Resistencia de variedades de triticale (x Triticosecale) a Fusarium spp.

Introducción

El triticale (x Triticosecale) es un híbrido intergenérico de trigo (Triticum spp.) con centeno (Secale cereal). El objetivo inicial de su mejoramiento estuvo enfocado en combinar las mejores cualidades del trigo y centeno, siendo una excelente alternativa en zonas no aptas para la producción de trigo (Dobreva, 2016; Góral et al., 2015; CIMMYT, 1976). En México el triticale durante el 2019 se sembró en 24 152 ha, con una producción de 450 518 t de forraje en verde y 23 039 t de grano; los principales estados productores de forraje en verde fueron Durango, Querétaro y Chihuahua, mientras que el Estado de México fue el principal productor de grano (SIAP, 2023). La producción de triticale es principalmente para la alimentación animal; sin embargo, en los últimos años se han realizado mejoras genéticas al cultivo para aumentar la calidad del grano para consumo humano (Mcgoverin et al., 2011; Mergoum et al., 2009).

Al inicio de su creación, el triticale era considerado resistente a diferentes plagas; sin embargo, la expansión de su área de cultivo incrementó la presión de selección de diversos organismos perjudiciales, aumentando la susceptibilidad de este cereal a plagas insectiles y enfermedades propias del centeno y trigo; de estas, las enfermedades actualmente son una de las principales limitantes para la producción de esta especie destacando el tizón o fusariosis de la espiga (FE) (Dobreva, 2016; Góral et al., 2015).

El tizón de la espiga es una de las enfermedades más agresiva de los cereales de grano pequeño (Backhouse, 2014; Magliano y Chulze, 2013; Zillinsky, 1984). En todo el mundo se han reportado graves epidemias por esta enfermedad que han disminuido el rendimiento hasta un 80 % y han demeritado la calidad del grano (Alisaac y Mahlein 2023); disminuyendo el peso y cantidad de proteína del mismo, afectando su composición de carbohidratos, así como también su contaminación con micotoxinas pertenecientes a la clase de los tricotecenos, principalmente, el deoxinivalenol (DON) y nivalenol (NIV), que son perjudiciales para la salud humana y animal, poniendo en riesgo la seguridad alimentaria (Magliano y Chulze, 2013; Sobrova et al., 2010; Veitch et al., 2008).

Hasta hace poco tiempo se consideraba a F. graminearum (teleomorfo: Gibberella zea (Schwein)) como el principal agente causal (McMullen et al., 2012). Sin embargo, existen otras especies que pueden estar asociadas a la enfermad, esto depende de las condiciones climáticas (temperatura y humedad relativa), la zona geográfica y el cultivo (Xu y Nicholson, 2009; Qu et al., 2008). En México, las especies predominantes son F. graminearum y F. boothii, así como también F. culmorum, F. equiseti, F. avenaceum y

F. tricinctum (Cerón-Bustamante et al., 2018; Leyva-Mir et al., 2017; Osman et al., 2015; Ireta y Gilchrist, 1994). El tizón de la espiga es una enfermedad difícil de controlar, debido a su naturaleza agresiva. No obstante, el uso de variedades resistentes es determinante en la planeación y ejecución de un manejo integral, por ser considerado el método más económico, efectivo y sostenible para su manejo (Gilbert y Fernando, 2004; McMullen et al., 1997).

Las pocas investigaciones realizadas en triticale reportan una amplia variación en la resistencia al tizón de la espiga. Góral y Arseniuk (2003) indicaron que existe una variación significativa entre genotipos de triticale para resistencia a Fusarium. Según Oettler y Wahle (2001) y Góral et al. (2021), el triticale es menos susceptible al tizón de la espiga que el trigo. En un estudio comparativo que realizó Góral (2009) encontró que las líneas de triticale de invierno infectadas por F. culmorum presentaron dos veces menos severidad de síntomas que las líneas de trigo.

