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Archivo para septiembre, 2013

Virus del rizado amarillo del tomate de Nueva Delhi (Tomato leaf curl New Delhi virus, ToLCNDV): Un nuevo virus que afecta gravemente cucurbitáceas en Almería y Murcia

Miguel Juárez (Universidad Miguel Hernández; Orihuela, Alicante), Blanca Gosalvez y Miguel A. Aranda (CEBAS-CSIC, Murcia)

Recientemente hemos identificado y caracterizado parcialmente un nuevo geminivirus que está causando estragos en los cultivos de calabacín en Almería y Murcia. Se trata de una cepa de Tomato leaf curl New Delhi virus (ToLCNDV), un primo hermano de nuestro bien conocido virus de la cuchara (Tomato yellow leaf curl virus, TYLCV). A continuación vamos a resumir brevemente algo de lo que vamos aprendiendo sobre esta cepa de ToLCNDV.

 ToLCNDV en calabacín en España

La primera detección de ToLCNDV en España la hemos hecho sobre plantas de calabacín en cultivos de Campo de Cartagena (Murcia) y de Almería. Los síntomas que hemos identificado en calabacín en campo hasta ahora incluyen: En plantas en producción, cuando suponemos que la infección ha sido tardía, las hojas jóvenes se rizan y se acucharan, normalmente hacia el envés aunque a veces también hacia el haz, y pueden mostrar un amarilleo muy intenso que “sube” hasta las hojas más jóvenes (contrastando con otros virus que causan amarilleo pero que “suben” menos), la planta detiene su crecimiento, y sobre los frutos se puede observar una rizadura suave en la piel del fruto joven que puede acusarse en los más desarrollados (Figura 1). Cuando la infección es temprana, el rizado y acucharado de las hojas jóvenes es tan intenso que se parece al que causa una infestación muy grave de pulgones; las plántulas se arrepollan completamente y no crecen. En este último caso, es prácticamente imposible que la planta pueda llegar a dar frutos.

Figura 1. Síntomas en plantas y frutos de calabacín infectados por ToLCNDV.

Figura 1. Síntomas en plantas y frutos de calabacín infectados por ToLCNDV.

Partiendo de plantas de campo con síntomas como los descritos más arriba, preparamos unos extractos de DNA que empleamos para hacer PCRs utilizando cebadores genéricos para amplificar un fragmento del gen de la proteína de la cápsida de geminivirus. Obtuvimos productos de amplificación por PCR en todos los casos, indicando que las muestras estaban infectadas por un geminivirus. Los fragmentos de DNA amplificados fueron secuenciados, y las secuencias que obtuvimos tenían una similitud nucleotídica del 97% con secuencias de un aislado de ToLCNDV de la India que, aparentemente, está causando allí una enfermedad grave en pepino que denominan “yellow leaf crumple” (rizado amarillo de la hoja). La similitud nucleotídica de nuestro aislado de ToLCNDV es menor con otros aislados del virus, todos procedentes y caracterizados en India o en el oriente lejano, pero se sitúa entre el 90% y el 95%. Esta detección ha sido la primera que se ha hecho de ToLCNDV en España.

 ToLCNDV en otras especies vegetales en España

A partir de esta primera detección, hemos recogido, recibido y analizado en nuestros laboratorios numerosas muestras de distintas especies de hortalizas, incluyendo pepino, calabaza, melón, pimiento y tomate, además de calabacín. De momento, ninguna muestra de pimiento o tomate estaba infectada con ToLCNDV. Sin embargo, sí que hemos detectado muestras de pepino, calabaza y melón infectadas por este virus. Los síntomas en estas especies incluyen mosaicos amarillos muy intensos, rizados de las hojas y achaparramiento y pérdida de vigor de las plantas muy acusados (Figura 2).

Figura 2. Síntomas en plantas de pepino y melón infectados por ToLCNDV.

Figura 2. Síntomas en plantas de pepino y melón infectados por ToLCNDV.

¿Qué se sabe de este virus?

