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Fusarium graminearum es considerado el principal agente causal de la Fusariosis de la espiga de trigo (FET) en Argentina. Se trata de una enfermedad de infección floral, que se presenta esporádicamente y es dependiente de las condiciones ambientales; especialmente de la alta humedad relativa y de las temperaturas medias. Produce pérdidas de rendimiento y también afecta la calidad comercial y panadera, por la presencia de micotoxinas, fundamentalmente tricotecenos del tipo B. En este estudio se evaluó una población de 120 RILs, 2 parentales (ProINTA Granar y BioINTA 1005) y 4 testigos (2 susceptibles y 2 moderadamente resistentes a la FET) en 3 ambientes diferentes de evaluación. Para generar la infección en las espigas se empleó una mezcla de 9 cepas de F. graminearum con efectivas patogenicidad y agresividad. Los individuos fueron caracterizados según los distintos tipos de resistencia genética (Tipo I y Tipo II). En invernáculo se registraron los valores de severidad en 4 momentos (7, 14, 21 y 28 días después de la inoculación) para poder calcular los valores de área bajo la curva del progreso de la enfermedad. A partir de los análisis estadísticos de Conglomerado y ANOVA se pudo identificar líneas con distintos niveles de resistencia, permitiendo seleccionar líneas de interés en las cuales los granos producidos se les realizaron determinaciones por cromatografía gaseosa (CG) para evaluar las concentraciones de micotoxinas. Mediante el estudio por electroforesis de SDS-PAGE se analizó la segregación de las subunidades de las gluteninas de alto peso molecular (GAMP) y se utilizó el software GelAnalyzer2010 para estudiar la relación entre la señal de las bandas proteicas de las subunidades de GAPM y los niveles de infección de la enfermedad en las espigas. A través de la técnica de cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC) se midieron los picos proteicos de la GAMP en muestras que presentaban valores contrastante para los niveles de severidad de las espigas y la producción de micotoxinas en granos. Finalmente, los estudios realizados permitieron identificar un grupo de líneas moderadamente resistentes a la FET, donde algunas de ellas se destacaron en sus perfiles proteicos demostrando tener una buena calidad de grano.

El trigo es uno de los principales cultivos producidos y comercializados mundialmente. Ocupa el 17% de la superficie cultivable del mundo, participa en la alimentación del 40% de la población mundial y provee el 20% del total de calorías y proteínas en la nutrición humana. Se estima que para el año 2050, la producción de granos debería aumentar un 2% anual a fin de satisfacer las necesidades del hombre. Actualmente, se calcula que el cultivo de trigo sufre un 25% de pérdidas de producción debidas a factores bióticos como abióticos. En un contexto productivo en el que no se prevé un aumento significativo de la superficie destinada a la agricultura, resulta prioritaria la protección de este cultivo de importancia mundial y nacional ante los factores de estrés a los que se encuentra sometido. El trigo hexaploide es uno de los genomas vegetales de mayor tamaño ya que contiene 15.966 Mb en total, superando así en 8 veces al del maíz y en 40 veces al del arroz. Se estima que cada genoma del trigo contiene entre 40.000 y 50.000 genes, aunque su complejidad radica en que más del 80% de su ADN consiste en secuencias repetidas, principalmente transposones y retro-transposones. A pesar de tener los cromosomas por triplicado, sus genes son específicos de cada cromosoma. Dada la gran complejidad de este genoma, la secuenciación completa del trigo no es aún pública. Tanto los estreses abióticos como bióticos, desafían un amplio rango de respuestas propias de las plantas, desde la alteración de la expresión génica y cambios en el metabolismo celular, hasta modificaciones en el crecimiento y desarrollo de las plantas, con la consiguiente variación en el rendimiento de los cultivos. Las fitohormonas son responsables de activar los genes de defensa involucrados con eventos de estrés. Luego de que un organismo patógeno o un insecto genera un daño, la planta responde mediante el incremento de la síntesis endógena de ácido abscísico (ABA), giberelinas, etileno (ET), ácido jasmónico (AJ), ácido salicílico (AS), citocininas, brasinoesteroides y hormonas peptídicas, sustancias directamente relacionadas con la interacción planta-predador. Estas moléculas desempeñan un rol preponderante en la regulación de los mecanismos de resistencia. Ha sido probada la relación entre las fitohormonas y las respuestas defensivas en las plantas, como así también la inducción de ciertos genes de respuesta luego de aplicaciones exógenas fitohormonales. Sin embargo, los mecanismos moleculares subyacentes a través de los cuales las plantas integran los cambios inducidos por estrés en los niveles hormonales e inician las respuestas adaptativas no están completamente elucidados. El presente estudio trata de caracterizar molecularmente un segmento localizado en el brazo corto del cromosoma 6A de trigo pan (Triticum aestivum) involucrado con la tolerancia a áfidos. Para ello se trabajó cruzando dos líneas progenitoras (M y P) doble haploides recombinantes (DHR) seleccionadas por ser contrastantes para los marcadores Xgwm334a y Xgwm459, ambos ubicados en dicho segmento cromosómico. Se obtuvieron las generaciones subsiguientes para conocer si el efecto de