Modos de acción de EcoSwing®: Importancia en el control de enfermedades y manejo de resistencias de fungicidas químicos

Por: Camilo Chacón Guerrero
Gerente de Investigación y Desarrollo
Ecoflora Agro SAS

El manejo de las enfermedades es un punto crítico en la producción agrícola, ya que las pérdidas producidas por los diferentes patógenos son elevadas cuando no se realizan los manejos adecuados. Varias son las estrategias que se han venido implementando en el manejo de los patógenos en los cultivos, entre las cuales se encuentran los manejos culturales, el mejoramiento genético y la aplicación de fungicidas de síntesis química.

Esta última ha sido una de las medidas más populares. Sin embargo, la aplicación indiscriminada de ciertos fungicidas trae consigo problemas conocidos como la contaminación ambiental, la acumulación de moléculas tóxicas en los alimentos y la resistencia de los patógenos a las moléculas químicas de síntesis aplicadas con más frecuencia (Essghaier, Et al. 2009). La resistencia a fungicidas químicos se da cuando este tipo de productos se aplica más veces de lo recomendado por las casas fabricantes durante el ciclo productivo, siendo inevitable que aparezcan poblaciones resistentes por presión de selección, las cuales son más difíciles de manejar y generan costos de control más elevados (Bengtsson, 2013; Carlisle et al., 2002; Lee, Mizubuti, & Fry, 1999).

Los productos fitosanitarios a base de moléculas de síntesis química continúan siendo indispensables en los manejos fitosanitarios en varios tipos de cultivos.  Sin embargo, una nueva generación de productos viene siendo desarrollada, para complementar estos manejos y reducir los problemas anteriormente mencionados.

Esta nueva generación de productos la conforman los bioinsumos de uso agrícola técnicamente fabricados y formulados, que pueden basarse en microorganismos o extractos de plantas (Ayala, Et al.2009, Malo D. Et al 2017; Mazakova, J. Et al2018; Rodino C. Et al.2014). En la categoría de extractos de plantas, uno los fungicidas más destacados es el producto EcoSwing® de Ecoflora Agro.

EcoSwing® es un fungicida natural de amplio espectro, elaborado a partir de un extracto de Swinglea glutinosabajo técnicas avanzadas, que previene y controla el ataque de hongos fitopatógenos causantes de mildeos polvosos (Sphaerotecca pannosa), Moho gris (Botrytis cinerea),  entre otras enfermedades de tipo fúngico.

El contacto del producto con las estructuras del hongo causa la desecación de las mismas, lo que provoca la pérdida de la capacidad infectiva del patógeno ya que deshidrata las estructuras internas de las células generando la perdida de los organelos y, por ende, afecta la viabilidad biológica de las esporas (Figura 1).

Cuando EcoSwing®  es aplicado antes de la aparición de los primeros síntomas, actúa sobre las conidias y esporas que han llegado al cultivo y que están en proceso de germinación, evitando la colonización en el tejido vegetal y la aparición de la enfermedad.

Cuando se aplica EcoSwing® durante la aparición de los primeros síntomas de las enfermedades de tipo oídios, el producto actúa sobre los micelios y conidióforos e inhibe el progreso de las mismas.

El efecto desecante y la perdida de los organelos internos son efectos que han sido reportados dentro de los posibles mecanismos de acción de los extractos vegetales y aceites esenciales que contienen moléculas químicas de origen natural.

Con el uso de diversos extractos vegetales y aceites esenciales sobre estructuras fúngicas se han observado efectos como la coagulación citoplasmática, vacuolaciones, pérdida de la turgencia de las conidias y de las hifas, disrupción de la membrana citoplasmática, alteración en el sistema endomembranal, degeneración mitocondrial, rompimiento y liberación del plasmalema, disolución de la membrana nuclear y del retículo endoplasmático. (Soylu et al. 2010; Liu et al. 2009; Tian et al. 2011; Romagnoli et al. 2005).

Según estudios y observaciones de laboratorio y de campo varios de estos efectos sobre patógenos también pueden ser causados por EcoSwing según lo sugiere el aspecto de las conidias y conidióforos que han sido expuestos al producto, efecto rápidamente visible para el ojo humano, después de unas pocas horas de haber hecho la aplicación sobre la planta (Figura 1 D y E).

