Epidemiología de las enfermedades de las plantas

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La epidemiología de las enfermedades de las plantas es el estudio de las enfermedades en las poblaciones de plantas. Al igual que las enfermedades de los humanos y otros animales, las enfermedades de las plantas se producen debido a patógenos como bacterias , virus , hongos , oomicetos , nematodos , fitoplasmas , protozoos y plantas parásitas . ^[1] Los epidemiólogos de enfermedades de las plantas se esfuerzan por comprender la causa y los efectos de las enfermedades y desarrollan estrategias para intervenir en situaciones en las que pueden ocurrir pérdidas de cultivos. Se utilizan métodos destructivos y no destructivos para detectar enfermedades en las plantas. Además, comprender las respuestas del sistema inmunológico en las plantas beneficiará aún más y limitará la pérdida de cultivos. Por lo general, una intervención exitosa conducirá a un nivel de enfermedad lo suficientemente bajo como para ser aceptable, dependiendo del valor del cultivo.

La epidemiología de las enfermedades de las plantas se suele considerar desde un enfoque multidisciplinario, que requiere perspectivas biológicas , estadísticas , agronómicas y ecológicas . La biología es necesaria para comprender el patógeno y su ciclo de vida. También es necesaria para comprender la fisiología del cultivo y cómo el patógeno lo afecta negativamente. Las prácticas agronómicas a menudo influyen en la incidencia de enfermedades para bien o para mal. Las influencias ecológicas son numerosas. Las especies nativas de plantas pueden servir como reservorios de patógenos que causan enfermedades en los cultivos. Los modelos estadísticos se aplican a menudo para resumir y describir la complejidad de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, de modo que los procesos de las enfermedades se puedan comprender más fácilmente. ^{[2] [3]} Por ejemplo, las comparaciones entre los patrones de progreso de la enfermedad para diferentes enfermedades, cultivares, estrategias de gestión o entornos ambientales pueden ayudar a determinar cómo se pueden gestionar mejor las enfermedades de las plantas. La política puede influir en la aparición de enfermedades, a través de acciones como las restricciones a las importaciones de fuentes donde se produce una enfermedad.

En 1963, JE van der Plank publicó "Plant Diseases: Epidemics and Control" (Enfermedades de las plantas: epidemias y control), que proporciona un marco teórico para el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas. ^[4] Este libro proporciona un marco teórico basado en experimentos en muchos sistemas de patógenos hospedantes diferentes e hizo avanzar rápidamente el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, especialmente en el caso de los patógenos foliares fúngicos. Con este marco, ahora podemos modelar y determinar los umbrales de las epidemias que se producen en un entorno homogéneo, como un campo de cultivo monocultural. ^[4]

Las epidemias de enfermedades en las plantas pueden causar enormes pérdidas en el rendimiento de los cultivos y amenazar con acabar con una especie entera , como fue el caso de la enfermedad del olmo holandés y podría ocurrir con la muerte súbita del roble . Una epidemia de tizón tardío de la papa, causada por Phytophthora infestans , condujo a la Gran Hambruna Irlandesa y a la pérdida de muchas vidas. ^[5]

Comúnmente, los elementos de una epidemia se conocen como el “triángulo de la enfermedad”: un huésped susceptible, un patógeno y un ambiente propicio. ^{[1] [ página necesaria ]} Para que ocurra una enfermedad, deben estar presentes los tres elementos. A continuación se muestra una ilustración de este punto. Cuando se reúnen los tres elementos, hay una enfermedad. El cuarto elemento que falta en esta ilustración para que ocurra una epidemia es el tiempo. Mientras estén presentes los tres elementos, la enfermedad puede iniciarse; una epidemia solo se producirá si los tres siguen presentes. Sin embargo, cualquiera de los tres podría eliminarse de la ecuación. El huésped puede superar la susceptibilidad, como ocurre con la resistencia de las plantas adultas a altas temperaturas, ^[6] el entorno cambia y no es propicio para que el patógeno cause la enfermedad, o el patógeno se controla mediante la aplicación de un fungicida.

A veces se añade un cuarto factor, el tiempo , ya que el momento en que se produce una infección particular y el tiempo durante el cual las condiciones permanecen viables para esa infección también pueden desempeñar un papel importante en las epidemias. ^{[1] [ página necesaria ]} La edad de las especies de plantas también puede desempeñar un papel, ya que ciertas especies cambian sus niveles de resistencia a las enfermedades a medida que maduran; en un proceso conocido como resistencia ontogénica. ^[1]

Si no se cumplen todos los criterios, como la presencia de un huésped y un patógeno susceptibles, pero el entorno no es propicio para que el patógeno infecte y cause la enfermedad, no puede producirse una enfermedad. Por ejemplo, se planta maíz en un campo con residuos de maíz que tienen el hongo Cercospora zea-maydis , el agente causal de la mancha gris de la hoja del maíz, pero si el clima es demasiado seco y no hay humedad en las hojas, las esporas del hongo en los residuos no pueden germinar e iniciar la infección. ^{[ cita requerida ]}

De la misma manera, si el huésped es susceptible y el ambiente favorece el desarrollo de la enfermedad pero el patógeno no está presente, no hay enfermedad. Tomando el ejemplo anterior, el maíz se planta en un campo arado donde no hay residuos de maíz con el hongo Cercospora zea-maydis , el agente causal de la mancha gris de la hoja del maíz, presente, pero el clima implica períodos prolongados de humedad en las hojas, no se inicia la infección.