En la actualidad, en México, no se tienen investigaciones acerca de los niveles de resistencia que tiene el triticale al tizón de la espiga. Lo anterior refleja la necesidad de realizar estudios de caracterización de la resistencia de las variedades de este cereal lo que también permitirá detectar nuevas fuentes de resistencia que puedan introducirse en los programas de mejoramiento. El objetivo de la investigación fue evaluar el nivel de resistencia bajo condiciones de invernadero de siete variedades de triticale a la infección causada por F. graminearum, F. boothii y F. camptoceras.

Materiales y Métodos

Ubicación del experimento. El experimento se estableció durante los años 2018 y 2019, en el Laboratorio Nacional de Royas y otras Enfermedades de Cereales (LANAREC), perteneciente al Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), Campo Experimental Valle de México (CEVAMEX) localizado a 19° 29’ LN y 98° 54’ LO a una altitud de 2 260 msnm.

Variedades. Se evaluaron siete variedades de triticale que se han sembrado en México: Caborca TCL79, Eronga TCL83, Secano TCL96 e Impulso TCL2016 liberadas por el INIFAP; Pollmer y Siglo TCL21 variedades del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y Bicentenario TCL08 liberada por el Instituto de Investigación y Capacitación Agropecuaria, Acuícola y Forestal (ICAMEX).

Inóculo. Se evaluaron tres especies: F. graminearum, F. boothii y F. camptoceras, que fueron proporcionados por la Universidad Autónoma Chapingo, Texcoco, Estado de México. Dichas especies se incrementaron por medio de cultivos monospóricos en medio de cultivo agar-agua con hoja de clavel (CLA) en el Laboratorio de Micología del Departamento de Parasitología Agrícola de la Universidad Autónoma Chapingo. El medio CLA consistió en agar-agua al 2 % (20 g de agar en 1 L de agua) más 10 a 12 trozos estériles de hoja de clavel de 5 mm, colocados en las cajas Petri. Esto se realizó con el propósito de que las colonias de Fusarium formaran macroconidios uniformes en tamaño y forma (Leslie y Summerell, 2007).

Diseño experimental. Se utilizó un diseño completamente al azar con arreglo de parcelas divididas, donde la parcela grande fueron las especies de Fusarium y las parcelas chicas las variedades de triticale. Se formaron 21 tratamientos (siete variedades × tres especies de Fusarium) con tres repeticiones más los testigos.

Siembra y manejo agronómico de las plantas. Bajo condiciones de invernadero, las siete variedades se sembraron en macetas de plástico de siete pulgadas, las cuales contenían sustrato (60 % tierra y 40 % Peat-Moss) previamente esterilizado. Se colocaron cinco semillas por maceta que luego se ralearon dejando las tres plantas más vigorosas por maceta. Obteniendo un total de 12 macetas por variedad (tres macetas por repetición).

La fertilización se realizó con urea (46-00-00) y Tricel-20 (fertilizante foliar) teniendo en cuenta los requerimientos nutricionales del cultivo.

Inoculación. Las plantas se inocularon en la etapa de antesis (+- 65 días después de la siembra). Se preparó una suspensión a una concentración de 1 x 10⁶ conidios mL^-1, el método utilizado fue inoculación puntual mediante la técnica de algodón. Se seleccionaron tres espigas por maceta previamente marcadas y el método consistió en colocar dos copetes de algodón de 20 mg de peso embebidos con la solución de esporas bajo las glumas en el punto medio de la espiga; luego se cubrieron las espigas inoculadas con bolsas de papel glassine, metodología descrita por Gilchrist-Saavedra et al. (2005) e Imathiu et al. (2014). El testigo de cada uno de los genotipos, fue inoculado con agua destilada estéril y utilizando la misma técnica.

Una vez inoculadas las espigas con las especies de Fusarium, las plantas se colocaron en una cámara de incubación durante 96 horas con una temperatura media de 25 ± 10 °C, un fotoperiodo de 12 horas, así como ocho horas de producción de rocío durante las primeras 24 horas y cuatro horas de rocío las siguientes 72 horas, con el fin de mantener la humedad relativa < 95 %. Posteriormente, las plantas se trasladaron a un invernadero donde se mantuvieron a una temperatura promedio de 25 ± 10 °C hasta presentar síntomas.

