Comportamiento de poblaciones argentinas de Diuraphis noxia Kurdjumov (Hemiptera: Aphididae)

Abstract

El trigo es uno de los principales cultivos de cereales producidos, consumidos y comercializados mundialmente. Proporciona más del 20% de las calorías y es un alimento básico en el 35% de la población global. La Argentina es uno de los mayores centros de producción de granos del mundo, donde el trigo juega un rol central. Por otro lado, la producción de cebada cervecera ha crecido notablemente en el país en los últimos 20 años por exigencias de mercado. Dada la importancia de dichos cereales a nivel nacional y mundial, el conocimiento de los factores adversos que afectan su calidad y rendimiento, son prioritarios. Dentro de los factores bióticos que afectan la producción de trigo y cebada, se encuentran los áfidos, que producen daños a los cultivos al extraer sus recursos, inyectar saliva tóxica y transmitir virus. Entre las especies de mayor importancia en ambos cereales se encuentra el “Pulgón Ruso del Trigo” Diuraphis noxia Kurdjumov (PRT). El PRT es uno de los áfidos que ha demostrado poseer una elevada capacidad de dispersión. Desde su centro de origen en las regiones paleárticas de Europa Oriental y Asia Central se dispersó a distintas regiones del mundo. En la Argentina el primer hallazgo fue realizado en 1991, en Malargüe, Provincia de Mendoza, proveniente de Chile. Está adaptado a regiones de climas secos, soleados y con lluvias esporádicas, en esas condiciones las poblaciones tienen un rápido crecimiento. El daño que produce el PRT se caracteriza por la formación de manchas paralelas a las nervaduras de color blanco-amarillento que pueden tornarse rojizas por la presencia de pigmentos antociánicos en climas fríos. Además produce reducción de la superficie foliar, debido al enrollamiento que sufre la lámina, dentro de las cuales crece protegida la colonia de pulgones. Cuando la infestación ocurre en estados fenológicos más avanzados pueden atacar la hoja bandera, la cual al enrollarse, impide que emerja la espiga o lo haga deformada. Por tal motivo el control químico del áfido es dificultoso, dado que el enrollamiento foliar impide la llegada de los insecticidas y de los enemigos naturales. En consecuencia, la estrategia más efectiva y económica para la protección de los cultivos al PRT, es el uso de la resistencia genética. Uno de los aspectos más destacados de los áfidos como plagas potenciales de los cultivos, es su comportamiento reproductivo. En D. noxia, se hallaron diferencias en el comportamiento reproductivo en distintos lugares del mundo. Es holocíclico en Hungría y en la Unión Soviética, mientras que se comporta como anholocíclico en Sudáfrica y en los Estados Unidos. A partir del ingreso del PRT en EE.UU. en el año 1986, se desarrollaron en dicho país cultivares de trigo y cebada con distintos genes de resistencia al áfido, que permitieron controlar la plaga de forma exitosa, hasta la aparición de un biotipo con capacidad de producir daño a los cultivares resistentes en el año 2003. A partir de ese momento, nuevos biotipos de D. noxia se identificaron en distintos lugares del mundo como Hungría, Sudáfrica, Europa central, Siria y Chile. Dado que el tipo de reproducción tiene marcada incidencia en el origen de biotipos, y que se desconoce en la Argentina su comportamiento reproductivo y la composición de biotípica, los objetivos de la presente Tesis Doctoral son: a) Comprobar el tipo de reproducción predominante de D. noxia en poblaciones de distintos orígenes de Argentina; b) estudiar la capacidad que posee el áfido para seleccionar, crecer y dañar a cultivares de trigo y cebada, portadores de distintas fuentes de resistencia genética y c) Determinar la composición biotípica del Pulgón Ruso del Trigo. Para el desarrollo del trabajo, se colectaron seis poblaciones de diferentes localidades de Argentina como: Tres Arroyos, Bahía Blanca y La Plata (Provincia de Buenos Aires), Junín de los Andes y Chos Malal (Neuquén) y Junín (Mendoza), contrastantes por el uso de la tierra, condiciones climáticas y altitud. El PRT se obtuvo de cereales cultivados (trigo y cebada) y de gramíneas silvestres (Bromus sp.) desde febrero a diciembre del año 2005. Para evaluar el comportamiento reproductivo del áfido, de cada población se obtuvieron de 10 a 15 clones, a partir de una hembra adulta partenogenética, seleccionada de cada población. En total 65 clones fueron dispuestos bajo condiciones ambientales naturales, en la localidad de La Plata, desde el 21 de diciembre de 2005 al 21 de diciembre del 2007. Sobre los mismos semanalmente se realizaron observaciones a los fines de registrar la presencia de formas sexuadas. En los dos años, en más de la mitad de los clones se determinó la presencia de hembras ovíparas y huevos, en condiciones de bajas temperaturas y con fotoperíodos de día corto o de día largo. Consecuentemente, las hembras sexuadas y los huevos se registraron desde el otoño temprano (Abril) hasta entrada la primavera (Octubre), con 11:33 y 13:44 horas de luz, respectivamente. En consecuencia, en el caso de D. noxia, los huevos no constituyen únicamente una forma de resistencia invernal, sino que es un mecanismo que les permite liberar variabilidad genética posibilitando la adaptación a diversos ambientes y posiblemente generar nuevos biotipos adecuados a los mismos. Para la evaluación de comportamiento del PRT frente a diferentes fuentes de resistencia en trigo y cebada, se utilizaron líneas Doble Haploides Recombinantes (DHR), provenientes del cruzamiento de progenitores contrastantes por el grado de resistencia (tolerante o susceptible) a D. noxia. Para trigo se emplearon 93 DHR provenientes del cruzamiento de los padres Tirintella y Pico, y para cebada, 20 DHR como producto del cruzamiento de los progenitores Angola y SW624. Sobre las mismas se evaluó la “no preferencia o antixenosis” al PRT, la modificación de sus parámetros biológicos y poblacionales a través del estudio de la “antibiosis” y la agresividad de D. noxia por ensayos de “tolerancia”. Dado que todos los clones provenientes de las distintas poblaciones Argentinas, presentaron el mismo comportamiento reproductivo, se utilizó una mezcla de todos ellos para la realización de estos estudios. Según los resultados obtenidos, el PRT mostró un comportamiento diferencial en la selección de las DHR evaluadas en trigo, algunas líneas ejercieron un fuerte efecto antixenótico sobre el insecto. En la cebada, en cambio, ninguno de los genotipos presentó un marcado efecto de antixenosis sobre el áfido. En el estudio de la antibiosis, en las líneas de trigo y cebada se comprobó que existen genotipos que produjeron en D. noxia un efecto antibiótico afectando sus parámetros biológicos y poblacionales. Las DHR de trigo y cebada, en las que el áfido alargó el período pre-reproductivo, condicionaron al mismo tiempo una menor longevidad y fecundidad. Estos dos últimos parámetros fueron menores inclusive que en los áfidos criados sobre el padre tolerante, evidenciándose herencia transgresiva. Se observó además que los genotipos de trigo por otro lado, indujeron un aumento de la tasa reproductiva diaria (Md), condicionando una herencia transgresiva no benéfica, dado que la mayoría registró una mayor producción de ninfas/día, superior al padre susceptible. De manera similar, la tasa de incremento poblacional rm, no se vio disminuida significativamente por lo que se infiere que el mayor aporte a la producción de ninfas ocurre en los primeros días del período reproductivo. El mayor efecto antibiótico de las líneas de trigo sobre el PRT, se tradujo en una menor longevidad y por ende en una menor producción de ninfas totales (fecundidad). Con respecto a los progenitores de trigo empleados, condicionaron un comportamiento diferencial en los distintos parámetros evaluados en los áfidos criados en éstos. Así para la tasa reproductiva diaria, la longevidad y fecundidad no se observaron diferencias entre Tirintella y Pico, mientras que para la tasa rm y el período pre-reproductivo, Pico se comportó como el progenitor más antibiótico. Las líneas DHR de cebada condicionaron un período pre-reproductivo similar al obtenido en los genotipos de trigo, entre 9 a 11 días, con un leve efecto antibiótico