Figura 1. Efecto de EcoSwing® sobre conidias de Sphaerotecca pannosa, agente causal del mildeo polvoso de la rosa. A:Conidias viables vc: Vacuolas, re: Retículo endoplasmático, mt: Mitocondria, nc: Núcleo. B: Conidias expuestas a EcoSwing a 1 cc/L después de 5 minutos. Se observa el crecimiento de las vacuolas y la degradación de los organelos. C: Conidióforo afectado por EcoSwing a 1 cc/L, se observa que los organelos internos fueron afectados por el producto. D:Pústula viable de mildeo polvoso (Sphaerotecca pannosa) sobre un foliolo de rosa, donde se observan claramente los conidióforos y las conidias viables. E:Pústula de mildeo polvoso (Sphaerotecca pannosa) controlada con EcoSwing a 1 cc/L. No se observan conidias ni conidióforos viables y se observa la interrupción del micelio.

Además del efecto de desecación, se ha observado en algunos patógenos como Phytophthora infestans y Mycosphaerella fijensis, que EcoSwing® afecta el crecimiento del tubo germinativo, reduciendo significativamente la capacidad de infección del patógeno, ya que se reduce la probabilidad de ingreso a la planta, afectando la adquisición de nutrientes del patógeno, incrementando su gasto de energía y exponiéndolo a condiciones externas. Esta reducción de la elongación del tubo germinativo puede ser hasta del 60%, como se observa en la figura 2.

Figura 2: Efecto de EcoSwing® sobre el crecimiento del tubo germinativo de algunos patógenos EcoSwing 1.5 cc/L. A: Esporangio afectado de Phytophthora infestans. B: Crecimiento normal del tubo germinativo de Phytophthora infestans.C: Espora de Mycosphaerella fijensisafectada por EcoSwing 1.5 cc/L.D: Crecimiento normal del tubo germinativo de Mycosphaerela fijensis.

En adición a estos efectos directos sobre los patógenos, se ha encontrado que EcoSwing® estimula la defensa basal de la planta o defensa localizada adquirida, haciéndola más resistente al ataque de enfermedades en épocas de alta susceptibilidad, como se observa en la figura 3.

Esto, teniendo en cuenta que en su formulación están presentes metabolitos secundarios y componentes como celulosa y lignina que la planta puede reconocer como PAMPS (Patrones moleculares asociadas a patógenos), que podrían disparar los mecanismos de defensa basal de manera temprana, antes de la colonización por el patógeno, preparando a la planta anticipadamente para combatir las estructuras de los hongos y oomycetes.

Cuando la planta reconoce a los PAMPs, activa la defensa basal y acumula peróxidos y quitinasas, entre otras moléculas que pueden combatir las estructuras de penetración del fitopatógeno (Figura 3), además de fortificar las paredes celulares para dificultar la penetración de patógenos al interior de las células (Rojas,et al.2014, Doss, R.P. 1999). Esto puede explicar por qué al usar constantemente EcoSwing®, se realza el color verde del follaje de las plantas.

Figura 3. Efectos de EcoSwing (1,5 cc/L) sobre la estimulación de la defensa basal en foliolos de papa, 72 horas después de la aplicación del producto y posterior inoculación con Phytophthora infestans.A.Acumulación de peróxido de hidrógeno en células epidermales en respuesta a la aplicación preventiva de EcoSwing y detectada con el colorante diamenobenzidina 3’3. B.Expresión de depósitos de callosa reforzando las paredes celulares, en respuesta a la aplicación preventiva de EcoSwing, detectada con azul de anilina y observadas bajo microscopio de fluorescencia. C.Presencia del anión superoxido en células epidermales, en respuesta a la aplicación preventiva de EcoSwing y detectada con el colorante NBT (nitro bluetetrazolium). D.Respuesta hipersensible asintomática en respuesta a la aplicación preventiva de EcoSwing y detectada con él colorante trypan blue. Se observa cómo el patógeno a pesar de haber germinado, no logra penetrar en el tejido vegetal.