Evaluaciones. Se realizaron cinco evaluaciones de la severidad de la enfermedad de cada tratamiento a los 4, 9, 14, 19 y 26 días después de la inoculación (DDI), utilizando la escala visual del tizón de la espiga de triticale (Figura 1), ajustada a la investigación para evaluar la severidad bajo condiciones de invernadero. Para realizar dicha escala, se tomó como referencia la escala visual para estimar la severidad de Fusarium en la espiga de trigo propuesta por Stack y McMullen (1998). Con base al porcentaje de severidad promedio obtenida, las variedades de triticale se clasificaron en: Resistente (0 a 10), Susceptible (20-40) y Muy Susceptible (41-100).

Variables. Las variables evaluadas fueron: a) severidad de la enfermedad (SE): porcentaje de la espiga con infección de Fusarium; b) peso de grano (PG): peso del grano obtenido de cada espiga inoculada, una vez que llegaron a punto de cosecha; c) Área Bajo la Curva del Progreso de la Enfermedad (ABCPE): calculada con las lecturas de SE (cinco) tomadas en intervalos de tiempo.

Análisis estadístico. Los datos de las variables obtenidas fueron analizados estadísticamente de manera conjunta con el programa SAS 9.4 (SAS, 2018) y se realizaron comparaciones de medias para las variedades en estudio mediante la prueba de Tukey (p≤ 0.05).

Resultados y discusión

Análisis de varianza. El análisis de varianza mostró diferencias significativas en las evaluaciones expresadas en días después de la inoculación (DDI), variedades y la interacción; por consiguiente, al menos una de las variedades mostró un comportamiento diferente en los niveles de severidad a través de las cinco evaluaciones de cada especie de Fusarium. En la variable Área Bajo la Curva del Progreso de la Enfermedad (ABCPE), no hubo significancia entre especies; sin embargo, las fuentes de variación variedades y la interacción entre variedades × especies mostraron diferencias significativas, esto indica que las variedades presentaron diferentes niveles de desarrollo de la enfermedad a través de las especies. Por otra parte, para el peso del grano por espiga (PG) se encontró significancia entre especies, variedades y en las interacciones variedades × especies, esto indica que el valor promedio del PG entre especies y entre variedades fue diferente.

Respuesta de las variedades. En la Figura 2 se observa el patrón de desarrollo de la enfermedad en las siete variedades durante las cinco evaluaciones para la especie F. boothii; se encontraron diferencias significativas entre variedades (p<0.0001) en la evaluación final a los 26 DDI. Es decir, el porcentaje severidad fue significativamente menor en las variedades Bicentenario TCL08 y Siglo TCL21, con valores menores al 20

%, con respecto a Secano TCL96, Impulso TCL2016, Caborca TCL79 y Eronga TCL83, siendo estos los que presentaron un mayor desarrollo de la enfermedad.

Para la especie F. camptoceras, se encontraron diferencias significativas entre variedades (p<0.0001) (Figura 3). La severidad del tizón de la espiga fue significativamente mayor en las variedades Caborca TCL79 e Impulso TCL2016, al obtener valores superiores al 80 % a los 26 DDI, mientras que Bicentenario TCL08 y Siglo TCL21 tuvieron severidades significativamente menores de 13.6 y 16.7 %, respectivamente.

En cuanto a la severidad de la enfermedad causada por F. graminearum, los valores más bajos de severidad final fueron observados en Siglo TCL21 (1.56 %) y Bicentenario TCL08 (7.78 %), siendo estos valores significativamente diferentes (p<0.0001) a los de las demás variedades. Las mayores severidades fueron observadas en Pollmer (81.11 %) y Caborca TCL79 (75.78 %) (Figura 4).