ToLCNDV se describió por primera vez en 1995 como una variante del complejo de virus causante del rizado amarillo de la hoja del tomate afectando cultivos de tomate en India. Posteriormente, el comité internacional de taxonomía de virus lo reconoció como especie viral independiente. Se trata de un virus de la familia Geminiviridae  y del género Begomovirus, en principio geográficamente confinado al subcontinente indio, pero que ha ido expandiéndose hacia otras zonas de Asia, incluyendo China y el oriente medio. Hoy sabemos que también ha llegado a España.

ToLCNDV tiene un genoma de DNA circular de cadena sencilla que consta de dos componentes, el DNA A y el DNA B, cada uno de 2,5 a 2,8 kb de tamaño. Los dos componentes genómicos comparten una región conservada denominada región común o región intergénica, y codifican las proteínas virales. Además de estos dos componentes genómicos, se ha demostrado que al menos algunos aislados de ToLCNDV tienen asociados DNAs satélites de cadena sencilla, circulares, de aproximadamente 1,3 kb, denominados DNAβ o betasatélites. Los betasatélites dependen de los DNAs A y B para su replicación y contienen una secuencia conservada, pero por lo demás son distintos de los DNAs A y B y codifican una única proteína. Es destacable que estos betasatélites tienen propiedades importantes relacionadas con la determinación de la gravedad de síntomas y, quizá, de la gama de huéspedes.

Al principio, la gama de huéspedes de ToLCNDV parecía esencialmente limitada a solanáceas, incluyendo tomate, pimiento (chile), patata y berenjena, en donde causaba la enfermedad que nosotros conocemos como “cuchara”. Más adelante se observó que este virus también causaba una enfermedad responsable de graves pérdidas en cultivos de cucurbitáceas. Así, a la gama de huéspedes inicialmente determinada hubo que añadir pepino, melón, calabaza, Luffa, sandía y calabacín. En una publicación reciente, un grupo de investigación indio ha identificado una diferenciación de cepas según el huésped (solanáceas frente a cucurbitáceas) y también parece identificar una asociación prioritaria de tipos de betasatélites con las especies huéspedes.

ToLCNDV se transmite de forma persistente y circulativa por mosca blanca (Bemisia tabaci Genn.). Esto implica que las moscas pueden permanecer virulíferas desde poco tiempo después de adquirir el virus hasta que mueren. Por otra parte, se ha determinado que algunos virus de la misma familia pueden transmitirse de generación en generación de mosca, aunque este aspecto se desconoce para ToLCNDV. No se ha determinado que se transmita por contacto ni por la semilla.

Existen diversas herramientas para el diagnóstico de este virus. Como la proteína de la cápsida de los begomovirus está muy conservada, los antisueros generados contra otros begomovirus suelen reconocer a este. Así, los antisueros comerciales para detectar el virus de la cuchara, para Squash leaf curl virus (SLCV) y para Watermelon chlorotic stunt virus (WmCSV) funcionan bien en nuestra manos para detectar ToLCNDV, aunque no permiten discriminar entre ToLCNDV y otras especies de begomovirus. Una PCR seguida por el corte del fragmento de DNA por un enzima de restricción específico está dando buenos resultados en nuestros laboratorios (Figura 3).  Muy pronto dispondremos de sondas específicas que nos permitan determinar la presencia de este virus mediante hibridación molecular.

Figura 3. Detección por PCR-RFLP de ToLCNDV en diversos huéspedes. Para cada huésped se usaron tres muestras. Los productos de PCR aparecen sin digerir en el gel de la derecha (a la izquierda en cada bloque) y digeridos con el enzima de restricción SphI (a la derecha en cada bloque). Dos bandas en los productos de digestión indican la identificación específica de ToLCNDV. Como puede verse, las muestras de tomate fueron negativas en este ensayo.

Figura 3. Detección por PCR-RFLP de ToLCNDV en diversos huéspedes. Para cada huésped se usaron tres muestras. Los productos de PCR aparecen sin digerir en el gel de la derecha (a la izquierda en cada bloque) y digeridos con el enzima de restricción SphI (a la derecha en cada bloque). Dos bandas en los productos de digestión indican la identificación específica de ToLCNDV. Como puede verse, las muestras de tomate fueron negativas en este ensayo.

