Interacción competitiva entre Rotylenchulus reniformis y Meloidogyne enterolobii en plantas de tomate y pepino

Introducción

México se encuentra entre los principales productores de hortalizas a nivel mundial, ocupando el noveno lugar en la producción de tomate (Solanum lycopersicum), con 4,271,914 toneladas en 2022, y el quinto lugar en la producción de pepino (Cucumis sativus), con 1,038,999 toneladas. El estado de Sinaloa destaca como el mayor productor nacional de ambas hortalizas, con 677,612 toneladas de tomate y 314,150 toneladas de pepino, respectivamente (SIAP, 2023).

Rotylenchulus reniformis y Meloidogyne enterolobii son especies de gran importancia, ubicándose entre los diez nematodos fitoparásitos más relevantes a nivel mundial, tanto por su impacto económico como por su interés científico (Jones et al., 2013). Se ha reportado que ambos nematodos ocasionan daños severos en cultivos hortícolas del estado de Sinaloa (Martínez-Gallardo et al., 2019; Salazar-Mesta et al., 2023a, 2023b; Valdez-Morales et al., 2024).

Tanto Rotylenchulus spp. como Meloidogyne spp. forman sitios de alimentación en las raíces de las plantas. Meloidogyne enterolobii es un nematodo endoparásito sedentario cuyo parasitismo implica la inducción de células gigantes en el parénquima (Starr et al., 2002; Perry y Moens, 2013). En cambio, R. reniformis es un nematodo semiendoparásito que induce la formación de sincitios, principalmente en células del periciclo (Starr et al., 2002). Aunque los sitios de infección difieren entre nematodos ectoparásitos y endoparásitos, pueden presentarse interacciones entre especies, las cuales pueden ser antagónicas o ejercer un efecto supresor sobre alguna de las especies involucradas (Khan et al., 1985; Robinson et al., 2007; Gomes et al., 2014).

Los estudios sobre interacciones entre nematodos fitoparásitos han demostrado que, al alimentarse de una misma planta, dichas relaciones pueden volverse antagónicas para alguna de las especies involucradas (Diez et al., 2003; Melakeberhan y Dey, 2003; Manzanilla-López y Starr, 2009; Ferreira et al., 2015; Fontana et al., 2018). Además, los efectos de estas interacciones dependen de la naturaleza del parasitismo y de la competencia entre especies, ya que la intensidad de la competencia aumenta con la complejidad de la interacción hospedante-parásito (Kesba et al., 2005; Moens et al., 2006; Robinson et al., 2007; Bhat y Parveen, 2012).

En nematodos fitoparásitos de los géneros Helicotylenchus, Pratylenchus y Rotylenchulus se ha demostrado que las interacciones se deben principalmente a la competencia por espacio y nutrientes (Bhat y Parveen, 2012; Ferreira et al., 2015a, 2015b; Gomes et al., 2014; Fontana et al., 2018). Asimismo, varios estudios han documentado interacciones entre R. reniformis y especies de Meloidogyne, como M. javanica y M. incognita, en distintas plantas hospedantes, incluyendo piña (Ananas comosus), algodón (Gossypium hirsutum), tomate e higuerilla (Ricinus communis).

Estos estudios han documentado que R. reniformis presenta una ventaja competitiva frente a las especies de Meloidogyne en inoculaciones conjuntas, evidenciada por una reducción en la formación de agallas en las raíces (Diez et al., 2003; Faske y Hurd, 2015; Ferreira et al., 2015a, 2015b). La interacción de M. enterolobii con nematodos lesionadores, como Helicotylenchus dihysteroides, también ha sido evaluada en plántulas de guayabo (Psidium guajava); sin embargo, los síntomas provocados por M. enterolobii se observaron tanto en tratamientos de inoculación individual como combinada (Gomes et al., 2014).