La mayoría de las variedades presentaron síntomas característicos de la enfermedad a partir de los cuatro días después de la inoculación (DDI) de cada especie del hongo. Sin embargo, Bicentenario TCL08 comenzó a mostrar síntomas a partir de los 14 DDI para

F. graminearum y la variedad Siglo TCL21 para F. boothii y F. graminearum, de igual forma, mostraron porcentajes de severidad menores al 17 % para las tres especies de Fusarium; dicho comportamiento puede deberse, como lo indican Bai y Shaner (2004), Imathiu et al. (2014), Shroeder y Christensen (1963), a que el hongo penetró los tejidos de la planta pero no hubo una propagación de este a través de la espiga por lo que no hubo síntomas de la enfermedad; es decir, las hifas de Fusarium no lograron invadir las células adyacentes al punto de infección ya que probablemente dichas variedades poseen características genéticas que no permitieron esta invasión o avance del hongo.

Respuesta de las variedades combinadas a través de las cinco evaluaciones. En el Cuadro 1 se muestran las comparaciones de medias entre variedades para la variable porcentaje de severidad promedio en cada uno de las especies de Fusarium.

Para F. boothii se encontraron diferencias significativas entre variedades (p<0.0001), donde Bicentenario TCL08 (3.7 %) y Siglo TCL21 (4.8 %) fueron estadísticamente diferentes a Secano TCL96 (47.6 %), Caborca TCL79 (41.2 %) y Eronga TCL83 (38.7

%), obteniendo los porcentajes de severidad más bajos. En el caso de F. camptoceras, al igual que F. boothii, se observaron diferencias significativas entre variedades (p<0.0001), donde Siglo TCL21 y Bicentenario TCL08 presentaron los valores más bajos con 6.4 y

6.8 % respectivamente, en tanto que Caborca TCL79 con 54.3 %, mostró la mayor severidad. Por último, para F. graminearum, se observaron diferencias significativas para variedades (p<0.0001), donde Bicentenario TCL08 con 0.8 % fue significativamente menor y Caborca TCL79 con 43.3 % fue significativamente mayor. Los resultados mostraron que la severidad promedio en las variedades varió de 3.7 a 47.6 % en F. boothii, de 6.4 a 54.3 % en F. camptoceras y de 0.8 a 43.3 % en F. graminearum.

La severidad de la enfermedad varió ampliamente por las diferentes relaciones que se establecen entre el patógeno y hospedante. Estas variaciones se presentaron en las siete variedades inoculadas con las tres especies de Fusarium donde se encontraron diferencias significativas en el porcentaje de severidad promedio (p<0.0001), destacando que las variedades Siglo TCL21 y Bicentenario TCL08 obtuvieron valores significativamente menores para las tres especies del hongo; es decir mostraron resistencia, mientras que las demás variedades presentaron susceptibilidad, siendo Caborca TCL79 la más susceptible. Por lo tanto, existe un amplio rango de niveles de resistencia en las variedades evaluadas lo que coincide con Oettler y Wahle (2001), quienes encontraron una variación en los niveles de resistencia a F. culmorum en 100 genotipos de triticale a pesar de la presión de la infección. De igual forma, Kalih et al. (2014) observaron una amplia variación de la resistencia al tizón de la espiga en líneas enanas de triticale explicado por la presencia de QTLs que confieren resistencia al tizón de la espiga a pesar de la presencia del gen Ddw1 que disminuye la altura de la planta. Góral y Arseniuk (2003) determinaron que existe una variación significativa en los grados de resistencia al tizón de la espiga entre los genotipos parentales de triticale.

Área Bajo la Curva del Progreso de la Enfermedad (ABCPE). Para la variable ABCPE hubo diferencias significativas (p<0.0001) entre variedades para las tres especies (Cuadro 2). Se observó que las variedades Siglo TCL21 y Bicentenario TCL08 fueron estadísticamente diferentes a las demás variedades, con valores bajos en el desarrollo de la enfermedad para F. boothii, F. camptoceras y F. graminearum. Mientras que la variedad Secano TCL96, con un área de 1111.9 unidades (u), mostró el mayor desarrollo de la enfermedad causado por F. boothii; mientras que para F. camptoceras y F. graminearum fue la variedad Caborca TCL79, con 1262.2 u y 1015.4 u, respectivamente. Entre las variedades, el ABCPE vario de 87.5 u a 1111.9 u en F. boothii, de 141.2 u a 1262.2 u en F. camptoceras y de 18.7 u a 1015.4 u para F. graminearum.