Los medios de control de la enfermedad son, desafortunadamente, muy limitados. El control de la mosca blanca, la eliminación de las plantas afectadas, evitar el solapamiento de cultivos susceptibles, y la mejora de los cerramientos de los invernaderos (en su caso), son las únicas medidas de control disponibles. Se han identificado algunas fuentes de resistencia en tomate y en Luffa, aunque no nos consta que se hayan introgresado en variedades comerciales.

 ¿Qué amenazas representa ToLCNDV en el Sureste español?

La introducción de este virus en España ha sido una muy mala noticia. Desde un punto de vista epidemiológico es de esperar que se comporte como se comportó nuestro conocido virus de la cuchara, con la salvedad de que la gama de huéspedes descrita para este virus es más amplia.  El que potencialmente afecte a cultivos muy diversos puede hacer que exista en el campo una fuente continua de inóculo, con lo cual la dispersión de la enfermedad sólo estará limitada por la presencia o no de mosca blanca. Ojalá la cepa introducida en España sea específica de cucurbitáceas y no se expanda a otros cultivos. En cualquier caso es imprescindible adoptar medidas urgentes para controlar la expansión de ToLCNDV, y seguir estudiando la biología de este virus para poder diseñar estrategias de control adecuadas.

 

 

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NUTRICIÓN MINERAL EN PLANTAS (I)

José A. Hernández Cortés. Investigador Científico del CSIC. Grupo de Biotecnología de Frutales, CEBAS-CSIC, Murcia

Los nutrientes minerales, como el nitrógeno, fósforo o potasio, son elementos que las plantas adquieren del suelo en forma de iones inorgánicos. Todos los nutrientes minerales son reciclados a partir de todos los organismos vivos, pero entran en la  biosfera principalmente gracias al sistema radicular de las plantas, por lo que podríamos decir, en cierto sentido, que las plantas actúan como los “mineros” de la corteza terrestre (Epstein 1999). Una vez que los elementos minerales son absorbidos por las raíces, éstos son transportados (translocados) a otras partes de la planta, donde van a ser usados en diferentes funciones biológicas. Otros organismos, como los hongos micorrícicos y las bacterias fijadoras de nitrógeno pueden participar con las raíces en la adquisición de nutrientes minerales.

Denominamos “Nutrición Mineral” a la disciplina que se dedica al estudio de cómo las plantas obtienen y usan los nutrientes minerales. Esta área de investigación es muy importante en la agricultura moderna y en la protección medioambiental. Un alto rendimiento agrícola depende de una adecuada fertilización con nutrientes minerales. De hecho, el rendimiento de la mayor parte de los cultivos vegetales aumentan de forma lineal con la cantidad de fertilizantes que pueden absorber (Loomis y Connor 1992).

Para satisfacer la incrementada demanda de alimentos, el consumo de elementos minerales primarios usados en los fertilizantes (Nitrógeno, Fósforo y Potasio) se ha incrementado con el paso de los años. Por ejemplo, en el año 1960 se usaron 30 millones de toneladas, siendo este consumo de unas 170 toneladas en 2008 (www.faostat.fao.org). Sin embargo, las plantas utilizan menos del 50% de los fertilizantes que se aplican en el suelo (Loomis y Connor 1992).  Los nutrientes no absorbidos por la planta son lixiviados llegando a las aguas superficiales y/o subterráneas, pueden quedar unidos a las partículas del suelo y pueden contribuir a un aumento de la contaminación ambiental.

Sólo ciertos elementos son esenciales para las plantas. Un elemento esencial se define como un elemento que es un componente intrínseco en la estructura o en el metabolismo de una planta y cuya ausencia causa anormalidades, en el crecimiento, desarrollo y/o reproducción de la planta (Epstein y Bloom 2005). Por lo tanto, si a una planta se le proporciona todos los elementos esenciales, así como agua y la luz del sol, será capaz de sintetizar todos los compuestos que necesita para su crecimiento normal.

