión. Virus satélites y ARNs satélites. Además de los virus comunes, existen otros patógenos parecidos a los virus que causan enfermedades en las plantas. Uno de ellos se denomina virus satélites y están asociados a ciertos UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva virus, pero dependen de ellos para propagarse e infectar a las plantas y, además, reducen la capacidad de los virus comunes para multiplicarse y causar enfermedad, es decir, actúan como parásitos de los virus comunes con los que se asocian. El otro patógeno es el ARNs saltélite, que son pequeñas moléculas de ARN lineal que existen en los viriones de ciertos virus multipartículas. Puede estar relacionado al ARN del virus o de la planta hospedante, y en general, atenúan los efectos de las infecciones virales y quizás representan una respuesta defensiva del hospedante a la infección. Infección viral y síntesis viral Los virus que infectan a las plantas penetran en la célula vegetal solo a través de heridas hechas mecánicamente o por ciertos vectores en la cutícula u en la membrana celular, o bien cuando un grano de polen infectado se deposita en el óvulo. El ácido nucleico (ARN) del virus pierde primero su cubierta proteínica. Luego induce a la célula a sintetizar enzimas ARN polimerasas (ARN sintetasas o replicasas). Estas enzimas en presencia del ARN viral que sirve como molde, sintetizan más ARN. El primer nuevo ARN sintetizado nos es viral, sino una imagen especular, y a medida que se sintetiza se une temporalmente a la cadena del ARN viral, formando una un ARN de doble cadena. Al poco tiempo esta se separa y forma el ARN del virus original y la cadena especular (-), sirviendo esta última como molde para la síntesis de ARN (+) de más virus. Fig. 3: representación esquemática de la replicación del ARN viral. (Agrios, 2005) Los virus que cuentan con dos o más tamaños de partículas, todas ellas deben estar presentes en la misma célula para que el virus se pueda replicar e iniciar el proceso infectivo. En los rhabdovirus que cuentan con una cadena –RNA (no infecciosas), esta debe ser transcripta a +RNA por medio de la enzima transcriptasa que lleva el mismo virus para iniciar el proceso de replicación del virus. En los virus isométricos de doble cadena de ARN, el ARN esta segmentado dentro del mismo virusy es no infeccioso; y depende para su replicación de la transcriptasa que lleva el virus. En los virus con dsADN, el ADN ingresa al núcleo de la célula, donde se enrolla y forma como un minicromosoma. Allí se forman dos cadenas simples de ARN: la corta pasa al citoplasma donde es UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva traducida para formar las proteínas y la larga, que también va al citoplasma, se encapsula y recubre de una cubierta proteica y es usada para una trascripción reversa; este forma de replicación aun no es muy conocida. Tan pronto como el ácido nucleico es producido, parte de él se convierte en ARN mensajero, y en ribosomas en presencia de aa, codifica las proteínas de la capsula viral. Todos los virus deben formar al menos tres tipos de proteínas: proteínas de replicación esenciales para la producción de ácidos nucleicos, proteínas estructurales que conforman la cubierta proteica y otros componentes de los viriones, y proteínas de movimiento que sirven de intermediarias en el transporte de los virus entre las células vegetales. Las proteínas de replicación viral se combinan con las proteínas celulares para producir un complejo de proteínas que fabrican múltiples copias del genoma viral. Estos nuevos genomas interactúan con las proteínas estructurales para formar nuevos viriones. El ensamblaje de los viriones continúa en el citoplasma. En otros virus, por ejemplo de ADN de cadena simple, la síntesis del ácido nucleico y de la proteína del virus así como su ensamblaje en los viriones, parece realizarse en el núcleo celular, donde posteriormente son liberadas al citoplasma. Las partículas virales pueden están solas o en grupos, formando los llamados cuerpos de inclusión. Traslocación y distribución de los virus en las plantas Para que un virus infecte a una planta, primero debe pasar de una célula a otra a través de los plasmodesmos y propagarse en la mayoría de ellas en la que se mueve. Sin embargo, parece ser que los virus no se mueven a través de las células del parénquima a menos que la infecten y se propaguen en ellas, dando lugar a una invasión constante y directa de célula a célula. Este proceso es relativamente lento, variando entre una o varias horas. Para poder colonizar exitosamente toda la planta, el virus necesita