los tratamientos se mantenía en la descendencia. Las plantas fueron asperjadas con ET, AS, ABA y AJ así como también a través de infestaciones con el pulgón ruso del trigo (RWA), se inició la caracterización a nivel isoenzimática y a través de sus parámetros de crecimiento. Luego se estudió la expresión de un factor de transcripción (NAC2) como gen candidato en las líneas progenitoras tratadas, a fin de caracterizar un gen inducido por los tratamientos aplicados. Los patrones de estearasas difirieron en el tejido aéreo o radical mediante la inducción con las fitohormonas ET, AS, ABA y AJ en las líneas DHR para el cromosoma 6A. El ET silenció las estearasas provenientes de la parte aérea del 58% de las líneas DHR. En los cereales, la relación entre los niveles de actividad de los antioxidantes y la tolerancia al estrés ha sido establecida en plantas sometidas a estrés. Las líneas progenitoras evaluadas en este estudio (M y P) mostraron que los contenidos de ácido ascórbico (total y reducido) y de peroxidasas no fueron modificados cuando fueron tratadas con ET, ABA y mediante la infestación con el pulgón ruso del trigo. En conclusión, ambos sistemas antioxidantes no evidenciaron una actividad o contenido diferenciales respecto de los testigos sin tratar, y por lo tanto no constituyeron un buen indicador de tolerancia al estrés en los materiales ensayados. Las dos líneas progenitoras (M y P), las F1, las F2 y un grupo selecto de plantas F3 fueron caracterizadas por su grado de tolerancia/ susceptibilidad según la longitud del coleoptilo medida a las 24 h posteriores al tratamiento exógeno con ET. Dado que el efecto del ET sobre el crecimiento de las plantas se asocia con la restricción en la elongación de las células, y por ende con la inhibición de la elongación del hipocótilo, se pudo caracterizar a la línea M como tolerante y a la línea P como susceptible según la variación de la tasa de crecimiento del coleoptilo por efecto del ET. Las generaciones F2 y F3 mostraron diferencias altamente significativas en el crecimiento relativo de sus integrantes, según su caracterización como susceptibles, medias y tolerantes. Con el propósito de conocer el comportamiento ante la acción del pulgón ruso de las líneas de trigo M, P y de sus descendientes F1 y F2, se pudo probar que la acción del insecto afectó diferencialmente los parámetros de crecimiento de estos genotipos. La inducción de las defensas de las plantas por efecto del pulgón ruso fue evidenciada a través de los cambios manifestados mediante el contenido de clorofila, la tasa de crecimiento, el peso fresco, el estriado y el enrollamiento de las hojas de las distintas generaciones filiales. Se observó que los genotipos tolerantes mostraron en todos los casos crecimiento compensatorio, aunque esto no se observó en los genotipos susceptibles. Por lo tanto, se comprueba que los genes responsables de crecimiento compensatorio son inducidos por la infestación con el pulgón ruso del trigo. Un grupo de plantas F3 (obtenidas a partir de la autofecundación de plantas F2 seleccionadas por su crecimiento compensatorio o su inhibición, ante aplicaciones de ET) en estado de macollaje fue caracterizado de acuerdo a su crecimiento diferencial inducido por tratamientos exógenos con las hormonas AJ y ABA. A través de los cambios observados en el contenido de clorofila, en el peso seco y en el rebrote pos corte se pudo demostrar que las defensas fueron inducidas. Aquellas plantas que evidenciaron valores superiores al de sus testigos en estos parámetros serían las que lograron encender sus sistemas de defensa eficientemente, sobreponerse al mayor costo metabólico que implica el mantenimiento de dicho sistema y, en consecuencia, crecer diferencialmente. Finalmente, puede afirmarse que los genes responsables del crecimiento compensatorio fueron inducidos por la aplicación externa de las fitohormonas AJ y ABA. Los genes NAC son específicos y muy abundantes en las plantas. Constituyen una de las mayores familias de factores de transcripción que funcionan en las regiones promotoras de diferentes genes relacionados con el estrés. Bajo condiciones de estrés biótico o abiótico, los genes relacionados con las defensas de las plantas presentan un patrón de expresión específico, de modo tal que su sobreexpresión o supresión pueden incrementar la tolerancia de las plantas a ambos tipos de estrés. Para las líneas progenitoras evaluadas, se observó que el tratamiento con ABA aumentó significativamente la expresión del gen NAC2 en la línea M, mientras que el tratamiento con ET tuvo el mismo efecto en la línea P. Por el contrario, el ataque del pulgón no provoca mermas ni incrementos en la expresión del gen candidato, lo que estaría poniendo en evidencia la tolerancia de estas líneas al áfido. La utilización de las defensas de las plantas en la mejora de los cultivos resulta promisoria desde el punto de vista ecológico. El hecho de comprender la naturaleza de la expresión de los genes relacionados con las características defensivas de las plantas será de importancia en el diseño de plantas cultivadas más tolerantes a los herbívoros, con la consecuente disminución de pesticidas tóxicos empleados normalmente para el control de las plagas en los cultivos. Por último, la identificación del gen NAC2 cercano a los microsatélites Xgwm459 y Xgwm334a en el cromosoma 6AS del trigo permitirá su empleo como marcador altamente asociado en la obtención de plantas tolerantes al estrés.

