Estudios sobre la capacidad adaptativa de Ranularia collo-cygni, agente causal del salpicado necrótico de la cebada (Hordeum vulgare L.): variabilidad genética, sensibilidad de aislamientos ante activos fungitóxicos y período de susceptibilidad del cultivo

Abstract

El salpicado necrótico de la cebada (SNC) causado por el hongo Ramularia collo-cygni (Rcc) se ha convertido en una amenaza para la producción de cebada en Argentina y el mundo provocando pérdidas en rendimiento y calidad de grano. Características del patógeno como un largo período de latencia, numerosas regiones transposónicas y capacidad de infectar hospedantes alternativos le facilitan adaptarse a cambios ambientales y/o medidas de control como los fungicidas dando cuenta de su alto potencial evolutivo. Las actividades desarrolladas en esta tesis fueron: a) caracterizar la diversidad genética y la estructura de la población de Rcc de Argentina, en comparación con dos poblaciones europeas, b) estudiar los niveles de sensibilidad de aislamientos de Rcc a los fungicidas más utilizados en Argentina y determinar la presencia o ausencia de mutaciones genéticas específicas asociadas; c) establecer un período óptimo de protección (PP) de la cebada con fungicidas; d) cuantificar el impacto del SNC en el rendimiento y calidad física del grano, y e) establecer la asociación entre algunas condiciones ambientales y los niveles de SNC para el diseño de modelos de predicción y estrategias de protección eficientes. Se realizó un análisis genético en aislamientos escoceses (n=60), checos (n=30) y argentinos (n=21) con diez marcadores SSR específicos para Rcc. Se estimaron diferentes parámetros: riqueza genotípica, diversidad, desequilibrio de ligamiento, nivel de asociación y diferenciación geográfica. La población argentina de Rcc presentó menor diversidad genética (moderada) y mayor nivel de estructuración y número de aislamientos clonales que las poblaciones europeas. En todas las poblaciones se observó evidencia de reproducción sexual. La diferenciación significativa (PDjost< 0.001) a escala de población y región/continente sugiere la ocurrencia de un cuello de botella genético en la entrada de Rcc a Argentina (por semilla) y que esta población podría estar aún en un estado de establecimiento/emergencia. Mediante un ensayo de sensibilidad y secuenciación de genes cytb, cyp51 y sdh en aislamientos argentinos se determinó la alta ocurrencia de haplotipos resistentes a estrobilurinas (G143A) y en menor medida la ocurrencia de mutaciones relacionadas a reducciones de sensibilidad a triazoles (Y403S/C y G404D) y carboxamidas (N87S y H266Ll). Encontramos seis haplotipos que podrían demostrar que Rcc se está adaptando potencialmente a los fungicidas. En ensayos de campo (n=8) se determinó que el PP comienza desde la etapa de encañazón (Z33) hasta aristas visibles (Z47) proponiendo el estado de hoja bandera (Z39) como el momento más eficiente de control del SNC y que las pérdidas de rendimiento (16%) se dieron por mermas en el peso de grano (8.7%) y el calibre (20%). Se propusieron cuatro posibles modelos de pronóstico basados en la temperatura promedio acumulada en las etapas de macollaje y encañazón, en combinación con el número de días de agua disponible, número de días con exceso de agua, duración de la humedad foliar o lluvia acumulada durante Z21 hasta Z39.

Ramularia Leaf Spot (RLS) caused by the fungus Ramularia collo-cygni (Rcc) has become a threat to barley production in Argentina and the world, causing losses in grain yield and quality. Characteristics of the pathogen such as a long latency period, numerous transposonic regions and the ability to infect alternative hosts might lead to a rapid adaptation to environmental changes and/or control measures such as fungicides showing its high evolutionary potential. The objectives of this thesis were: a) to study the genetic diversity and structure of the Rcc population in Argentina and in comparison to two European populations, b) study the impact of specific gene mutations on the sensitivity levels of Rcc isolates to the most widely used fungicides in Argentina; c) to establish fungicides application strategies with optimal protection period (PP) to control RLS ; d) to quantify the impact of RLS on grain yield and physical quality and e) establish the association between environmental conditions and RLS levels to design prediction models. Genetic analysis was performed on Scottish (n=60), Czech (n=30), and Argentinian (n=21) isolates with ten Rcc-specific SSR markers. Different parameters were estimated: genotypic richness, diversity, linkage disequilibrium, level of association and geographic differentiation. The Argentinian population of Rcc had lower genetic diversity (moderate) and higher level of structuring and number of clonal isolates than the European populations. Evidence of sexual reproduction was observed in all populations. The significant differentiation (PDjost<0.001) at the population and region/continent scale suggests the occurrence of a genetic bottleneck in the entry of Rcc to Argentina (by seed) and that this population could still be in a state of establishment/emergence. Based on a sensitivity assay and sequencing of cytb, cyp51 and sdh genes in Argentinian isolates, we observed high occurrence of haplotypes resistant to strobilurins (G143A) and, to a lesser extent, the occurrence of mutations related to reduced sensitivity to triazoles and carboxamides. We found six haplotypes that provide evidence that Rcc is potentially adapting to fungicides. In field trials (n=8) it was determined that the PP starts from the third detected node at the stem elongation stage (GS33) to the awns-peeping stage (GS47), proposing the flag leaf stage (GS39) as the most efficient spraying time for RLS control. Maximum grain yield losses caused by RLS were up to 16%, and were obtained by grain weight (8.7%) and plumpness (20%) losses. We proposed four possible forecast models based on the average temperature accumulated during tillering and elongation stages in combination with the number of days with available water in the soil, number of days with water excess, duration of leaf wetness or accumulated rainfall during GS21 until GS39.