Cuando un patógeno requiere un vector para propagarse, para que se produzca una epidemia el vector debe ser abundante y activo.

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  Ilustración del triángulo de enfermedades de las plantas

Los patógenos causan epidemias monocíclicas con una baja tasa de natalidad y mortalidad , lo que significa que solo tienen un ciclo de infección por temporada. Son típicas de enfermedades transmitidas por el suelo, como el marchitamiento por Fusarium del lino . Las epidemias policíclicas son causadas por patógenos capaces de varios ciclos de infección por temporada. La mayoría de las veces son causadas por enfermedades transmitidas por el aire, como el mildiú polvoroso . También pueden ocurrir epidemias policíclicas bimodales . Por ejemplo, en la podredumbre parda de las frutas de hueso, las flores y los frutos se infectan en diferentes momentos. ^{[ cita requerida ]}

En el caso de algunas enfermedades, es necesario evaluar su incidencia a lo largo de varias temporadas de cultivo, especialmente si se cultivan cultivos en monocultivo año tras año o si se cultivan plantas perennes . Estas condiciones pueden implicar que el inóculo producido en una temporada se pueda trasladar a la siguiente, lo que lleva a una acumulación a lo largo de los años, especialmente en los trópicos , donde no hay interrupciones claras entre las temporadas de cultivo. ^{[ cita requerida ]}

Las epidemias en estas condiciones se denominan poliéticas y pueden ser causadas tanto por patógenos monocíclicos como policíclicos. El mildiú polvoroso del manzano es un ejemplo de epidemia poliética causada por un patógeno policíclico; la enfermedad del olmo holandés es una epidemia poliética causada por un patógeno monocíclico.

Existen muchas formas diferentes de detectar una enfermedad, tanto de forma destructiva como no destructiva. Para comprender la causa, los efectos y la cura de una enfermedad, el método no destructivo es más favorable. Son técnicas en las que no es necesario preparar muestras ni realizar procesos repetitivos para medir y observar las condiciones de salud de las plantas. ^[7] Los enfoques no destructivos pueden incluir el procesamiento de imágenes, la obtención de imágenes, la espectroscopia y la teledetección.

La fotografía, la imagen digital y la tecnología de análisis de imágenes son herramientas útiles para configurar el procesamiento de imágenes. Se extraen datos valiosos de estas imágenes y luego se analizan para detectar enfermedades. Pero antes de que se realice cualquier análisis, la adquisición de imágenes es el primer paso. Y dentro de este paso hay tres etapas. Primero, está la energía, que es la fuente de luz que ilumina el objeto de interés. Segundo, está el sistema óptico, como una cámara, para enfocar la energía. Tercero, está la energía medida por el sensor. Para continuar con el procesamiento de imágenes, hay un preproceso donde uno puede asegurarse de que no haya factores como el fondo, el tamaño, la forma de la hoja, la luz y la cámara que afecten el análisis. Después del preproceso, se utiliza la segmentación de imágenes para dividir la imagen entre regiones con enfermedad y sin enfermedad. En estas imágenes, hay características de color, textura y forma que se pueden extraer y utilizar para el análisis. ^[7]

Los métodos de detección basados ​​en imágenes tienen dos métodos principales: imágenes de fluorescencia e imágenes hiperespectrales. Las imágenes de fluorescencia ayudan a identificar las condiciones metabólicas de la planta. Para ello, se utiliza una herramienta para presentar luz sobre el complejo de clorofila de la planta. ^[7] Las imágenes hiperespectrales se utilizan para obtener imágenes reflejadas. Dichos métodos consisten en la divergencia de información espectral (SID), donde se puede evaluar la reflectancia espectral observando las bandas de longitud de onda. ^[7]

Otro método no destructivo es la espectroscopia, en la que intervienen el espectro electromagnético y la materia. Existen la espectroscopia visible e infrarroja, la espectroscopia de fluorescencia y la espectroscopia de impedancia eléctrica. Cada espectroscopia proporciona información que incluye los tipos de energía de radiación, los tipos de material, la naturaleza de la interacción y más. ^[7]