Los elementos esenciales se clasifican como macronutrientes y micronutrientes de acuerdo a la concentración a la que aparecen en los tejidos vegetales. Elementos como el hidrógeno (H), oxígeno (O) y carbono (C) no son considerados como elementos esenciales y que se obtienen de forma primaria del agua y del CO2.

tabla macro y micronutrientes

Otros investigadores han propuesto que los elementos esenciales deberían clasificarse de acuerdo a sus funciones bioquímicas y fisiológicas (Mengel y Kirkby 2001). Estos investigadores, clasifican los elementos esenciales en cuatro grupos básicos:

 Grupo 1

Nutrientes que forman parte de compuestos orgánicos: N y S

  • El N forma parte de  aminoácidos, amidas, proteínas, ácidos nucléicos, nucleótidos, coenzimas, hexosaminas etc…
  • El S forma parte de la cisteína, cistina, metionina, coenzima A, tiamina, glutatión, biotina, 5-adenosilsulfato, 3-fosfoadenosina, etc…

Las plantas asimilan estos nutrientes mediantes reacciones bioquímicas redox (de oxidación y reducción) para formar enlaces covalentes con el carbono (C) y crear compuestos orgánicos.

Grupo 2

Nutrientes importantes en el almacenamiento de energía o en la integridad estructural: P, Si, B

  • El P forma parte de los azúcares fosfato, ácidos nucleicos, nucleótidos, coenzimas, fosfolípidos, etc…. Tiene una importante función que implican al ATP (principal molécula de almacenamiento y transferencia de energía en la célula).
  • El Si se almacena como silicato en la pared celular de las plantas, contribuyendo a las propiedades mecánicas de las mismas, incluyendo la rigidez y la elasticidad.
  • El B forma complejos con el manitol, mananos y ácido poligalacturónico y con otros componentes de la pared celular. Está implicado en la elongación celular y en el metabolismo de los ácidos nucleicos.

Grupo 3

Nutrientes que aparecen en forma iónica: K, Ca, Mg, Cl, Mn, Na

  • El K es requerido como cofactor por más de 40 enzimas. Es el principal catión implicado en mantener la turgencia celular y la neutralidad eléctrica.
  • El Ca forma parte de la pared celular vegetal, es requerido como cofactor para algunas enzimas implicadas en la hidrólisis del ATP y de los fosfolípidos. Actúa como segundo mensajero en los procesos de regulación metabólica.
  • El Mg es requerido por muchas enzimas implicadas en la transferencia de grupos fosfato. Forma parte de la molécula de clorofila.
  • En Cl es requerido en las reacciones fotosintéticas implicadas en la evolución del oxígeno molecular (O2).
  • El Mn es requerido para la actividad de algunas deshidrogenasas, descarboxilasas, kinasas, oxidasas (como la Mn-SOD), peroxidasas. También está involucrada en la evolución fotosintética del O2.
  • El Na está implicado en la regeneración del fosfoenolpiruvato en plantas que presentan fotosíntesis tipo C4 y CAM. Puede sustituir al K en alguna de sus funciones.

Grupo 4

Nutrientes implicados en reacciones Redox: Fe, Zn, Cu, Ni, Mo

  • El Fe forma parte de los citocromos, y de proteínas no héticas implicadas en fotosíntesis, fijación de N y rrespiración.
  • El Zn forma parte de las enzimas alcohol deshidrogenasa, glutámico deshidrogenasa, anhidrasa carbónica.
  • El Cu forma parte de las enzimas ascorbato oxidasa, tirosinasa, monoamino oxidasa, uricasa, citocromo oxidasa, fenolasa, lacasa y de la plastocianina.
  • El Ni es constituyente de la enzima uricasa. En las bacterias fijadoras de nitrógeno forma parte de las hidrogenasas.
  • El Mo forma parte de las enzimas  nitrogenada, nitrato reductasa y xantina deshidrogenasa.

Hay otros elementos que no son considerados esenciales pero que también se han detectado en tejidos vegetales. Este es el caso del aluminio (Al), del selenio (Se) y del cobalto (Co). El Al se ha detectado a muy bajas concentraciones (desde 0,1 a 500 ppm) y su adición a disoluciones nutritivas a muy baja concentración puede estimular el crecimiento de las plantas (Marschner 1995). Muchas especies del género Astragalus acumulan Se, si bien no parecen tener un requerimiento especial por este nutriente. Sin embargo, se ha descrito que el Se actúa como cofactor de la enzima glutatión peroxidada, enzima antioxidante implicada en la eliminación de H2O2 y de peróxidos lipídicos. El Co forma parte de la cobalamina (vitamina B12 y sus derivados).