Hasta el momento, no se han estudiado las interacciones entre M. enterolobii y R. reniformis en plantas de tomate y pepino; sin embargo, se ha sugerido que R. reniformis podría tener una ventaja competitiva sobre el nematodo formador de agallas debido a su alto grado de parasitismo (Diez et al., 2003; Robinson, 2007; Aryal et al., 2011). Por ello, el objetivo de este estudio fue determinar la interacción competitiva entre R. reniformis y

M. enterolobii en plantas de tomate y pepino bajo condiciones de invernadero.

Materiales y métodos

Los experimentos se realizaron en condiciones de invernadero entre diciembre de 2022 y mayo de 2023. Las semillas de tomate (Solanum lycopersicum) cv. Imperial y de pepino (Cucumis sativus) cv. Zeus se germinaron en charolas de 60 cavidades con sustrato estéril (Peat Moss). A los 21 días de la germinación, las plántulas se inocularon directamente en las mismas charolas con 2,000 juveniles (J2) de cada nematodo (R. reniformis y M. enterolobii). La unidad experimental consistió en una planta por cavidad. Los tratamientos fueron los siguientes: T1 = R. reniformis; T2 = M. enterolobii; T3 = inoculación inicial con R. reniformis y, 15 días después, con M. enterolobii; T4 = inoculación inicial con M. enterolobii y, 15 días después, con R. reniformis; T5 = ambas especies inoculadas el mismo día; T6 = testigo sin inocular. Las poblaciones de R. reniformis y M. enterolobii utilizadas en este estudio fueron previamente caracterizadas e identificadas mediante análisis morfológicos y moleculares por Valdez-Morales et al. (2024) y Salazar Mesta et al. (2023a), respectivamente.

Las evaluaciones se realizaron a los 30 y 50 días después de la inoculación (ddi). Se midieron tres variables: el factor de reproducción (FR) de cada nematodo, el índice de agallamiento para M. enterolobii y el porcentaje de necrosis en raíz para R. reniformis. Para calcular el índice de agallamiento, se extrajeron las raíces, se lavaron con agua corriente y se contó el número de agallas por raíz en cada tratamiento.

El factor de reproducción se calculó con la fórmula FR = Pf/Pi, donde Pi es la población inicial de nematodos al momento de la inoculación y Pf la población final al momento de la extracción de las raíces (Ferris et al., 1993). Las raíces se tiñeron con fucsina ácida al 1% (Byrd et al., 1983), y las hembras y masas de huevos de cada especie se observaron y contaron con un microscopio estereoscópico. Asimismo, los juveniles y machos se extrajeron del sustrato asociado a cada raíz utilizando el método del embudo de Baermann y el método de tamizado de Cobb (Christie y Perry, 1951).

Análisis estadístico. El experimento se estableció bajo un diseño completamente aleatorizado con tres factores, seis tratamientos y tres repeticiones. Las variables de respuesta fueron el factor de reproducción de ambos nematodos y la severidad de la enfermedad, evaluada mediante el índice de agallamiento para M. enterolobii y el porcentaje de necrosis radical causada por R. reniformis. La necrosis radical se estimó visualmente utilizando una escala de 1 a 100 %, basada en el grado de daño observado en las raíces (Speijer y De Waele, 1997; Nega y Fetena, 2015). El índice de agallamiento (IA) se determinó con la escala de Taylor y Sasser (1978), en la que: 0 = sin agallas, 1 = 1-2 agallas, 2 = 3-10 agallas, 3 = 11-30 agallas, 4 = 31-100 agallas y 5 = más de 100 agallas. Los datos obtenidos se transformaron utilizando log(x + 1) para homogeneizar la varianza. Las medias transformadas se compararon mediante la prueba LSD de Fisher (P

< 0.05), utilizando el software SAS versión 9.3 (SAS Institute, Cary, North Carolina, USA).