Se ha demostrado que EcoSwing es capaz de inducir la acumulación de peroxido de hidrógeno (H2O2), la respuesta hipersensible asintomática y los depósitos de callosa en las paredes celulares en hojas de papa tratadas con EcoSwing previamente a la inoculación con Phytophthora infestans.

El peróxido de hidrógeno  es un compuesto reactivo al oxigeno (ROS, reactive oxygen species), involucrado en el estrés oxidativo de las plantas, que si bien está algunas veces asociado a daños en las plantas, también está bien reportado que funciona como una señal de inducción de defensa en las plantas, especialmente la inducción a la muerte celular localizada o respuesta hipersensible. (Hancock, Desikan, & Neill, 2001).

El H2O2 tiene la capacidad de activar a nivel molecular, componentes de las vías de señalización para inducir respuestas celulares, tales como la activación de MAP Quinasas que pueden a su vez inducir la expresión de otros genes y la respuesta hipersensible. (Dat et al., 2000). Así mismo, el H2O2, en conjunto con otras moléculas tipo ROS, pueden modular algunos otros mecanismos de señalización celular, tales como las tirosina fosfatasas y las vías del ion Ca2+. (Hancock, Desikan, & Neill, 2001).

Por otra parte, la respuesta hipersensible es una de las primeras líneas de defensa de las plantas, llamada defensa basal o resistencia localizada adquirida (LAR localized adquired resistance). Con la respuesta hipersensible, la planta es capaz de generar la muerte localizada en las partes del tejido atacadas por el patógeno para evitar la penetración y colonización del agente patogénico. Dependiendo del nivel de reacción, la respuesta hipersensible puede ser perceptible como manchas necróticas, o imperceptible como regiones de tejidos que han acumulado ciertos niveles de compuestos involucrados en la respuesta hipersensible, suficientes para detener el avance del patógeno. (Fu & Dong, 2013).

Una vez la RH es inducida, por lo general se observan señales de reacciones oxidativas de muerte celular, y el patógeno es rodeado de células muertas que previenen el movimiento a células adyacentes, paralelamente a la producción de agentes antimicrobianos como el H2O2 o poli fenoles que afectan el crecimiento del patógeno. (Nassar & Adss, 2016).

Los depósitos de callosa han sido bien documentados en las interacciones entre Phytophthora infestansy plantas resistentes de papa, y se le ha atribuido el rol de reforzar las paredes celulares como estrategia de defensa al ingreso de patógenos. (Machinandiarena, Lobato, Feldman, Daleo, & Andreu, 2012).

De esta forma, el efecto preventivo de EcoSwing® compondría dos modos de acción; uno de contacto directo mediante la desecación de las estructuras reproductivas del hongo y la reducción del crecimiento del tubo germinativo, y otro indirecto, con el estímulo de la defensa basal de la planta. Estos efectos sobre el patógeno y las plantas permiten un control preventivo eficaz de las enfermedades, ya que evitan la aparición de los síntomas al afectar el desarrollo del microorganismo y al dificultarle su ingreso a la planta.

Por esta razón al incluir EcoSwing como herramienta preventiva de manejo de enfermedades, se estarían abriendo ventanas importantes para espaciar el uso de fungicidas químicos, los cuales actuarán de manera más eficaz, ya que enfrentarían poblaciones menos expuestas a la presión de selección, lo que significa una menor probabilidad de generar resistencia.

Teniendo en cuenta estos modos de acción, el uso de EcoSwing® debe estar dirigido a programas preventivos. El momento ideal de su primera aplicación es antes de la aparición de la enfermedad en las etapas más susceptibles del cultivo. Sin embargo, se puede utilizar como producto curativo cuando se perciben los primeros síntomas de enfermedades de tipo oídios en campo, aún en bajas incidencias, para evitar el progreso de las mismas.

Como es un producto de contacto, no se recomienda aplicar EcoSwing® en estados muy avanzados de la enfermedad, ya que se habrán desarrollado estructuras del patógeno muy internamente en el tejido de la planta, donde solo pueden llegar fungicidas sistémicos.

