Fisiopatología de la interacción caña de azúcar – virus del mosaico

Síntesis

La investigación realizada tiene como objetivos fundamentales los siguientes:

•  Realizar la modelación biológica de la interacción caña de azúcar-virus del mosaico a través del estudio de diferentes variables bioquímico-fisiológicas y morfológicas, así como la ultraestructura celular, a fin de explicar el diferente comportamiento de nuestras variedades ante este virus y establecer indicadores para la diferenciación de plantas resistentes y susceptibles a este patógeno.

•  Evaluar, fisiopatológicamente, variedades de interés comercial frente a diferentes aislamientos del virus del mosaico (VMCA) con vistas a brindar criterios que eleven la eficiencia en los programas de mejoramiento para esta enfermedad.

Para cumplimentar el primer objetivo, se utilizaron 4 variedades de caña de azúcar, consideradas como patrones de resistencia y susceptibilidad a causa de su comportamiento diferente ante el VMCA: CP31-294 y B34104 (altamente susceptibles), PR980 (medianamente susceptible) y My53174 (resistente). El inóculo fue obtenido a partir de hojas de caña de azúcar de la variedad CP 31-294, infectada con el asilamiento número 2 del VMCA y la infección artificial de las plantas se llevó a cabo por inoculación mecánica, mediante el método del tapón. Las plantas se agruparon en conjuntos de 50 por cada tratamiento, los cuales fueron: plantas no inoculadas, plantas inoculadas con agua (controles sanos) y plantas inoculadas con VMCA. Las evaluaciones de las variables estudiadas se realizaron a los 7, 14, 28 y 35 d posteriores a la inoculación. Para la evaluación de variedades frente a diferentes aislamientos del VMCA, fueron utilizadas 6 variedades comerciales de caña de azúcar de importancia para la producción azucarera (2, 3, y 4), obtenidos sobre el hospedante diferencial CP31-294, así como la mezcla de éstos existente en el material foliar enfermo de la variedad B 34104. La inoculación se realizó con cada uno de los aislamientos del VMCA. La evaluación fisiopatológica de las plantas agrupadas según los tratamientos mencionados, se realizó a los 7 y 28 d de posinoculación; se utilizaron las variables porcentaje de infección, concentración viral, actividad nitrato reductasa, así como electroforesis de isoperaxidasas. Se realizaron, además, análisis ultraestructurales. Para el procesamiento estadístico de los datos fueron empleados el análisis de varianza tri y bifactorial, el análisis de regresión simple, análisis de componentes principales y discriminante, así como la prueba de Newman-Keuls a 5 % de significación. El modelo biológico propuesto para la interacción caña de azúcar-virus del mosaico, permite deducir que el comportamiento de una variedad como resistente o susceptible, está condicionado a la capacidad que tengan estas plantas para desencadenar un mecanismo activo de susceptibilidad que favorezca el desarrollo de las partículas virales dentro de las células hospedantes. Las plantas susceptibles y medianamente susceptibles son capaces de experimentar estimulaciones de las enzimas nitrato reductasa y ribonucleasa en etapas tempranas de posinoculación para favorecer la formación de las partículas virales, mientras que las enzimas fenilalanina amonioliasa, peroxidasa y polifenoloxidasa, aumentan su actividad en períodos avanzados de la infección como parte de los mecanismos de defensa de la planta ante la infección. En esta etapa se producen alteraciones notables en el metabolismo energético de las plantas enfermas, como vía para suplir la energía empleada a favor de la síntesis viral y se produce la inducción de una nueva proteína con un peso molecular de 54 000 dalton. El análisis de la ultraestructura celular permitió observar en las plantas infectadas, partículas virales típicas del mosaico, así como alteraciones en los cloroplastos, mitocondrias y núcleos que fueron más marcadas en el caso del aislamiento 3. También se detectaron inclusiones citoplasmáticas en las plantas enfermas con el aislamiento 2. Los resultados obtenidos permiten plantear que la resistencia que caracteriza a la caña de azúcar frente al VMCA, responde a un modelo negativo, en el cual la resistencia del cultivar puede ser explotada en el mejoramiento de las plantas por la modificación o supresión de algunas funciones que están en el hospedante. Las variables fisiopatológicas: porcentaje de infección, altura, concentración viral y actividad nitrato reductasa, permitieron diferenciar sobre la variedad CP 31-294 las plantas infectadas con los aislamientos 2, 3 y 4 del virus del mosaico, mientras que los patrones de isoperoxidasas tuvieron un comportamiento diferencial sólo en caso del aislamiento 3. Estos aislamientos mostraron diferencias en cuanto a su poder infectivo sobre las variedades comerciales analizadas; en este sentido se destacan los aislamientos 1 y 2, cuya infección predominó en la mayoría de las variedades estudiadas. En plantas infectadas la actividad nitrato reductasa, así como la relación de los valores de actividad de las plantas enfermas y sanas, permiten detectar variedades con interacción diferencial para los aislamientos 2 y 4, corroborando los datos obtenidos para el porcentaje de infección y puede ser útil en la clasificación de individuos a pesar de que éstos no expresen una sintomatología externa que se corresponda con la concentración viral existente en las células vegetales.