Resultados

Reproducción y patogenicidad de R. reniformis y M. enterolobii. Durante el ensayo, los niveles iniciales de inóculo de ambos nematodos aumentaron, y el factor de reproducción varió según el hospedante. No obstante, M. enterolobii presentó un factor de reproducción (FR) significativamente más alto en ambos cultivos: 41.9 en pepino y

20.9 en tomate, en comparación con R. reniformis, que alcanzó valores de 7 en pepino y

1.8 en tomate (Figuras 1 A, C y 2 A, C).

En plantas de pepino, se observaron hembras maduras y masas de huevos de ambos nematodos en todos los tratamientos inoculados a los 30 días después de la inoculación (ddi) (Figuras 3A, C, E). En cambio, en plantas de tomate, M. enterolobii presentó tanto hembras maduras como masas de huevos a los 30 ddi, mientras que R. reniformis solo mostró hembras maduras, sin formación de masas de huevos. La mayor actividad reproductiva de ambos nematodos se registró a los 50 ddi, con presencia de hembras maduras y masas de huevos en ambas especies vegetales (Figuras 3B, D, F).

Tanto R. reniformis como M. enterolobii presentaron diferencias significativas entre tratamientos en ambas especies vegetales. De manera destacada, ambos nematodos alcanzaron un mayor factor de reproducción (FR) cuando se inocularon de forma individual (T1 y T2), con valores de 49.1 y 20.9 en plantas de pepino, y de 7 y 1.8 en plantas de tomate, respectivamente, en comparación con los tratamientos de inoculación combinada (T3, T4 y T5). En los tratamientos donde una especie se inoculó primero y la otra a los 15 días después (T3 y T4), la especie inoculada inicialmente presentó un mayor número de hembras, huevos y juveniles, lo que resultó en un FR más alto (Cuadro 1), así como una mayor severidad de síntomas en comparación con la especie inoculada en segundo lugar (Figuras 1 y 2).

Rotylenchulus reniformis mostró un mayor factor de reproducción (FR) cuando se inoculó de forma individual en plantas de pepino y tomate; sin embargo, su FR disminuyó notablemente al ser co-inoculado con M. enterolobii en la misma raíz. En particular, R. reniformis registró una reducción del FR hasta de 83 % en raíces de pepino y un 88 % en tomate, en comparación con el tratamiento en el que se inoculó solo. Además, cuando R. reniformis se inoculó primero y M. enterolobii 15 días después, la reproducción de R. reniformis se redujo en un 58 % en raíces de pepino y un 44 % en raíces de tomate, debido a la presencia de M. enterolobii (Figuras 2A, C).

Meloidogyne enterolobii también presentó un mayor factor de reproducción (FR) en las inoculaciones individuales; no obstante, su FR se redujo en un 76 % en pepino y un 66 % en tomate cuando fue co-inoculado con R. reniformis (Figuras 1A, C).

Severidad de los síntomas causados por R. reniformis y M. enterolobii. Todas las plantas inoculadas con R. reniformis presentaron síntomas de necrosis radical, y todos los tratamientos inoculados con M. enterolobii mostraron formación de agallas. Ambos nematodos causaron síntomas en las raíces a los 30 días después de la inoculación (ddi), con una mayor severidad observada a los 50 ddi (Figuras 4 y 5). En ambos hospedantes, todos los tratamientos con R. reniformis y M. enterolobii mostraron diferencias significativas (P < 0.05) en comparación con el testigo sin inocular.

A los 50 ddi, R. reniformis provocó un 93.3 % de necrosis en raíces de tomate y un

58.3 % en raíces de pepino. Sin embargo, cuando se co-inoculó con M. enterolobii, el porcentaje de necrosis se redujo en un 82 % en pepino y un 85 % en tomate. Es decir, la presencia de M. enterolobii en la misma raíz disminuyó la severidad de los síntomas causados por R. reniformis en ambos cultivos (Figuras 1D y 2D).