ingresar al sistema vascular. El proceso de transporte sistémico o de larga distancia normalmente se da a través de los tubos cribosos del floema, donde los virus se mueven pasivamente con el flujo de fotosintatos. Este movimiento rápido se dirige a las zonas en activo crecimiento o a los órganos de reserva de la planta (tubérculos, rizomas). Una vez que se encuentra en el floema, los virus se distribuyen sistémicamente a toda la planta y reingresan a las células parenquimáticas adyacentes al floema, donde se multiplica y disemina moviéndose de célula a célula a través de los plasmodesmos. El tiempo entre la infección inicial de una o pocas células y la infección sistémica del hospedante varía entre unos pocos días a pocas semanas, dependiendo del virus, el hospedante y las condiciones ambientales. La distribución sistémica de algunos virus es bastante completa y puede abarcar todas las células vivas de una planta. Sin embargo, parece que algunos otros virus dejan segmentos de tejidos que están libres de ellos. Algunos invaden casi inmediatamente a los tejidos meristemáticos apicales recién formados, mientras que en otros casos las zonas de crecimiento de los tallos o de las raíces de las plantas afectadas aparentemente se encuentran libres de virus. La transmisión de un virus de una planta a otra completa el ciclo de vida del virus. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Fig. 4: Inoculación mecánica y primeras etapas de la distribución sistémica de los virus en las plantas. (Agrios, 2005) Síntomas causados por virus en las plantas El más común de observar como síntoma es una disminución de la tasa de crecimiento de la planta, lo cual causa varios grados de achaparramiento y enanismo en la planta, llevando a una disminución en su rendimiento total y un acortamiento en la vida de la planta. Los síntomas más visibles de las plantas infectadas son los que aparecen en el follaje; pero algunos virus también producen síntomas visibles sobre tallos, raíces y frutos con o sin desarrollo de síntomas en el follaje. De ahí que los síntomas producidos por los virus se denominen síntomas sistémicos, entre los más comunes están los mosaicos y las manchas anilladas. Síntomas menos frecuentes son achaparramiento, enanismos, enrollamiento foliar, amarillamiento, aplanamiento y deformación del tallo, entre otros. Fisiología de las plantas infectadas por virus En general, los virus hacen que disminuya la fotosíntesis de la planta al reducir el nivel de clorofila por hoja, la eficiencia que tiene esa molécula fotosintética y el área foliar por planta. Además disminuyen la cantidad de sustancias reguladoras del crecimiento (hormonas) de la planta, con frecuencia al inducir un aumento en las sustancias inhibidoras del crecimiento. Otro fenómeno que se observa es la disminución de nitrógeno soluble durante la rápida síntesis del virus, y en el caso de los mosaicos el nivel de carbohidratos en los tejidos de las plantas disminuye de forma drástica. En cuanto a la respiración de las plantas, esta aumenta inmediatamente después que ha sido infectada por el virus, manteniéndose en su nivel más alto, mientras que cuando han sido infectadas por otros virus dicho proceso es mucho menor que en las plantas sanas y aún más, con respecto a otros virus, puede volver a su nivel normal. Nomenclatura La nomenclatura de los virus que infectan a las plantas comúnmente se basa en los síntomas más notorios que produce sobre el primer hospedante en el que han sido estudiados. Ej. tobacco mosaic virus. Pero considerando la variabilidad de los síntomas causado el mismo virus en el mismo hospedante en diferentes condiciones climáticas, por diferentes razas de un mismo virus sobre el mismo hospedante, o el mismo virus sobre diferentes hospedantes, se propone para los virus una UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva nomenclatura binomial latinizada. Algunos virus están agrupados en Familias, otros aún no tiene asignada ninguna. Todos los virus pertenecen al Reino Virus. Dentro de este reino hay divisiones, virus de ADN y los virus de ARN. Dentro de esta división los virus son helicoidales o cúbicos (poliédricos). Dentro de cada subdivisión puede haber virus que tengan una o dos cadenas de ARN o ADN, que posean o carezcan de una membrana en torno a la cubierta proteínica, que tengan cierta simetría de la hélice en el caso de los virus helicoidales o una cierta cantidad de subunidades en los virus cúbicos (poliédricos), que difieran en tamaño y que posean cualquier otra propiedad física, química o biológica. Dentro de cada uno de estos grupos están los virus que pueden replicarse vía enzima polimerasa (virus ARN+ o DNA) o vía transcriptasa reversa (virus ARN- o ADN). Algunos virus son desnudos, otros cubiertos. Algunos virus contienen su genoma completo en una partícula (virus monopartícula) otros en varias (virus multipartículas). Estos son algunos de las características de las partículas virales tomadas en consideración para su clasificación. A continuación, se muestra un diagrama esquemático donde se observan los virus agrupados en familias según las características de su ácido nucleico. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Fig. 5: Diagrama esquemático de familias y géneros de virus y viroides (Agrios, 2005)En la figura siguiente, se esquematiza una clasificación de virus según las características de su ácido nucleico, las familias de virus, el género, la especie tipo y la forma de transmisión de los mismos. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Interacciones Planta-Virus En teoría, los virus pueden infectar todas las especies de plantas cultivadas y silvestres. Sin embargo, los rangos de hospedantes de cada virus son variables, pudiendo ser muy reducidos o muy amplios. Por ejemplo, el virus de la tristeza de los cítricos (Citrus tristeza virus) infecta solamente a pocas especies del género Citrus, mientras que el virus del mosaico del pepino (Cucumber mosaic virus) afecta a más de 1000 especies en 85 familias de plantas. La susceptibilidad o resistencia de las especies y cultivares vegetales a los virus está determinada principalmente por el genotipo del hospedante. Las plantas poseen mecanismos activos y pasivos para prevenir la infección viral. Las defensas pasivas se dan cuando la planta no produce uno o más de los factores requeridos para la reproducción del virus y su dispersión en el hospedante. Las defensas activas incluyen la detección y destrucción de células infectadas con el virus, y son producidas por genes de resistencia específicos en la planta. Normalmente, los genes de resistencia son efectivos solamente contra un virus en particular. Además, las plantas poseen un sistema general de defensa comparable con el sistema inmune animal. La principal diferencia entre ambos es que el sistema inmune animal actúa sobre las proteínas del patógeno, mientras que el sistema de defensa vegetal, conocido como silenciamiento por ARN (“RNA silencing”), detecta y degrada las moléculas de ARN viral. Dependiendo de la combinación virus - hospedante, y de las condiciones ambientales, la respuesta vegetal a una infección puede ser desde asintomática hasta enfermedad severa y muerte de la planta. En algunos casos, en el lugar de infección se desarrollan lesiones localizadas (pequeños puntos cloróticos y necróticos). En la mayoría de los casos, los virus se dispersan a través de toda la planta causando una infección sistémica. Los síntomas inducidos por los virus vegetales conllevan a una reducción de la calidad y rendimiento de los cultivos. La importancia de estas pérdidas queda demostrada por los tres siguientes ejemplos. En África, el virus del hinchamiento de los brotes del cacao (Cacao swollen shoot virus) causa, aproximadamente, pérdidas anuales de 50,000 toneladas de granos de cacao lo cual representa un valor estimado de $28 millones de dólares. En el sudeste asiático, la infección del arroz con el virus del tungro del arroz (Rice tungro virus) provoca una pérdida anual estimada de $1.5 billones de dólares. El virus de la peste negra del tomate (Tomato spotted wilt virus) infecta a una amplia variedad de plantas, incluyendo tomate, maní y tabaco y las pérdidas anuales mundiales estimadas debido a la infección por este virus rondan el $1 billón de dólares. El resultado final de la infección viral es una reducción en el crecimiento vegetal, disminución del rendimiento, menor calidad y pérdidas económicas para aquellos que trabajan en la producción vegetal. La mayoría de los síntomas inducidos por los virus pueden darse también debido a condiciones ambientales adversas y a enfermedades causadas por otros agentes fitopatógenos. Por esta razón, el correcto diagnóstico de enfermedades virales normalmente requiere de pruebas específicas de laboratorio. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Caracterización de las virosis La diagnosis de una enfermedad producida por virus involucra una serie de pruebas que conducen a caracterizar o identificar un virus. Entre esas pruebas se encuentran: 1) Síntomas Los virus provocan síntomas que son característicos. Entre los más comunes pueden citarse mosaico, moteado, cálico, diseños lineares, escoba de bruja, hipertrofia, hiperplasia, necrosis, etc. Algunos de estos síntomas pueden confundirse con los ocasionados por las deficiencias o excesos de nutrientes, fitotoxicidad, etc. 2) Rango de hospedantes Es el conjunto de hospedantes que pueden o no mostrar determinados síntomas al ser inoculados con un virus. La especificidad de un virus por determinadas especies vegetales o por variedades de la misma especie, asociado al tipo de síntoma producido, resultan muy útiles en la caracterización de los virus. Las plantas indicadoras, muy usadas en laboratorio, son aquellas que muestran en un lapso corto de tiempo, 3 a 5 días, síntomas tales como lesiones locales cloróticas (LLC) o lesiones locales necróticas (LLN), al ser inoculadas con un virus. Entre ellas se citan: Datura stramonium, Nicotiana tabacum var. turkish, Nicandra physaloides. 3) Propiedades del jugo infectivo. El jugo infectivo o jugo viroso es el extracto acuoso de tejido con síntomas virósicos que proviene de una planta enferma y contiene partículas virales. a) Punto de inactivación termal (PIT): es la máxima temperatura a la cual se somete el jugo virosico durante 10 minutos sin que pierda su infectividad. Ejemplo TMV 90-95ºC, CMV 45ºC. b) Punto final de dilución (PFD): es la máxima dilución a la que se somete el jugo infectivo sin que pierda su infectividad. Ejemplo el TMV es 1:1.000.000. c) Longevidad in Vitro (LiV): es el tiempo que ese jugo infectivo permanece inalterable a temperatura de laboratorio (20ºC). 4) Transmisión de virus Los virus que infectan a las plantas nunca o casi nunca, abandonan espontáneamente a las plantas. Por esta razón, no son diseminados por el viento o el agua, e incluso cuando son trasnportaos en la savia o en resto vegetales, en general no producen infecciones a menos que entren en contacto con los contenidos de una célula dañada. Sin embargo, son transmitidos de planta en planta mediante diversas formas como se detalla a continuación: Propagación vegetativa: cuando las plantas se multiplican a través de tubérculos, cormos, bulbos, rizomas, estacas, esquejes, cualquier virus presente en la planta madre se trasmite a la progenie; en otros casos en donde se realice la propagación mediante gemación o injerto, la presencia de un virus en la yema o el injerto puede resultar en una disminución apreciable en el éxito de las uniones de estos injertos o yema con el patrón. Transmisión mecánica, o por savia: ocurre cuando la savia de una planta enferma se pone en contacto con una planta sana. Puede suceder luego de un fuerte viento, que daña las hojas de las plantas sanas y las pone en contacto con las enfermas que también están dañadas. O bien cuando se producen heridas durante las prácticas culturales con herramientas o las manos. Ejemplos: potato virus X (PVX), tobacco mosaic virus (TMV); cucumber mosaic virus (CMV). La gran importancia de esta transmisión reside en su utilidad en laboratorio. Transmisión por semillas: más de 100 virus se trasmiten por semilla. Como regla general, una pequeña porción (1 – 30%) de semillas derivadas de plantas infectadas por virus solamente en algunos hospedantes son capaces de trasmitir el virus. En algunas combinaciones virus – hospedante, sin embargo, la mitad o más de las semillas llevan el virus. La frecuencia de la transmisión varia con la combinación virus – hospedante y con el grado de crecimiento de la planta madre cuando es infectada por el virus. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno MurilloIng. Agr. Luis Riva En la mayoría de los virus trasmitidos por semillas, éste parece venir primariamente desde el ovulo de las plantas infectadas, pero en algunos casos el virus puede provenir del polen con que se fertiliza el ovulo. En algunas combinaciones virus-hospedante, el virus es llevado en la parte interna del tegumento seminal y afecta a los plantines en el momento en que estos rompen la cubierta de la semilla. Por ejemplo en la soja el virus del mosaico (SMV) puede ser transmitido por casi el 100% de la semilla de las plantas infectadas y en melón 25-90% por el CMV (Cucumber mosaic virus). Transmisión por polen: los virus trasmitidos por polen pueden infectar no solo a las semillas y plantas que se desarrollan a partir de él, sino lo que es más importante, puede propagarse a través de la flor fecunda y descender hasta la planta madre, a la que infectan. Aunque la polinización de las flores con polen infectado puede redundar en una menor producción de frutos que los que se obtienen con polen libres de virus, la transmisión de este patógeno de planta en planta