Physiopathology of sugarcane-mosaic interaction

Summary

The main objectives of this study were as follows:

Biological modelation of the interaction among sugarcane and mosaic virus through the study of different biochemical, physiological and morphological variables, and cell ultra structure in order to explain the different variety response to this virus and to establish indices to identify resistant from susceptible plants. The physiopathological evaluation of commercial varieties response to different SCMV isolations for increasing the efficiency of breeding for mosaic virus resistance.

Four sugarcane varieties considered as SCMV resistance and susceptibility patterns were utilized for achieving the first objective. These were the highly susceptible CP31-294 and B34104, the medium susceptible PR980 and the resistant My53174. Inoculum was obtained from sugarcane leaves of CP31-294 infected with SCMV isolation No. 2 and the artificial infection of plants was carried out through mechanical inoculation utilizing the plug method.

Plants were allocated in groups of 50 per treatment, namely, non inoculated plants, plants inoculated with water (healthy controls) and plants inoculated with SCMV. Evaluation of the variables studied was performed at 7, 14, 28 and 35 days after inoculation.

Six commercial sugarcane varieties were utilized for evaluating the response of these varieties to different virus isolations (No. 2, 3 and 4) obtained on the differential host CP31-294 and a mixture of them present on the foliar diseased material of variety B34104. Physiopathological evaluation of plants grouped according to treatments was carried out at 7 and 28 days postinoculation. Variables measured were infection percentage, virus concentration, nitrate reductase activity and isoperoxidases electrophoresis. Ultrastructure analyses were also performed. Data were submitted to tri and bifactorial variance analyses, simple regression, main components and discriminant analyses and also to Newman-Keuls significance test at 5% probability. The biological model proposed for sugarcane-mosaic virus interaction allowed to determine that variety performance as susceptible or resistant depends on their ability for unchaining an active susceptibility mechanism favouring virus particles development within the host cells. Susceptible and medium susceptible plants are able to respond to nitrate reductase and ribonuclease stimulations early after inoculation favouring virus particles formation while enzymes phenilalanina ammoniolyase, peroxidase and polyphenoloxidase increased their activity in advanced infection periods as part of the plant defense mechanism against infection. Marked disturbances of energy metabolism are evident at this stage in disease plants as a means for supplying the energy required by virus synthesis and a new protein with a molecular weight of 54 000 dalton in then induced. Analysis of cell ultra structure allowed detecting typical mosaic virus particle in infected plants together with chloroplast, mitochondria and nuclei disturbances which were more marked with isolation No.3. Cytoplasmic inclusions were also found in diseased plants with isolation No.2. From de results obtained it is possible to draw the conclusion that sugarcane resistance to the SCMV follows a negative model and the possibility exists of exploiting this resistance in plant breeding modifying or supressing some host functions. Physiopathological variables such as infection percentage, virus concentration and nitrate reductase activity allowed to differ CP31-294 plants infected whit mosaic virus isolations No. 2, 3 and 4 while isoperoxidase patterns only differed isolation No.3. These isolations differed in their infective potential shown on the commercial varieties studied. Isolations No. 1 and 2 infected most varieties tested. Nitrate reductase activity and the rate among activity figures on diseased and healthy plants made possible the detection of those varieties with differential interaction with isolations 2 and 4.The latter confirmed previous data on infection percentage and could also be useful for classifying those individuals which external symptomatology does not correspond with virus concentration in plants cells.