Gomphrena perennis es una maleza con metabolismo C4 y presencia de un sistema radicular con yemas capaces de rebrotar, lo que dificulta la siembra de cultivos estivales. Amplias zonas productivas de Argentina registran infestación con G. perennis tolerantes a glifosato. Los objetivos de la tesis fueron caracterizar morfo-anatómicamente las hojas de G. provenientes de lotes de Banderas, Santiago del Estero (Lat.28°28'00"S; Long.62°06'00"W) y de Marcos Juárez, Córdoba (Lat.32°41'00"S; Long.62°09'00"W), dos de las áreas donde la maleza constituye una importante problemática para el productor agrícola. Además, determinar si las estructuras presentes en la epidermis podrían comportarse como barreras mecánicas para la absorción y posterior traslado del herbicida, cuantificadas por la acumulación de ácido shikimico (AS) y otros parámetros metabólicos. Semillas de ambas procedencias se sembraron y se cultivaron en invernadero (INFIVE) y en intemperie. Cuando las plantas alcanzaron 4 hojas expandidas se aplicaron diferentes dosis de glifosato (0; 180; 360; 720, 1440, 2880 y 5760 g.e.ácido/ha) Se evaluó contenido de AS en raíces (R), hojas basales (HB) y hojas apicales (HA). A los 7 días post-aplicación (DPA) se midió la fotosíntesis neta (PN), transpiración (E) y conductancia estomática (CS) en plantas control (T) y tratadas con la dosis recomendada (DR:1440 g.e.a/ha). Se registró la supervivencia (S) a los 15 y 30DPA. El diseño fue aleatorizado con tres repeticiones y los datos fueron analizados por medio de la prueba de Anova (p<0,05 y p<0,01). Las dos poblaciones fueron tolerantes a glifosato, si bien la de Banderas manifestó una mayor sensibilidad a la DR del herbicida respecto a la de Córdoba. G. perennis posee baja área foliar, con ceras epicuticulares, y abundantes tricomas, los cuales se comportarían como barreras físicas reduciendo la eficacia del glifosato, lo que explicaría la tolerancia al herbicida. Banderas mostró mayor densidad de tricomas por unidad de superficie que la de Córdoba, si bien éstas últimas tuvieron mayor cantidad de drusas. La mayor susceptibilidad a la DR en Banderas se manifestó por presentar clorosis y necrosis en hojas apicales a partir de 2DPA, mientras que Córdoba manifestó esos síntomas con menor severidad y luego de mayor cantidad 7 de DPA. En ambas poblaciones se observó ruptura de dominancia apical cuando se aplicó la DR del herbicida y superiores. Esta respuesta indujo la actividad de yemas basales del xilopodio, causando rebrote y desarrollo de nuevas ramificaciones aéreas. Estas modificaciones por efecto del herbicida serían causadas por la alteración en el modelo del traslado de asimilados, cambiando los destinos hacia los órganos subterráneos. Siete DPA de la DR del herbicida se observó reducción en la PN, E y CS en ambas poblaciones. Dicha disminución fue más acentuada en Banderas evidenciando mayor sensibilidad a la aplicación del herbicida. Éstos resultados indican que el glifosato afecta los parámetros metabólicos en plantas susceptibles, si bien la DR no resulta efectiva debido al rebrote de las yemas axilares del xilopodio observado a los 15DPA. El conocimiento de la morfología y ecofisiología de esta especie, como así también la dinámica de la germinación y crecimiento de las plántulas proporcionarían las pautas necesarias para tomar las decisiones técnicas para un manejo adecuado de control.