a través del polen es, al parecer, bastante rara o se produce no sólo en unos cuantos virus. Ej: prunus necrotic ring spot virus (PNRSV) en cerezo; Barley stripe mosaic virus, genus Hordeivirus. Cuando el crecimiento y desarrollo de la planta está afectado debido a condiciones ambientales poco favorables, se incrementa la cantidad de virus trasmitidos por semillas. Fig. 6: Transmisión a través de manipulación, contacto directo, semilla y polen. Transmisión por Ácaros: son transmisores altamente específicos, trasmiten determinados virus sobre determinados hospedantes. Los principales ácaros trasmisores de virus pertenecen a la Familia Eriophydae. Las partículas virales pueden observarse a nivel de glándulas salivales (estiletales) y de intestinos (circulativos). Ejemplo: Wheat streak mosaic virus (WSMV); Citrus Leprosis Virus. Transmisión por Nematodos: la transmisión se realiza por nematodos ectoparásitos de raíces que tienen un estilete con el cual perforan y extraen el contenido de las células epidérmicas. Luego de adquirir ese alimento, lo regurgita durante la fase inicial de alimentación en un hospedante sano. Los virus son trasmitidos por larvas y adultos. No pasan a través de los huevos o ecdisis. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Los principales géneros de nematodos trasmisores de virus son Trichodorus y Paratrichodorus que trasmiten virus alargados (tobacco rattle virus) y Longhidorus y Xiphimena que trasmiten virus poliédricos (grape fanleaf virus, tobacco ringspot virus) Transmisión por Plasmodiophorales: generalmente son hongos de suelo, parásitos obligados de las raíces de las plantas. Son trasmisores de virus los géneros Olpidium (puede trasmitir virus isométricos interna o externamente en sus zoosporas) y Polymixa, y Spongospora (transmiten virus alargados). Trasmiten virus de los géneros Benyvirus, Bymovirus, Furovirus, Pecluvirus y Pomovirus. Por ejemplo Polymixa graminis trasmite el Barley yellow mosaic virus. Transmisión a través de la cúscuta: al enroscarse los tallos de la planta parásita (cuscuta sp.) y de la planta hospedante, el virus se transmite desde los haces vasculares de la planta infectada por los haustorios de la cúscuta y después de traslocarse a través del floema, es introducido en la siguiente planta por los nuevos haustorios de la cuscuta que se forman al unirse a los haces vasculares de la planta inculada. Transmisión por insectos: los insectos representan el grupo más numeroso e importante de trasmisores de virus en la naturaleza. La importancia de los insectos en relación con los demás vectores está dada por características tales como: su aparato bucal y su hábito alimenticio que facilita la adquisición e inoculación de los virus en las plantas; el tipo de movilidad que les permite recorrer grandes distancias; su capacidad generar un gran número de individuos que forman grandes colonias en sus hospedantes. El orden Homopthera es el más importante incluyendo Aphididae, Cicadellidae (chicharritas), Delphacidae, Aleurodidae (moscas blancas), Coccoidae. Pocos insectos vectores de virus vegetales pertenecen a otros órdenes, tales como Hemiptera, Thysanoptera, Coleopthera, Orthoptera. Los vectores más importantes de virus son áfidos (Potyvirus, Cucumovirus y Luteovirus, ej. Mizus persicae es vector del PVY), chicharritas, trips (Tospovirus, ej. Thrips tabaci que trasmite el groungnut ringspot virus) y mosca blanca (Begomovirus, ej. bean golden mosaic virus). La relación virus y su vector está dada por una compatibilidad química entre la cubierta proteica del virus y la savia del insecto; puede ser efímera o duradera, y se clasifica en: No persistentes o estiletales: El virus es rápidamente absorbido por el insecto cuando éste se alimenta y llega solo hasta las glándulas salivales del vector, quién está en condiciones de trasmitirlo rápidamente. Los periodos de adquisición, incubación e inoculación, oscilan entre algunos segundos y unos pocos minutos. Por ejemplo potyvirus. Persistente: el virus es tomado por su vector y circula en el soma del insecto. Este necesita un tiempo prolongado de alimentación de la planta enferma para tomar el virus, que permanece mucho tiempo dentro de su vector y requiere tiempo largos para transmitirlo. Una vez ocurrido esto, el vector permanece virulifero varios días. Pueden ser circulativos (una vez adquirido, el virus atraviesa las paredes del tracto intestinal, llega a la hemolinfa y pasa a las glándulas salivales contaminado la saliva del insecto), o propagativos (el virus puede replicarse en su vector, quien lo transmite durante toda su vida; en algunos casos lo trasmite a su progenie a través de sus huevos -trasmisión transovariana-). Los virus trasmitidos en forma persistente, están limitados o asociados con el floema de sus hospedantes. En pocos casos son trasmitidos en forma mecánica. Semipersistentes: los tiempos de adquisición, retención e inoculación son intermedios entre los dos anteriores. El vector pierde su capacidad infectiva luego de la ecdisis. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva Periodo de Adquisición: es el lapso de tiempo necesario para que el vector adquiera el virus al alimentarse de una planta enferma. Periodo de incubación o latencia: es el lapso de tiempo comprendido entre el inicio de la adquisición hasta el momento en que el vector es capaz de trasmitirlo. Periodo de inoculación: es el lapso de tiempo que el vector necesita alimentarse para promover el pasaje del virus a la planta. Fig. 7: Insectos vectores de los virus fitopatógenos. 5) Serología: numerosas son las aplicaciones de la serología de los virus que afectan a las plantas. Puede utilizarse para determinar las relaciones que existen entre los virus, para identificar a un determinado virus, para detectar la presencia de variantes del virus y las infecciones asintomáticas que producen algunos de estos patógenos. además se pueden medir cuantitativamente a los virus, para detectar la presencia de un virus en el interior de un insecto y también para purificar a estas partículas infecciosas. 6) Microscopía electrónica: importante su uso para una correcta determinación de la partícula viral en la célula y su clasificación taxonómica. UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva ALGUNOS VIRUS PRESENTES EN SALTA AN Morfología Familia Género Especie Forma de transmisión ssARN (+) alargado rígido Virgaviridae Tobamovirus Tobacco mosaic virus mecánica Virgaviridae Tobravirus Tobacco rattle virusnematodos (Paratrichodorus, Trichodorus) Virgaviridae Hordeivirus Barley stripe mosaic virus semillas, polen alargado flexuoso Alphaflexiviridae Potexvirus Potato virus X mecánica Potyviridae Potyvirus Potato virus Y áfidos no persistente Potyviridae Potyvirus bean common mosaic virus áfidos, semillas Potyviridae Potyvirus Bean yellow mosaic virus áfidos, semillas Potyviridae Potyvirus soybean mosaic virus afidos Potyviridae Potyvirus Plum Pox virus áfidos Potyviridae Potyvirus Sugarcane mosaic virus áfidos no persistente Potyviridae Tritimovirus Wheat streak mosaic virus ácaros (adulto y ninfa de Aceria tuplipae) Potyvirus Bymovirus Barley yellow mosaic virus Plasmodiophorales ssARN (+) isométricas Secoviridae Nepovirus Grapevine fanleaf virus nematodos (Longidorus, Xiphimena) Bromoviridae Cucumovirus Cucumber mosaic virus mecánica, semilla Bromoviridae Ilarvirus Prunus necrotic ringspot virus polen Closteroviridae Closterovirus Citrus tristeza virus áfidos Bromoviridae Alfamovirus Alfalfa mosaic virus áfidos ssARn ( -) isométricos envueltos Bunyaviridae Tospovirus Groundnut ring spot virus trips Bunyaviridae Tospovirus Tomato spotted wilt virus trips ssARN (-) Baciliformes cortos Cilevirus Citrus leprosis virus C ácaros ssDNA isometricas apareadas Geminiviridae Begomovirus Bean golden mosaic virus mosca blanca dsADN isométricos Caulimoviridae Caulimovirus Cauliflower mosaic virus áfidos no persistentes, semipersistentes UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva VIROIDES Los viroides son ARNs infecciosos capaces de producir numerosas enfermedades vegetales de importancia económica. Estos patógenos son similares a algunos virus vegetales ya que su genoma contiene ARN, pero difieren de los virus de ARN en dos aspectos fundamentales: a) los viroides están compuestos de ARNs “desnudos”, es decir, no poseen cubierta proteica; b) los viroides no producen ningún tipo de proteínas cuando infectan a una célula vegetal, más allá de que estén formados por ARN. El genoma de los viroides es una molécula de ARN pequeña y circular que contiene entre 246 y 375 nucleótidos. Aunque los viroides no producen sus propias proteínas, son capaces de usar la maquinaria celular del hospedante para reproducir su propio ARN y moverse dentro de otras células para luego infectar a toda la planta. Son pequeñas moléculas constituidas por ARN de bajo peso molecular, capaces de infectar las células vegetales, multiplicarse en ellas y causar enfermedades. Diferencia con los virus: 1) El tamaño del ARN, que consta de 250 a 370 bases en los viroides comparados con los 4 a 20 kb de los virus; 2) No poseen proteínas ni lípidos y están constituidos por una cadena cíclica corta de ARN, que no codifica proteínas. 