Sobre la mancha púrpura de la semilla de la soja: naturaleza de su etiología y diversidad

Abstract

La mancha púrpura de la semilla de la soja (MPSS) es una enfermedad fúngica distribuida en todas las regiones productoras de este cultivo a escala global. Se ha señalado al hongo Cercospora kikuchii como agente etiológico único de esta patología.Se exploran aquí las consecuencias del encuentro entre ese agente etiológico, genéticamente muy variable y de larga historia evolutiva, y la soja, cultivo de base genética muy estrecha y reciente expansión en todo el mundo. Para ésto se evaluaron las relaciones genéticas y genealógicas entre aislamientos tentativamente identificados como C. kikuchii de las principales regiones sojeras de Sudamérica. El análisis filogenético se expandió para evaluar la relación con especies provenientes de otros hospederos y geografías. Se obtuvieron aislamientos fúngicos de Argentina, Brasil y, complementariamente, del Estado de Arkansas (EEUU). El análisis estuvo basado en la información de secuencias nucelotídicas de hasta siete loci (seis nucleares y uno mitocondrial), con la que se confeccionaron diversos conjuntos de datos, acorde a los objetivos específicos de cada estudio. Las relaciones genealógicas se infirieron utilizando algoritmos de análisis de redes, de análisis discriminante de componentes principales y filogenias bayesianas. Las relaciones genéticas entre aislamientos fueron evaluadas con varias pruebas de recombinación. La cohesión interna de los grupos se evaluó mediante algoritmos bayesianos de delimitación de especies. Se caracterizó también la abundancia relativa de especies en diferentes países, regiones fitogeográficas y provincias. El análisis molecular de la varianza permitió estimar la estructura genética en diferentes escalas espaciales. Se establecieron gráficamente haplogrupos tomando como base los haplotipos discriminados. El alto nivel de diversidad haplotípica aparece organizado en 4 grupos (linajes) claramente diferenciados. Las topologías reticuladas fueron evidentes, sugiriendo conflicto de caracteres entre esos grupos. Se validaron 12 eventos de intercambio (intra e inter-locus) de un total de 67 haplotipos analizados, aún con umbrales altamente astringentes. El análisis filogenético mostró que esos linajes exhiben una relación monofilética con al menos 5 de las 70 especies de Cercospora reportadas, logrando su identificación tentativa. Se corroboró que, pese al flujo génico entre linajes, los reservorios génicos de esas especies son internamente coherentes. De todo esto se sigue que los eventos de intercambio detectados resultan de eventos de transferencia génica horizontal (TGH) entre especies. Este fenómeno jugaría así un rol importante en la evolución y epidemiología de los fitopatógenos en estudio. Se observó también una gran variación genética entre especies, así como una distribución heterogénea de las especies entre las regiones consideradas. La colonización de la soja por parte de los diversos patógenos fúngicos (nombrados como: Cercospora sp. Q, Cercospora sp. H, C. cf. sigesbeckieae, C. cf. flagelaris) se explicaría entonces por su capacidad polifágica oportunista, al acceder desde la vegetación lindante a los lotes. Por otra parte, C. kikuchii sería un patógeno específico del género Glycine. El nivel de intercambio genético entre especies registrado muestra que los agentes causales de la MPSS constituyen un singameón ó una multiespecie. Los resultados tienen implicancia en la comprensión de los desafíos que la situación epidemiológica acarrea en el desarrollo de fungicidas, el mejoramiento y la producción de soja, los cuales parecen ser mucho más serios de lo que hasta ahora se anticipaba.

Soybean purple seed stain (SPSS) is a destructive, worldwide distributed fungal disease. It has been traditionally considered that its sole etiological agent is a cercosporoid fungus, Cercospora kikuchii. This work aims at shedding light on the causes and consequences of the clash between an extremely variable, ancient organism such as the causal agent of the SPSS and a recently arrived, narrow-based crop species such as the soybean. With this goal in mind, we explore the genealogical and genetic relationships within this cercosporoid fungus in the main soybean producing areas in South America. We further explore the phylogenetic relationships amongst the Southamerican lineages with other Cercospora species previously reported. Fungal isolates were obtained from Argentina and Brazil and, complementarily, from the State of Arkansas (US). DNA sequences were obtained for seven loci across the collection of isolates. Relationships amongst isolates were evaluated through Bayesian phylogenetic inferences, distance network analyses and discriminant analyses. The occurrence of genetic exchange was tested with different recombination tests. The high haplotype diversity was arranged into four haplogroups. Reticulate network topologies were evident and 12 inter-lineage exchange events were validated by at least four tests each, with highly stringent acceptance thresholds. Bayesian phylogenetic analyses have shown that such haplogroups formed monophyletic clusters with at least five out of the seventy Cercospora species previously reported. Bayesian species delimitation indicated that, despite the high frequency of genetic exchange herein detected (12 out of 67 haplotypes), the genetic reservoirs for these species are internally coherent. Such body of evidence indicates that the occurrence of genetic exchange is due to horizontal gene transfer (HGT) across species boundaries, rather than intra-specific recombination. This constitutes the first report of HGT in the genus Cercospora. Reticulate evolution appears therefore to play a significant role in the evolutionary and epidemiological dynamics of Cercospora species in the region. Soybean has thus been opportunistically colonized by different pathogens (mentioned as Cercospora sp. Q, Cercospora sp. H, C. cf. sigesbeckieae, C. cf. flagelaris) with polyphagic ability; C. kikuchii, on the other hand, seems to be a specific pathogen for the genus Glycine. Such species are further distributed in a heterogeneous fashion in the sampled areas. A great deal of inter-specific genetic variation was also recorded, as well as a heterogeneous distribution of those species across the regions considered. The occurrence of interspecific recombination and a heterogeneous species distribution have implications for the understanding of epidemiological threats and challenges to fungicide development, soybean breeding and production, which appear to be far more serious than previously anticipated.