El cultivo de trigo fideo (Triticum durum Desf.) está expuesto al ataque de enfermedades que provocan la disminución del rendimiento, la pérdida de calidad y la contaminación del grano con micotoxinas, un factor de riesgo muy importante que compromete su utilización en la alimentación, tanto humana como animal. La “fusariosis de la espiga de trigo” (FET), ocasionada por Fusarium graminearum Schwabe, es una de las enfermedades que afecta considerablemente a la producción de trigo fideo en la Argentina. Los metabolitos de mayor importancia por su patogenicidad son los tricotecenos, principalmente el deoxinivalenol (DON). En el presente trabajo, se determinaron las características morfo-fisiológicas y moleculares de 169 aislamientos obtenidos del género Fusarium y se identificaron 161 aislamientos: F. acuminatum (1), F. cerealis (6), F. graminearum (68), F. oxysporum (8), F. poae (9), F. proliferatum (1), F. pseudograminearum (16), F. semitectum (51) y F. subglutinans (1). Se encontró la presencia mayoritaria de F. graminearum sensu stricto (68), considerado como el principal agente causal de la FET en la Argentina, además de otras especies de interés, como F. cerealis (6) y F. pseudograminearum (16). La predominancia de F. graminearum (68) en las localidades del sudeste (Balcarce, La Dulce y Miramar); y, la de F. semitectum (51) en la localidad del sudoeste (Cabildo) evidenciaría el efecto de las distintas condiciones agroclimáticas existentes en las áreas estudiadas sobre la micobiota asociada a la FET. Las semillas procedentes de Cabildo mostraron el mejor porcentaje de germinación (93%), en relación con las procedentes de las otras tres localidades, en las cuales el porcentaje de germinación fue menor al 80%. El quimiotipo 15-ADON fue obtenido con mayor frecuencia, resultado directamente relacionado con la presencia de F. graminearum, especie predominante en el presente estudio.

El trigo pan (Triticum aestivum L.) es uno de los primeros cultivos domesticados por el hombre y a lo largo de la historia ha sido junto al arroz y el maíz el alimento básico de la mayoría de las civilizaciones. En la actualidad, es sembrado en una superficie de tierra mayor que la de cualquier otro cultivo comercial. El rendimiento aumentó a una tasa de 3,6 % anual durante el periodo 1966-1979, reduciendo de manera significativa el hambre y la pobreza en muchas partes de mundo. A partir de ese momento, el crecimiento de la productividad en el trigo ha disminuido de manera constante. Esto, sumado a que se prevé que la demanda mundial de trigo aumente a un ritmo más rápido que el de las ganancias genéticas actuales, pone de manifiesto la necesidad de aumentar la tasa de mejora del rendimiento. Además el efecto del cambio climático y las pérdidas ocasionadas por enfermedades y plagas, deja en claro la necesidad de incrementar las tasas de ganancia, y aun más considerando que la demanda de trigo auementa a un ritmo más alto que el aumento de rendimiento. Para lograr esto es fundamental el estudio y explotación de la diversidad genética a niveles moleculares y su integración con métodos de mejora convencionales. Con esto se busca la incorporación de resistencia durable, ya que no es posible obtener genotipos de alto rendimiento estable sin adecuada resistencia a las principales enfermedades del cultivo, que se encuentran entre las principales limitantes bióticas que reducen la expresión de la potencialidad de los rendimientos. Éstas se han incrementado en los últimos años en Argentina y otros países, debido a factores culturales, tales como el incremento de la siembra directa, como así también la susceptibilidad de los cultivares y la alta variabilidad genética de los patógenos causales. La mancha amarilla ocasionada por el hongo necrotrófico Pyrenophora tritici-repentis (Died) Drechs (anamorfo Drechslera tritici-repentis) (Died) Shoem), se encuentra entre las principales restricciones bióticas que limitan el rendimiento del cultivo de trigo pan en Argentina y otros países. El manejo frente a esta patología en gran medida se ha basado en el uso de fungicidas; sin embargo, el aumento de la resistencia o menor sensibilidad frente a los grupos químicos más utilizados, revela la necesidad e importancia de alcanzar adecuados niveles de resistencia genética. Esta medida de manejo presenta una baja relación costo-beneficio, evita la contaminación ambiental, determinando además el éxito de otras estrategias de manejo. A su vez, en los últimos años se ha detectado al hongo Pyrenophora teres, patógeno en cebada, causando síntomas en trigo similares a los ocasionados por P. tritici-repentis, por