Meloidogyne enterolobii presentó un comportamiento similar: las inoculaciones individuales generaron síntomas más severos, mientras que en co-inoculación con R. reniformis, el índice de agallamiento (IA) disminuyó. El tratamiento T3 (donde R. reniformis se inoculó primero y M. enterolobii 15 días después) mostró la menor severidad de síntomas, con reducciones del IA de 76 % en raíces de pepino y 60 % en tomate (Figuras 1B y 2B). En conjunto, la presencia de R. reniformis en la misma raíz redujo la severidad de los síntomas causados por M. enterolobii en ambos cultivos (Figuras 4 y 5).

Cabe destacar que la mayor severidad en raíces de pepino y tomate se observó en los tratamientos con co-inoculación simultánea, donde se presentaron síntomas combinados de necrosis, agallas, raquitismo, entre otros (Figuras 4D y 5D).

Discusión

En este estudio, tanto M. enterolobii como R. reniformis se reprodujeron y causaron síntomas en raíces de pepino y tomate. No obstante, ambos nematodos presentaron factores de reproducción (FR) más altos y generaron síntomas más severos en pepino, lo que indicó que este cultivo es un hospedante más susceptible. Este resultado coincide con lo reportado por Salazar-Mesta et al. (2023b), quienes señalaron que el pepino es más susceptible a M. enterolobii en comparación con el tomate y el chile (Capsicum annuum). Esta mayor susceptibilidad podría deberse al mayor tamaño y grado de ramificación del sistema radical del pepino en relación con el del tomate, lo que incrementa la cantidad de exudados radicales detectables por los nematodos mediante sus órganos sensoriales. Además, los exudados de raíz del pepino están compuestos principalmente por azúcares y compuestos preferidos por los nematodos, como el estigmasterol, mientras que las raíces de tomate liberan principalmente compuestos fenólicos, esteroles, terpenoides, glucósidos y otras sustancias menos atractivas para ellos (Mateos y Leal, 2003; Lagunes

y Zavaleta, 2016).

Tanto R. reniformis como M. enterolobii alcanzaron sus mayores factores de reproducción a los 50 días después de la inoculación, lo cual era esperado, ya que ambos nematodos suelen completar su ciclo reproductivo (formación de masas de huevos) entre los 18 y 30 días posteriores a la inoculación en hospedantes como el tomate, la berenjena (Solanum melongena) y el pepino (Salazar-Mesta et al., 2023a, 2023b; Valdez-Morales et al., 2024).

Los resultados indicaron que una reducción en el FR de ambos nematodos también conllevó una disminución en la severidad de los síntomas. Se ha observado que el FR está estrechamente relacionado con la severidad de los daños en las raíces. Estudios previos han reportado que un aumento en el FR de M. enterolobii incrementa el número de agallas en plantas de tomate y chile (Salazar-Antón et al., 2014; Salazar-Mesta et al., 2023b; Salazar-Mesta et al., 2024). De manera similar, se ha asociado un mayor FR de R. reniformis con un aumento en el porcentaje de necrosis en raíces de caupí (Vigna unguiculata), algodón y tomate (Aryal, 2011; Karthika et al., 2020).

En plantas de tomate, la reproducción de M. enterolobii se redujo en presencia de R. reniformis, independientemente del orden de inoculación. Los tratamientos T3, T4 y T5 no mostraron diferencias estadísticas significativas entre sí (Figura 5). Esta reducción podría atribuirse a la alta tasa reproductiva de M. enterolobii en comparación con R. reniformis. En condiciones favorables, el ciclo de vida de la mayoría de las especies de Meloidogyne, incluida M. enterolobii, se completa en 25-30 días, y cada hembra puede producir entre 500 y 1,000 huevos por masa (Da Silva et al., 2019; Philbrick et al., 2020). En contraste, R. reniformis completa su ciclo de vida en 18-25 días, con una producción de 30 a 200 huevos por hembra en condiciones óptimas (Robinson, 2002).

