epidemiología de las enfermedades de las plantas

La epidemiología de las enfermedades de las plantas es el estudio de las enfermedades en las poblaciones vegetales. Al igual que las enfermedades de los humanos y otros animales, las enfermedades de las plantas se producen debido a patógenos como bacterias , virus , hongos , oomicetos , nematodos , fitoplasmas , protozoos y plantas parásitas . ^{[ 1 ]} Los epidemiólogos de enfermedades de las plantas se esfuerzan por comprender la causa y los efectos de las enfermedades y desarrollan estrategias para intervenir en situaciones donde pueden ocurrir pérdidas de cosechas. Se utilizan métodos destructivos y no destructivos para detectar enfermedades en las plantas. Además, comprender las respuestas del sistema inmunitario de las plantas beneficiará aún más y limitará la pérdida de cosechas. Por lo general, una intervención exitosa dará como resultado un nivel de enfermedad lo suficientemente bajo como para ser aceptable, dependiendo del valor de la cosecha.

La epidemiología de las enfermedades de las plantas se suele abordar desde un enfoque multidisciplinario, que requiere perspectivas biológicas , estadísticas , agronómicas y ecológicas . La biología es necesaria para comprender el patógeno y su ciclo de vida. También es necesaria para comprender la fisiología del cultivo y cómo el patógeno lo afecta negativamente. Las prácticas agronómicas suelen influir en la incidencia de enfermedades, para bien o para mal. Las influencias ecológicas son numerosas. Las especies nativas de plantas pueden servir como reservorios de patógenos que causan enfermedades en los cultivos. Los modelos estadísticos se aplican con frecuencia para resumir y describir la complejidad de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, de modo que los procesos de enfermedad puedan comprenderse más fácilmente. ^{[ 2 ] [ 3 ]} Por ejemplo, las comparaciones entre los patrones de progresión de enfermedades para diferentes enfermedades, cultivares, estrategias de manejo o entornos ambientales pueden ayudar a determinar la mejor manera de manejar las enfermedades de las plantas. Las políticas pueden influir en la aparición de enfermedades, a través de acciones como las restricciones a las importaciones de fuentes donde se presenta una enfermedad.

En 1963, J. E. van der Plank publicó "Enfermedades de las plantas: Epidemias y control", proporcionando un marco teórico para el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas. ^{[ 4 ]} Este libro ofrece un marco teórico basado en experimentos con diversos sistemas huésped-patógeno e impulsó rápidamente el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, especialmente en el caso de los patógenos foliares fúngicos. Gracias a este marco, ahora podemos modelar y determinar los umbrales de las epidemias que se producen en un entorno homogéneo, como un campo de monocultivo. ^{[ 4 ]}

Las epidemias de enfermedades en las plantas pueden causar enormes pérdidas en el rendimiento de los cultivos, además de amenazar con aniquilar una especie entera , como ocurrió con la grafiosis del olmo y podría suceder con la muerte súbita del roble . Una epidemia de tizón tardío de la patata, causada por Phytophthora infestans , provocó la Gran Hambruna Irlandesa y la pérdida de muchas vidas. ^{[ 5 ]}

Comúnmente, los elementos de una epidemia se conocen como el “triángulo de la enfermedad”: un huésped susceptible, un patógeno y un ambiente propicio. ^{[ 1 ]} Para que se produzca una enfermedad, deben estar presentes los tres. A continuación se muestra una ilustración de este punto. Donde coinciden los tres elementos, hay una enfermedad. El cuarto elemento que falta en esta ilustración para que se produzca una epidemia es el tiempo. Mientras estos tres elementos estén presentes, la enfermedad puede iniciarse; una epidemia solo se producirá si los tres continúan presentes. Sin embargo, cualquiera de los tres puede eliminarse de la ecuación. El huésped puede superar la susceptibilidad, como ocurre con la resistencia de las plantas adultas a altas temperaturas, ^{[ 6 ]} el ambiente cambia y deja de ser propicio para que el patógeno cause la enfermedad, o el patógeno se controla mediante la aplicación de un fungicida.

En ocasiones , se añade un cuarto factor, el tiempo , ya que el momento en que se produce una infección en particular y la duración de las condiciones para que esta infección sea viable también pueden desempeñar un papel importante en las epidemias. ^{[ 1 ]} La edad de la especie vegetal también puede influir, dado que ciertas especies modifican sus niveles de resistencia a las enfermedades a medida que maduran; en un proceso conocido como resistencia ontogénica. ^{[ 1 ]}

Si no se cumplen todos los criterios, como la presencia de un huésped susceptible y un patógeno, pero el entorno no es propicio para que el patógeno infecte y cause la enfermedad, esta no puede desarrollarse. Por ejemplo, se siembra maíz en un campo con residuos de maíz que contienen el hongo Cercospora zea-maydis , agente causal de la mancha gris del maíz, pero si el clima es demasiado seco y no hay humedad en las hojas, las esporas del hongo en los residuos no pueden germinar e iniciar la infección.

De igual modo, si el huésped es susceptible y el ambiente favorece el desarrollo de la enfermedad, pero el patógeno no está presente, no hay enfermedad. Siguiendo el ejemplo anterior, si se siembra maíz en un campo arado donde no hay residuos de maíz y está presente el hongo Cercospora zea-maydis , agente causal de la mancha gris de la hoja del maíz, pero las condiciones climáticas provocan períodos prolongados de humedad en las hojas, no se inicia la infección.

Cuando un patógeno necesita un vector para propagarse, para que se produzca una epidemia, el vector debe ser abundante y estar activo.