 Bibliografía

  • Epstein E (1999) Ann Rev Plant      Physiol Plnt Mol Biol  50:641-664.
  • Epstein E y Bloom AJ (2005)      Mineral Nutrition of Plants: Principles and Perspectives. 2nd ed. Sinauer      Associates, Sunderland,       MA.
  • Loomis  RS y Connor DJ (1992) Crop Ecology:      Productivity and Management in Agricultural System. Cambridge      University Press, Cambridge.
  • Marschner H (1995) Mineral      Nutrition of Higher Plants, 2nd ed, Academic Press, London.
  • Mengel K y Kirkby EA (2001)      Principles of Plant Nutrition, 5th ed. Kluwer Acad. Publ. Dordrecht.
  • Taiz L y Zeiger E (2010) Plant      Physiology, 5th ed., Sinauer Associates Inc, Sunderland, MA.

IMPORTANCIA DEL AGUA EN LAS PLANTAS (I)

José A. Hernández Cortés. Investigador Científico del CSIC. Grupo de Biotecnología de Frutales, CEBAS-CSIC, Murcia

El agua cumple una función crucial en la vida de las plantas. La fotosíntesis requiere que las plantas obtengan el CO2 de la atmósfera, pero al mismo tiempo se exponen a una pérdida de agua y por tanto a una amenaza de deshidratación. Para prevenir la deshidratación, las plantas deben absorber agua por las raíces y transportarla a la parte aérea. Pequeños desequilibrios entre la absorción de agua y la pérdida de agua a la atmósfera puede causar un déficit hídrico que puede llevar a un malfuncionamiento de muchos procesos celulares. Por ello, el equilibrio entre la absorción, transporte y pérdida de agua representa un importante desafío para las plantas terrestres.

Las células vegetales, a diferencia de las animales, poseen una pared celular, que les permite desarrollar una presión hidrostática interna, denominada presión de turgencia. Este parámetro es importantísimo para muchos procesos fisiológicos, como por ejemplo, el alargamiento celular, la apertura de los estomas, el transporte por el floema, así como diferentes procesos de transporte a través de las membranas. La turgencia también contribuye a la rigidez de los tejidos no lignificados.

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El agua es uno de los elementos que más limita la producción vegetal tanto en la agricultura como en los ecosistemas naturales, lo que va a conducir a marcadas diferencias en el tipo de vegetación  dependiente de un gradiente de precipitaciones. La razón por la cual  el agua es una fuente  limitante es debido a que las plantas la usan en grandes cantidades. La mayor parte del agua absorbida por las raíces es transportada por la parte aérea y evaporada por la superficie de las hojas (aprox. 97%). Esta pérdida de agua se denomina transpiración. En contraste, una pequeña cantidad de agua absorbida por las raíces permanece en la planta para usarse en procesos de crecimiento (2%) o bien es usada en procesos bioquímicos (1%) como las reacciones de la fotosíntesis u otras reacciones metabólicas.

La pérdida de agua a la atmósfera es una consecuencia inevitable unida al proceso de  fotosíntesis en las plantas terrestres. La absorción de CO2 está acoplada a la pérdida de agua mediante un proceso de difusión. Cuando el CO2 difunde al interior de las hojas, el vapor de agua difunde hacia la atmósfera. Sin embargo,  por cada molécula de CO2  absorbida se pierden unas 400 moléculas de agua. Esto es debido a que el gradiente que conduce a la pérdida de agua es mucho mayor que el del CO2 absorbido. Este intercambio desfavorable ha tenido una importante influencia en la evolución de la forma y la función de las plantas y explica el porqué de la importancia del agua en la fisiología de las plantas.

Biliografía

  • Taiz L y Zeiger E (2010) Plant Physiology, 5th ed., Sinauer Associates Inc, Sunderland, MA.

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