lo que es necesario investigar su patogenicidad, virulencia y/o agresividad sobre cultivares comerciales de Argentina y localización molecular de la resistencia en un set de genotipos previamente mapeados. El objetivo general de esta tesis es contribuir al mejoramiento de la resistencia a la mancha amarilla del trigo a través de la investigación de la estructura de especies del género Pyrenophora y la localización molecular de la resistencia en una población de genotipos de trigo previamente seleccionados. En el Capítulo 1 se presenta una introducción general a la tesis, en la que se describen las características del cultivo de trigo y el contexto actual. Adicionalmente, se presentan las características de P. tritici-repentis y su implicancia sobre las medidas disponibles para su manejo. En el Capítulo 2 se presenta la identificación y caracterización morfológica y molecular de aislamientos de Pyrenophora spp. recolectados de cultivos de trigo en distintas regiones de Argentina. Con estos aislamientos se realizaron pruebas de patogenicidad bajo invernáculo en cultivares de trigo y luego se procedió a la caracterización morfológica de las colonias y de las estructuras reproductivas. Las características morfoculturales descriptas fueron compatibles con P. teres. A su vez se realizó la identificación molecular la cual corroboró que la especie en cuestión era P. teres f. maculata. En el Capítulo 3, se presenta la caracterización fenotípica de la resistencia, en plántula y estado adulto, de un panel compuesto por 30 cultivares de trigo argentinos utilizados comercialmente, frente a tres aislamientos monospóricos de los patógenos caracterizados, dos de P. teres y uno de P. tritici-repentis que no se corresponde con las razas conocidas. Los ensayos se realizaron durante el 2016 en dos ambientes, en macetas y a campo. Las inoculaciones se realizaron en la etapa de dos hojas totalmente desplegadas (GS 12) y macollaje (GS23) y se evaluó la severidad en plántula y adulto como porcentaje de área afectada por clorosis y necrosis. Se destacaron por presentar una buena resistencia en ambos estados los cultivares Algarrobo de Don Mario, Buck SY 110 y ACA Cedro. Mientras que los cultivares con mayor susceptibilidad durante todo el ciclo fueron Sursem LE2330, Floripan 200 y ACA 602. Esto sugiere la necesidad de seguir mejorando genéticamente la sanidad de los cultivares locales, lo que implica la búsqueda de materiales que posean genes de resistencia para ser utilizados en futuros programas de mejoramiento. En el Capítulo 4 se exponen los resultados del estudio de mapeo asociativo de todo el genoma en una colección de 110 genotipos de trigo de diverso origen. En esta población de mapeo se evaluó la resistencia a dos aislamientos de P. tritici-repentis y dos de P. teres, lográndose identificar numerosos marcadores y QTL asociados a cada uno de ellos. A su vez se evaluaron otros caracteres como días desde emergencia a espigazón y altura de planta, para determinar su relación con la resistencia. Los ensayos se realizaron a campo en los años 2014 y 2015 realizando inoculaciones artificiales y evaluando el porcentaje de severidad en plántula y adulto. La severidad en adulto se correlacionó positivamente con los días a espigazón. Se encontró una alta variabilidad fenotípica en la resistencia y muy pocos genotipos mostraron resistencia en ambas etapas. El mapeo asociativo arrojó como resultado un total de 187 asociaciones marcador – caracter (severidad) (AMC). Estas asociaciones involucraron 110 marcadores, los cuales se distribuyeron en 57 regiones cromosómicas en 19 de los 21 cromosomas, de los cuales aquellos presentes en el cromosoma 6D no se habían documentado hasta el momento. Se detectaron 41 regiones cromosómicas que se asociaron con resistencia a P. tritici-repentis, de las cuales 15 de ellas son novedosas; mientras que para P. teres se detectaron 43 regiones. Resulta relevante que 27 regiones cromosómicas presentaron asociación con aislamientos de ambos patógenos, ya que de esta manera se amplía el espectro de la resistencia. Por último, en el Capítulo 5, se presenta la discusión general de los principales resultados obtenidos en cada una de las investigaciones llevadas a cabo en esta tesis. Adicionalmente, se analiza la importancia de los nuevos conocimientos generados, así como también la posibilidad de su utilización y los trabajos adicionales requeridos a fin de aplicarlos en programas de mejora del cultivo de trigo.

Tesis para obtener el grado de Doctor en Ciencias Agrarias, área de Producción Vegetal, de la Universidad Nacional de Mar del Plata, en diciembre de 2015