3) Carecen de actividad de ARN mensajero por lo que su estructura primaria y conformación tridimensional determinan sus propiedades biológicas (rango de hospedantes, capacidad patogénica) y moleculares (algunos contienen actividad riboenzimática en sus cadenas). 4) Se replican en forma autónoma, utilizando el sistema de transcripción de la célula susceptible. 5) Se encuentran casi exclusivamente en el núcleo de la célula infectada (potato spindle tuber viroid –PSTVd-) o en cloroplastos (avocado sunbloch viroid -ASPVd-). 6) Los mecanismos de infección están relacionados con la autocatálisis de su material genético. 7) Se replican, acumulan y expresan sus síntomas más eficientemente con temperaturas elevadas (30-33°C) e intensidades altas de luz. A pesar de ser muy pequeños, la importancia económica de los viroides puede resultar devastadora. Se estima que más de 30 millones de palmas cocoteras en las Filipinas han muerto como resultado de la enfermedad causada por el viroide cadang-cadang del cocotero (Coconut cadang-cadang viroid, CCCVd). Morfología El ARN es circular y de cadena simple, con bases apareadas en determinados lugares. Esto le da el aspecto de zonas con cadenas dobles y contribuye a la estabilidad del ácido nucleico. A partir de la forma de doble cadena, cada viroide consta de cinco regiones estructurales: a derecha y a izquierda una región terminal, una región patogénica, una región central bastante constante y una región variable. TL P C V TR El dominio P estaría relacionado con la patogenicidad; el V es la región de mayor variabilidad. El dominio C es el menos variable y contiene una región CCR altamente conservada entre los distintos viroides y que permite diferenciarlos en grupos. Las regiones terminales (TL y TR) podrían estar involucrados en los procesos de recombinación para generar nuevos viroides. Replicación Los viroides típicos se replican y se acumulan en el núcleo celular, particularmente relacionados con la cromatina y posiblemente con el sistema de endomembranas. http://es.wikipedia.org/wiki/Prote%C3%ADna http://es.wikipedia.org/wiki/L%C3%ADpido http://es.wikipedia.org/wiki/ARN http://es.wikipedia.org/wiki/Autocat%C3%A1lisis http://es.wikipedia.org/wiki/Gen%C3%A9tica UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva La forma de replicación de estos agentes no se conoce con exactitud. Diversos investigadores sugirieron que su replicación sigue un modelo denominado “círculo rodante” debido a la carencia de ARNm y la naturaleza circular del ARN viroidal. En este modelo la molécula circular positiva sirve como molde para sintetizar una cadena negativa oligomérica, es decir, con una longitud múltiplo de la unitaria. Por tratarse de un molde circular, la enzima ARN polimerasa (ARN dependiente) da más de una vuelta al mismo, de allí el nombre de rodante. El ARN oligomérico (-) sirve a su vez de molde para que sobre él se sintetice un oligómero (+) que a continuación es cortado en segmentos de longitud unitaria por una ARNasa y finalmente cerrado mediante una ARN ligasa, dando lugar a la misma especie molecular que inició el ciclo Taxonomía Está basada en la presencia (grupo PSTVd) o ausencia (grupo ASBVd) de la región central. Los ASBVd se replican en los cloroplastos mientras que los PSTVd lo hacen en el núcleo y los nucleolos. Ambos grupos están divididos en subgrupos dependiendo de las similitudes de la región central entre sus miembros. Se clasifican en: Avsunviroides o grupo ASBVd Familia Avsunviroidae, Tiene cuatro miembros, cuyas especies más conocidas son Avocado sunblotch viroid , Peach latent mosaic virus, Chrysanthemun chlorotic mottle viroid. Pospiviroides o grupo PSTVd Familia Pospiviroidae: que comprende el mayor número de viroides conocidos en vegetales a. subgrupo Pospiviroide: Potato spindle tuber viroid, Coconut cadang cadang viroid, Tomato planta macho viroid b. subgrupo Apscaviroide: Apple scar skin viroid, Citrus bent leaf viroid, Pear blister canker, Grapevine yellow speckle viroid viroid Viroides no asignados: Tomato chlorotic dwarf viroid, Apple fruit crinkle viroid Metabolismo de la planta enferma Los viroides interfieren en el metabolismo del hospedante de manera similar que los virus, pero su mecanismo no está claro. Se ha visto que el RNA viroide “in vitro” activa una enzima quinasa, la cual activa otras enzimas celulares mientras impide la iniciación de la síntesis proteica. Una raza de viroide que causa síntomas leves a severos activa la proteína quinasa más de 10 veces; es posible que esta activación represente el disparador de las secuencias