La duración del ciclo de vida de los nematodos fitoparásitos depende en gran medida de la temperatura del suelo (Bridge y Starr, 2007). La temperatura óptima para el desarrollo de M. enterolobii se encuentra entre 20 y 30 °C (Greco y Di Vito, 2009; Tomaz et al., 2021), mientras que para R. reniformis varía entre 23 y 30 °C (Starr et al., 2002). Nuestros experimentos se realizaron a temperaturas cercanas a estos rangos óptimos: el primer ensayo se llevó a cabo entre 18 y 30 °C, y el segundo entre 20 y 35 °C.

En plantas de pepino, R. reniformis mostró un comportamiento similar al de M. enterolobii en cuanto al factor de reproducción y la severidad de los síntomas en los tratamientos donde ambos nematodos se inocularon simultáneamente. Esto sugiere que la reproducción de los nematodos depende en gran medida de la susceptibilidad del hospedante. Diversos autores han señalado que R. reniformis posee un amplio rango de hospedantes, siendo el pepino y la berenjena algunos de los más favorables para su desarrollo (Starr et al., 1991; Robinson et al., 1997; Vhadera et al., 2001; Valdez-Morales et al., 2024). Además, se ha reportado que las densidades poblacionales de R. reniformis están directamente relacionadas con la susceptibilidad del hospedante (Davis et al., 2003; Stetina et al., 2007; Moore y Lawrence, 2013).

En las inoculaciones combinadas, la especie de nematodo que se inoculó primero, ya fuera M. enterolobii o R. reniformis, presentó un mayor factor de reproducción tanto en plantas de tomate como de pepino. Este resultado podría deberse a la concentración inicial de unidades infectivas de la primera especie en la raíz, lo que genera competencia por espacio con la segunda especie. Esta reducción en la penetración influye directamente en la competencia entre ambos nematodos. Una población inicial elevada puede deteriorar los sitios de infección y provocar la acumulación de desechos metabólicos, lo que afecta el desarrollo de los nematodos. Por lo tanto, cuando las poblaciones son excesivas, el FR tiende a disminuir debido a la limitada disponibilidad de alimento y espacio (Salazar- Antón et al., 2013).

Estos hallazgos coinciden con estudios previos que han evaluado la interacción de R. reniformis con distintas especies de Meloidogyne en cultivos de algodón, piña y ricino (Diez et al., 2003; Aryal et al., 2011), los cuales proponen la competencia por espacio y nutrientes como mecanismo principal de la interacción antagónica entre nematodos. Sin embargo, investigaciones más recientes han concluido que una infección previa del hospedante con Rotylenchulus o Meloidogyne puede inducir una mayor resistencia frente a la otra especie mediante la activación de defensas sistémicas (Aryal et al., 2011; Aryal et al., 2012; Osman et al., 2012). Esta resistencia, mediada por la vía del ácido salicílico (Van Loon et al., 2006), fortalece los sistemas naturales de defensa de la planta frente a infecciones posteriores y proporciona una resistencia de amplio espectro contra diversos patógenos, incluidos los nematodos fitoparásitos (Osman et al., 2012).

Este estudio demostró que, en las co-inoculaciones, R. reniformis fue la especie más afectada en términos de factor de reproducción y severidad de los síntomas ocasionados, en comparación con M. enterolobii, tanto en plantas de tomate como de pepino. Este hallazgo contrasta con lo reportado por otros autores, quienes han señalado que R. reniformis suele tener una ventaja competitiva sobre especies del género Meloidogyne (Diez et al., 2003; Faske y Hurd, 2015; Ferreira et al., 2015). Los efectos de las interacciones entre nematodos están estrechamente vinculados con la naturaleza del parasitismo y la competencia entre especies, ya que la intensidad de esta competencia aumenta con la complejidad de la interacción entre el hospedante y el parásito (Kesba et al., 2005; Robinson et al., 2007).