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  Ilustración del triángulo de enfermedades de las plantas

Existen diversas maneras de detectar una enfermedad, tanto destructivas como no destructivas. Para comprender la causa, los efectos y la cura de una enfermedad, el método no destructivo resulta más conveniente. Se trata de técnicas que no requieren preparación de muestras ni procesos repetitivos para medir y observar el estado de salud de las plantas. ^{[ 7 ]} Los enfoques no destructivos pueden incluir el procesamiento de imágenes, técnicas basadas en imágenes, espectroscopia y teledetección.

La fotografía, la imagen digital y la tecnología de análisis de imágenes son herramientas útiles para el procesamiento de imágenes. Se extraen datos valiosos de estas imágenes y luego se analizan para detectar enfermedades. Pero antes de cualquier análisis, la adquisición de imágenes es el primer paso. Este paso consta de tres etapas. Primero, la energía, que es la fuente de luz que ilumina el objeto de interés. Segundo, el sistema óptico, como una cámara, para enfocar la energía. Tercero, la energía medida por el sensor. Para continuar con el procesamiento de imágenes, existe un preprocesamiento donde se puede asegurar que no haya factores como el fondo, el tamaño, la forma de la hoja, la luz y los efectos de la cámara que afecten el análisis. Después del preprocesamiento, se utiliza la segmentación de imágenes para dividir la imagen entre regiones de enfermedad y no enfermedad. En estas imágenes, hay características de color, textura y forma que se pueden extraer y utilizar para el análisis. ^{[ 7 ]}

Los métodos de detección basados ​​en imágenes se componen principalmente de dos técnicas: la imagen por fluorescencia y la imagen hiperespectral. La imagen por fluorescencia permite identificar las condiciones metabólicas de la planta. Para ello, se utiliza una herramienta que ilumina el complejo de clorofila de la planta. ^{[ 7 ]} La imagen hiperespectral se utiliza para obtener imágenes reflejadas. Estos métodos se basan en la divergencia de información espectral (SID), que permite evaluar la reflectancia espectral analizando las bandas de longitud de onda. ^{[ 7 ]}

Otro método no destructivo es la espectroscopia. En este caso, intervienen el espectro electromagnético y la materia. Existen la espectroscopia visible e infrarroja, la espectroscopia de fluorescencia y la espectroscopia de impedancia eléctrica. Cada técnica proporciona información sobre los tipos de energía de radiación, los tipos de material, la naturaleza de la interacción, entre otros datos. ^{[ 7 ]}

Finalmente, el último enfoque no destructivo es la aplicación de la teledetección en enfermedades de las plantas. En este caso, los datos se obtienen sin necesidad de estar presente físicamente en la planta durante la observación. La teledetección se divide en hiperespectral y multiespectral. La hiperespectral proporciona una alta resolución espectral y espacial. La teledetección multiespectral permite determinar la gravedad de la enfermedad. ^{[ 7 ]}

A partir de 2015Existe la necesidad de seguir desarrollando pruebas de anticuerpos y marcadores moleculares para detectar nuevos patógenos y la aparición de patógenos conocidos en nuevos huéspedes, así como la necesidad de una mayor integración global de la cuarentena y la vigilancia . ^{[ 8 ]}

Las plantas pueden mostrar muchos signos o evidencias físicas de infecciones fúngicas, virales o bacterianas. Esto puede variar desde royas o mohos hasta no mostrar nada en absoluto cuando un patógeno invade la planta (ocurre en algunas enfermedades virales en plantas). ^{[ 9 ]} Los síntomas que son efectos visibles de las enfermedades en la planta consisten en cambios en el color, la forma o la función. ^{[ 9 ]} Estos cambios en la planta se coordinan con su respuesta a patógenos u organismos extraños que están afectando negativamente su sistema. Aunque las plantas no tienen células que puedan moverse y combatir organismos extraños ni tienen un sistema inmunitario adaptativo somático, sí tienen y dependen de la inmunidad innata de cada célula y de señales sistémicas. ^{[ 10 ]}

En respuesta a las infecciones, las plantas poseen un sistema inmunitario innato de dos ramas. La primera rama reconoce y responde a moléculas similares a clases de microbios, incluyendo microorganismos no patógenos. ^{[ 11 ]} Por otro lado, la segunda rama responde a los factores de virulencia de los patógenos, ya sea de forma directa o indirecta al huésped. ^{[ 11 ]}

Los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) se activan mediante el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos o microorganismos, conocidos como PAMP o MAMP. Esto da lugar a la inmunidad desencadenada por PAMP o inmunidad desencadenada por patrones (PTI), en la que los PRR provocan señalización intracelular, reprogramación transcripcional y biosíntesis de una respuesta compleja que disminuye la colonización. ^{[ 11 ]}

Además, los genes R, también conocidos como Inmunidad Activada por Efectores (ETI ), se activan mediante "efectores" patógenos específicos que pueden desencadenar una fuerte respuesta antimicrobiana. ^{[ 11 ]} Tanto la PTI como la ETI contribuyen a la defensa de las plantas mediante la activación de DAMP, que son compuestos asociados al daño. ^{[ 11 ]} Los cambios celulares o en la expresión génica se activan mediante la activación de canales iónicos, el estallido oxidativo, los cambios redox celulares o las cascadas de quinasas de proteínas a través de los receptores PTI y ETI. ^{[ 11 ]}

Hasta 2013, las enfermedades invasoras de los árboles habían matado a unos 100 millones de olmos combinados en el Reino Unido y Estados Unidos y a 3.500 millones de castaños americanos . ^{[ 12 ]}

• Diagnóstico a distancia mediante imágenes digitales (DDDI)
• epidemiología del paisaje
• Pronóstico de enfermedades de las plantas
• Robert Hartig
• Patología forestal
• Fitopatología con hitos históricos en patología vegetal.

• Ecología y epidemiología en el entorno de programación R : módulos de acceso abierto publicados en The Plant Health Instructor.