EcoSwing® es un fungicida que con sus novedosos modos de acción se convierte en una herramienta de gran eficacia, utilidad y pertinencia para programas de manejo integrado y sostenible de enfermedades.

Bibliografia

• Ayala F, J., Gonzalez-Aguilar, G.A. and Del-toro Sánchez, L. (2009) Enhancing safety and aroma appealing of fresh-cut fruits and vegetables using the antimicrobial and aromatic power of essential oils. J Food Sci 74,84–91.
• Bengtsson, T., Holefors, A., Witzell, J., Andreasson, E., & Liljeroth, E. (2014). Activation of defence responses to Phytophthora infestans in potato by BABA. Plant Pathology, 63(1), 193–202.
• Carlisle, D. J., Cooke, L. R., Watson, S., & Brown, A. E. (2002). Foliar aggressiveness of Northern Ireland isolates of Phytophthora infestans on detached leaflets of three potato cultivars. Plant Pathology, 51(4), 424–434.
• Dat, J., Vandenabeele, S., Vranová, E., Van Montagu, M., Inzé, D., & Van Breusegem, F. (2000). Dual action of the active oxygen species during plant stress responses. Cellular and Molecular Life Sciences CMLS, 57(5), 779–795.
• Doss, R.P. 1999. Composition and enzymatic activity of the extracellular matrix secreted by germlings of Botrytis cinerea. Appl. Environm. Microbiol. 65: 404-408.
• Essghaier M.L. Fardeau and N. Sadfi-Zouaoui, J.L. Cayol M.R. Hajlaoui, A. Boudabous, H. Jijakli. 2009. Biological control of grey mould in strawberry fruits by halophilic bacteria Journal of Applied Microbiology ISSN 1364-5072.
• Fu, Z., & Dong, X. (2013). Systemic Acquired Resistance: Turning Local Infection into Global Defense. Annual Review of Plant Biology, 64(1), 839–863.
• Hancock, J. T., Desikan, R., & Neill, S. J. (2001). Hydrogen peroxide and nitric oxide in plant defence: revealing potential targets for oxidative stress tolerance? Biofactors, 15(2–4), 99–101.
• Lee, T. Y., Mizubuti, E., & Fry, W. E. (1999). Genetics of metalaxyl resistance in Phytophthora infestans. Fungal Genetics and Biology, 26(2), 118–130.
• Liu, X., Wang, L.P., Li, Y.C., Li, H.Y., Yu, T. and Zheng, X.D. (2009) Antifungal activity of thyme oil against Geotrichum citri-aurantiiin vitro and in vivo. J Appl Microbiol 107, 1450–1456.
• Machinandiarena, M., Lobato, M., Feldman, M., Daleo, G., & Andreu, A. (2012). Potassium phosphite primes defense responses in potato against Phytophthora infestans. Journal of Plant Physiology, 169(14), 1417–1424.
• Nassar, A., & Adss, I. (2016). 2,4-Dichlorophenoxy acetic acid, abscisic acid, and hydrogen peroxide induced resistance-related components against potato early blight (Alternaria solani, Sorauer). Annals of Agricultural Sciences, 61(1), 15–23.
• Romagnoli, C., Bruni, R., Andreotti, E., Rai, M.K., Vicentini, C.B. and Mares, D. (2005) Chemical characterization and antifungal activity of essential oil of capitula from wild Indian Tagetes patulaL. Protoplasma 225,57–65.
• Rojas C., Senthil – Kumar M., Tzin V., Mysore K. (2014). Regulation of primary plant metabolism during plant – pathogen interactions and its contribution to plant defense. Front Plant Sci. 2014; 5: 17
• Soylu, E.M., Kurt, S and Soylu, S. (2010) In vitro and in vivo antifungal activities of the essential oils of various plants against tomato grey mould disease agent Botrytis cinerea. Int J Food Microbiol 143, 183–189.
• Tian, J., Huang, B., Luo, X., Zeng, H., Ban, X., He, J. and Wang, Y. (2011) The control of Aspergillus flavuswith Cinnamomum jensenianumHand.-Mazz essential oil and its potential use as a food preservative. Food Chem 130, 520–527.