sobre el PRT. Entre un 20 a 25% de las DHR de cebada indujeron en el áfido un efecto antibiótico a través de una menor longevidad, fecundidad total, y de las tasas Md y rm. Por otro lado, no se evidenciaron diferencias entre los progenitores de cebada empleados en el estudio. Con relación al estudio de la agresividad del PRT sobre las DHR de trigo y cebada, se identificaron distintos tipos de tolerancia de los genotipos frente a la injuria de D. noxia. En las DHR de trigo se observó una disminución del Área Foliar (AF), del Peso Fresco (PF) y del Contenido Total de Clorofila (CTC), sin embargo se incrementó el Peso Seco (PS) por lo que se infiere que fue el metabolismo del agua el más afectado en dichos genotipos. Al comparar los progenitores Tirintella y Pico, para el AF y el CTC se comportaron de manera similar, mientras que para los PF y PS, Pico fue más tolerante. Dada las diferencias entre los padres, las DHR segregaron mostrando respuestas similares a uno u otro progenitor o evidenciando herencia transgresiva, superando al padre tolerante o al susceptible. Las DHR de cebada resultaron más tolerantes al daño del PRT que el trigo, observándose en alguna de ellas un incremento del AF, del PF, el PS y el CTC luego de la infestación, por lo tanto hay líneas más tolerantes al PRT que en trigo. Para el estudio de la composición biotípica de D. noxia en Argentina, se realizaron ensayos de campo y de laboratorio, utilizando 18 cultivares diferenciales de trigo portadores de genes de resistencia (Dn1, Dn2, dn3, Dn4, Dn5 y Dn7) y líneas Novel provenientes del CIMMYT (México) de las cuales se desconoce la fuente de resistencia. Se utilizaron como testigos tolerantes los cultivares CItr2401 y Synthetic y como testigo susceptible el cultivar Seri. A los 21 y 51 días de la infestación con PRT, se determinó el nivel de daño por el grado de clorosis y de enrollamiento foliar. En laboratorio se evaluó la no preferencia de los cultivares de trigo seleccionados frente al PRT, el nivel de daño foliar y se midió la diferencia del Peso Fresco, Peso Seco y Contenido Total de Clorofila, entre los Testigos sin infestación y los infestados con el PRT. A los 21 días en condiciones de campo, las líneas 14 y 1 (Noveles) presentaron el mejor comportamiento, desconociéndose sus genes de resistencia. Los cultivares portadores de Dn2 y Dn7 resultaron con un alto nivel de tolerancia, mientras que Dn1 y dn3 fueron moderadamente tolerantes y las portadoras de Dn4 y Dn5 muy dañados por las poblaciones Argentinas de PRT. A los 51 días sólo Dn7 y las líneas 14 y 1 mantuvieron un comportamiento de tolerancia al áfido. Se infiere que en el país se encontrarían los biotipos 1, 2* y 5*, estos dos últimos con características diferentes a los identificados en EE.UU. Por lo cual los cultivares mejorados en otros países, pueden comportarse como susceptibles frente a las poblaciones locales del PRT que son características de cada región. Si bien dos de la líneas Novel desarrolladas por el CIMMYT, podrían ser incorporadas en planes de mejora del cultivo de trigo en Argentina, los cultivares deberían ser desarrollados en nuestras condiciones de cultivo y con las poblaciones nativas de D. noxia. A partir de los resultados obtenidos se concluye que en Argentina, el PRT presenta como estrategia reproductiva la partenogénesis facultativa, a través de la cual a partir de un clon proveniente de una única hembra adulta, se originan en distintas proporciones, hembras partenogenéticas y sexuadas. Dicha variabilidad intraclonal se observó en todas las poblaciones estudiadas y le permitiría a D. noxia liberar variabilidad genética, que le otorga al áfido una gran capacidad de adaptación a distintos ambientes, y a generar biotipos capaces de dañar cereales mejorados con diferentes genes de resistencia. La coexistencia de más de un biotipo en las poblaciones Argentinas del PRT, a pesar de no existir una presión de selección por la siembra de grandes extensiones con un único gen de resistencia, estaría indicando que D. noxia es un áfido que se encuentra en una permanente evolución como producto de su variabilidad genética.