Por último, el último enfoque no destructivo es la aplicación de la teledetección en enfermedades de las plantas. En este caso, los datos se obtienen sin necesidad de estar con la planta mientras se observa. En la teledetección, hay técnicas hiperespectrales y multiespectrales. La técnica hiperespectral ayuda a proporcionar una alta resolución espectral y espacial. La teledetección multiespectral proporciona información sobre la gravedad de la enfermedad. ^[7]

A partir de 2015, ^[update]existe la necesidad de un mayor desarrollo de pruebas de anticuerpos y marcadores moleculares para nuevos patógenos y la aparición de patógenos conocidos en nuevos huéspedes, y también una necesidad de una mayor integración global de la cuarentena y la vigilancia . ^[8]

Las plantas pueden mostrar muchos signos o evidencia física de infecciones fúngicas, virales o bacterianas. Esto puede ir desde óxidos o mohos hasta no mostrar nada en absoluto cuando un patógeno invade la planta (ocurre en algunas enfermedades virales en las plantas). ^[9] Los síntomas que son efectos visibles de las enfermedades en la planta consisten en cambios en el color, la forma o la función. ^[9] Estos cambios en la planta se coordinan con su respuesta a patógenos u organismos extraños que están afectando negativamente su sistema. Aunque las plantas no tienen células que puedan moverse y luchar contra organismos extraños y no tienen un sistema inmunológico adaptativo somático, sí tienen y dependen de la inmunidad innata de cada célula y de señales sistémicas. ^[10]

En respuesta a las infecciones, las plantas tienen un sistema inmunitario innato de dos ramas. La primera rama tiene que reconocer y responder a moléculas que son similares a las clases de microbios, esto incluye a los no patógenos. ^[11] Por otro lado, la segunda rama responde a los factores de virulencia de los patógenos, ya sea de manera directa o indirecta al huésped. ^[11]

Los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) se activan mediante el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos o microbios, conocidos como PAMP o MAMP. Esto conduce a la inmunidad desencadenada por PAMP o inmunidad desencadenada por patrones (PTI), donde los PRR provocan señalización intracelular, reprogramación transcripcional y biosíntesis de una respuesta de salida compleja que disminuye la colonización. ^[11]

Además, los genes R, también conocidos como inmunidad desencadenada por efectores, se activan mediante “efectores” de patógenos específicos que pueden desencadenar una fuerte respuesta antimicrobiana. ^[11] Tanto PTI como ETI ayudan en la defensa de las plantas mediante la activación de DAMP, que son compuestos asociados al daño. ^[11] Los cambios celulares o los cambios en la expresión genética se activan mediante la activación de canales iónicos, estallidos oxidativos, cambios redox celulares o cascadas de proteína quinasa a través de los receptores PTI y ETI. ^[11]

Hasta 2013, las enfermedades invasivas de los árboles habían matado alrededor de 100 millones de olmos en conjunto en el Reino Unido y los Estados Unidos y 3.500 millones de castaños americanos . ^[12]

• Diagnóstico a Distancia por Imágenes Digitales (DDDI)
• Epidemiología del paisaje
• Pronóstico de enfermedades de las plantas
• Robert Hartig
• Patología forestal
• Fitopatología con hitos históricos en patología vegetal

• Carvajal-Yepes, M.; Cardwell, K.; Nelson, A.; Garrett, KA; Giovani, B.; Saunders, DGO; Kamoun, S.; Legg, JP; Verdier, V.; Lessel, J.; Neher, RA; Day, R.; Pardey, P.; Gullino, ML; Records, AR; Bextine, B.; Leach, JE; Staiger, S.; Tohme, J. (2019-06-27). "Un sistema de vigilancia global para enfermedades de los cultivos". Science . 364 (6447). Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS): 1237–1239. Bibcode :2019Sci...364.1237C. doi : 10.1126/science.aaw1572 . ISSN  0036-8075. Número de modelo: PMID  31249049. Número de modelo: S2CID  195750384.

• "Sistema mundial de vigilancia de cultivos, baluarte contra las enfermedades". Instituto de Patógenos Emergentes . Universidad de Florida . 2019-07-11 . Consultado el 2021-02-12 .

• "Actividades de vigilancia de enfermedades de los cultivos". Agricultura y alimentación . Departamento de Industrias Primarias y Desarrollo Regional de Australia Occidental Agricultura y alimentación . 2020-05-07 . Consultado el 2021-02-12 .
• Fletcher, Jacqueline; Stack, James P. "Estrategias de vigilancia § Bioseguridad agrícola: amenazas e impactos para los patógenos vegetales". NCBI Bookshelf ( Centro Nacional de Información Biotecnológica ) . National Academies Press ( Academia Nacional de Ciencias ) . Consultado el 12 de febrero de 2021 .

• Ecología y epidemiología en el entorno de programación R - Módulos de acceso abierto publicados en The Plant Health Instructor