Peso de grano por espiga. En el Cuadro 3, se muestran los pesos promedios de grano por espiga de las variedades evaluadas con cada especie del hongo y el testigo. Se observó una variabilidad en el peso del grano por espiga de las variedades de triticale en respuesta a las especies del hongo.

Para F. boothii, se encontraron diferencias significativas entre variedades (p<0.0002), donde Siglo TCL21 con 0.73 g presentó el mayor peso de grano por espiga, en cambio para F. camptoceras no hubo diferencias estadísticas significativas entre variedades (p<0.0652), por lo tanto, el daño ocasionado en los granos de las diferentes variedades fue similar para esta especie. Por otro lado, para F. graminearum se observaron diferencias significativas (p<0.0046) entre la variedad Bicentenario TCL08 con respecto a Caborca TCL08 y Secano TCL86, donde Bicentenario TCL08 con 0.7 g presentó el mayor peso de grano.

Todas las variedades evaluadas mostraron menor peso de grano por espiga cuando se inocularon con F. boothii, F. camptoceras y F. graminearum en relación con el testigo. Esto se debió a que los granos de triticale infectados con Fusarium presentaron daños en el peritecio, sufrieron cambios estructurales en el endospermo y cambios morfológicos en el almidón, provocando que el grano se deformara y tuviera bajo peso, como lo indican Packa et al. (2008).

En esta investigación, la variedad Bicentenario TCL08 fue la que presentó resistencia y la que obtuvo mayor peso de grano, mientras que Secano TCL96 fue la más susceptible lo que se reflejó en la reducción del peso de grano hasta un 90 % (Cuadro 3). En contraste, Oettler y Wahle (2001) mencionan que la infección por F. culmorum causó una reducción del 48 % del peso promedio de los granos por espiga en genotipos de triticale. Aun cuando se puede obtener grano de plantas con tizón de la espiga, es necesario realizar estudios sobre los niveles de micotoxinas que contienen los granos dañados, ya que, en una investigación realizada por Góral et al. (2016) encontraron que el grano de este cereal puede acumular más micotoxinas tricotecenos que el trigo. Es por esto que se debe evitar sembrar genotipos que presenten niveles altos de severidad de la enfermedad y alta acumulación de este tipo de micotoxinas.

A pesar de que hay pocas investigaciones que discuten la resistencia al tizón de la espiga comparado con otros cereales, el triticale puede ser más o igual de resistente que el trigo y menos resistente que el centeno a dicha enfermedad como lo mencionaron Gaikpa et al. (2019); Góral et al. (2016); Góral (2009); Miedaner et al. (2004); Miedaner et al. (2001). Sin embargo, debido a que en México no hay investigaciones sobre los niveles de resistencia que tienen las variedades de triticale al tizón de la espiga, esta investigación permitió encontrar variación media en los niveles de resistencia que existe entre variedades y esta información puede ser útil en los programas de mejoramiento genético del triticale en México para desarrollar nuevas variedades de triticale con resistencia a esta enfermedad.

Conclusiones

Las variedades Siglo TCL21 (3.1 a 6.4 %) y Bicentenario TCL08 (0.8 a 6.8 %) presentaron las menores severidades al tizón de la espiga ocasionado por Fusariumboothii, F. camptoceras y F. graminearum, considerándose como resistentes. La variedad más susceptible para F. boothii fue Secano TCL96 (47.6 %), y para F. camptoceras (54.3

%) y F. graminearum (43.3 %) fue Caborca TCL79. El peso de grano por espiga se vio afectado hasta en un 90 % en el caso de la variedad Secano TCL96 considerada como susceptible a la enfermedad. Es importante considerar en los programas de mejoramiento genético de cereales la incorporación de resistencia a diversas especies de Fusarium en el cultivo de triticale en México.