El parasitismo de M. enterolobii se caracteriza por la inducción de células gigantes en el parénquima (Starr et al., 2002; Perry et al., 2009; Perry y Moens, 2013). Mediante su estilete, este nematodo introduce moléculas efectoras, principalmente enzimas pectolíticas y celulolíticas que reprograman la expresión génica del hospedante, alterando su metabolismo, fisiología y estructura celular para formar sitios de alimentación especializados. Como respuesta, la planta activa diversos mecanismos de defensa, entre ellos el aumento en la actividad de enzimas clave de la vía del fenilpropanoide, responsable de la síntesis de metabolitos secundarios con propiedades antimicrobianas y de monómeros de lignina, los cuales cumplen funciones estructurales y protectoras en los tejidos vegetales (Lagunes-Fortiz y Zavaleta-Mejía, 2016).

Por su parte, R. reniformis es un nematodo semiendoparásito que induce la formación de sincitios, principalmente en células del periciclo (Starr et al., 2002). Las hembras insertan su estilete en células del endodermo del hospedante y liberan una combinación de moléculas efectoras, entre las que se encuentran péptidos miméticos de las familias CLE y CEP (Eves-Van den Akker et al., 2016; Wubben et al., 2015). Estas moléculas provocan la lisis de la pared celular en la célula inicial y en células adyacentes del periciclo, lo que permite la fusión de sus citoplasmas y la formación de un único sincitio funcional (Wubben et al., 2015). La actividad de estas células efectoras está regulada por genes asociados al parasitismo, como glutathione peroxidase, pectin lyase, polygalacturonase, β-1,4-endoglucanase, β-1,4-endoxylanase y chorismate mutase (Wubben et al., 2010).

Además de la naturaleza del parasitismo de cada nematodo, diversos factores bioquímicos y moleculares pueden influir en su interacción competitiva. Ambas especies modifican el metabolismo y la expresión génica de la planta hospedante. Estudios previos han demostrado que los nematodos formadores de agallas alteran la expresión de genes relacionados con el control del ciclo celular, la modificación de la pared celular y la regulación hormonal para inducir la formación de células gigantes en las raíces (Cabrera et al., 2015; Wieczorek, 2015). Tanto los nematodos reniformes como los formadores de agallas suprimen las vías de señalización asociadas a las defensas de la planta durante todo el desarrollo de sus estructuras de alimentación (Jaouannet et al., 2013; Quentin et al., 2013).

Varios genes implicados en el parasitismo y en la formación de agallas se han identificado previamente (Mathesius, 2003). Por ejemplo, el gen nodulin N-26, que codifica una acuagliceroporina, se activa tanto durante la formación de agallas por nematodos formadores de nódulos como durante el parasitismo por nematodos reniformes (Favery et al., 2002). De forma similar, la quinasa receptora con repeticiones ricas en leucina (LRR) SYMRK/NORK, parte de un complejo receptor involucrado en la percepción de nematodos formadores de agallas, también ha demostrado tener un papel en el parasitismo de R. reniformis (Endre et al., 2002; Stracke et al., 2002; Weerasinghe et al., 2005; Redding et al., 2018).

Para comprender a fondo los mecanismos que determinan la interacción competitiva entre M. enterolobii y R. reniformis en plantas de tomate y pepino, se recomienda realizar estudios complementarios a nivel fisiológico, bioquímico y molecular.

Conclusiones

En las inoculaciones individuales, Meloidogyne enterolobii y Rotylenchulus reniformis alcanzaron los valores más altos de factor de reproducción (FR) y severidad de la enfermedad en raíces de tomate y pepino. En los tratamientos donde una especie se inoculó antes que la otra, la especie inoculada primero mostró un FR más elevado y causó síntomas más severos. En las co-inoculaciones simultáneas, ambos nematodos redujeron su FR y provocaron una menor severidad de síntomas en ambos cultivos. Sin embargo, en plantas de tomate, la reproducción de R. reniformis se vio más afectada que la de M. enterolobii.