de patogenicidad y del desarrollo de la enfermedad en la planta. Desde una perspectiva molecular, al no codificar proteínas, los efectos inducidos en el hospedante se derivarían de la interacción directa de su ARN con uno o más componentes celulares. Esta interacción primaria debeconducir, a través de una cadena de transducción de la señal, a la aparición de síntomas. Posibles eslabones de la misma podrían ser: a) Proteínas PR (relacionadas con la patogenicidad), fitohormonas (etileno y AIA), b) Metabolitos del tipo de las poliaminas, entre otros; c) Ciertas modificaciones en la composición de la pared celular sobre los arabinogalactanos, responsables de la elasticidad de la misma. Estas modificaciones explicarían, en parte, la limitada expansión de los tejidos infectados y el enanismo asociado a estas infecciones; d) Pérdida de las propiedades morfogénicas, en especial de la rizogénesis. Los síntomas que producen los viroides en sus hospedantes son similares a los ocasionados por los virus vegetales; y como ellos, pueden permanecer en estado de latencia. Transmisión Los viroides se diseminan de una planta a otra a través de propagación vegetativa, contaminación mecánica, por polen o por semilla. No tienen insectos u otros vectores conocidos, aunque parecen ser transportados por las piezas bucales o las patas de algunos insectos. Aparentemente sobreviven en la UNSa – FCN – Escuela de Agronomía Ciclo Lectivo 2021 Fitopatología Ing. Agr. Bruno Murillo Ing. Agr. Luis Riva naturaleza fuera del hospedante o en rastrojos por periodos de tiempo que varían desde minutos a pocos meses. Generalmente permanecen en plantas perennes. Son resistentes a las altas temperaturas y no se inactivan térmicamente por tratamiento con calor en las partes vegetales afectadas. Identificación Los protocolos de diagnóstico para los viroides se basan en ensayos biológicos, tales como la transmisión mecánica a plantas indicadoras que producen síntomas de utilidad diagnóstica, y en técnicas de detección basadas en el ARN del viroide. Las pruebas basadas en los ácidos nucleicos incluyen la electroforesis en gel para detectar el ARN del viroide, pruebas de hibridación de ácidos nucleicos y pruebas por la reacción en cadena de la polimerasa (PCR). Enfermedades Las enfermedades de plantas más importantes provocadas por viroides son: 1.- Enfermedades en hospedantes leñosos, entre otras pueden citarse: cadang-cadang del cocotero (Coconut cadang-cadang viroid –CCCVd-); moteado amarillo de la vid (Grapevine yellow speckle viroid –GYSVd-1 y GYSVd2-); exocotirs de los cítricos (Citrus exocortis viroid -CEVd-); cachexia-xyloporosis de los cítricos (variante del Hop stunt viroid –HSVd-); manchado solar del palto (avocado sunblocht viroid –ASVd-); piel cicatrizada de la manzana (Apple scar skin viroid –ASSVd-). 2.- En especies herbáceas se mencionan las siguientes: tubérculo fusiforme de la papa (Potato spindle tuber viroid –PSTVd-); enanismo del crisantemo (Chrysanthemun stunt viroid –CSVd-); moteado clorótico del crisantemo (Chrysanthemun chlorotic mottle viroid –CCMVd-); decoloración del fruto del pepino (Cucumber pale fruit viroid –CPFVd-); enanismo apical del tomate (Tomato apical stunt viriod –TASVd-); enanismo del lúpulo (Hop stunt viroid –HSVd-). Manejo El manejo de estas enfermedades está basado en: El uso de partes propagativas de plantas libres de viroides, La remoción y destrucción de las plantas afectadas por viroides, El lavado de manos o esterilización de herramientas después de manipular plantas afectadas con viroides y antes de trabajar con las sanas. No pueden ser inactivados por termoterapia ya que son capaces de resistir altas temperaturas. Bibliografía: Agrios, G.N. 2005. Plant Pathology. Ed. Limusa. Méjico. Bergamin Filho, A. y otros. 1995. Manual de Fitopatología. Ed. Agronómica Ceres Ltda. Sao Paolo. Brasil Fernández Valiela, M. 1999. Breve descripción de los virus y agentes similares que afectan a los cultivos agrícolas en la República Argentina. X jornadas Fitosanitarias Argentinas. Jujuy. Argentina. Fernández Valiela, M. 1995. Virus patógenos de las plantas y su control. Tomo 1 (4° edición). Academia Nacional de Agronomía y Veterinaria. Jauch, C. 1985. Patología Vegetal. Ed. El Ateneo. Buenos Aires. Argentina. Plant Viruses Online http://image.fs.uidaho.edu/vide/refs.htm http://www.ictvonline.org/virusTaxonomy.asp http://www.dpvweb.net/dpv/showdpv.php?dpvno= http://image.fs.uidaho.edu/vide/refs.htm http://www.ictvonline.org/virusTaxonomy.asp http://www.dpvweb.net/dpv/showdpv.php?dpvno
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