La epidemiología de las enfermedades de las plantas es el estudio de las enfermedades en las poblaciones de plantas. Al igual que las enfermedades de los seres 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 desarrollar estrategias para intervenir en situaciones en las que pueden ocurrir pérdidas de cultivos. Se utilizan métodos destructivos y no destructivos para detectar enfermedades en las plantas. Además, comprender las respuestas del sistema inmunológico de las plantas beneficiará aún más y limitará la pérdida de cultivos. Normalmente, una intervención exitosa conducirá a un nivel de enfermedad lo suficientemente bajo como para ser aceptable, dependiendo del valor del cultivo.
La epidemiología de las enfermedades de las plantas a menudo se analiza 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 necesario para comprender la fisiología del cultivo y cómo el patógeno lo afecta negativamente. Las prácticas agronómicas a menudo influyen 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. A menudo se aplican modelos estadísticos para resumir y describir la complejidad de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, de modo que los procesos patológicos puedan comprenderse más fácilmente. [2] [3] Por ejemplo, las comparaciones entre patrones de progreso de enfermedades para diferentes enfermedades, cultivares, estrategias de manejo o entornos ambientales pueden ayudar a determinar cuál es la mejor manera de manejar las enfermedades de las plantas. Las políticas pueden influir en la aparición de enfermedades, a través de acciones como restricciones a las importaciones procedentes de fuentes donde se produce una enfermedad.
En 1963, JE 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 proporciona un marco teórico basado en experimentos en muchos sistemas patógenos huéspedes diferentes y avanzó rápidamente en el estudio de la epidemiología de las enfermedades de las plantas, especialmente para los patógenos foliares fúngicos. Utilizando este marco, ahora podemos modelar y determinar umbrales para epidemias que tienen lugar en un entorno homogéneo, como un campo de cultivo monocultural. [4]
Las epidemias de enfermedades en las plantas pueden causar enormes pérdidas en el rendimiento de los cultivos y amenazar con acabar con una especie entera , como fue el caso de la enfermedad del olmo holandés y podría ocurrir con la muerte súbita del roble . Una epidemia de tizón tardío de la papa, causada por Phytophthora infestans , provocó la Gran Hambruna irlandesa y la pérdida de muchas vidas. [5]
Comúnmente, los elementos de una epidemia se denominan “triángulo de la enfermedad”: un huésped susceptible, un patógeno y un entorno propicio. [1] [ página necesaria ] Para que se produzca una enfermedad, las tres deben estar presentes. A continuación se muestra una ilustración de este punto. Cuando los tres elementos se encuentran, hay una enfermedad. El cuarto elemento que falta en este ejemplo para que se produzca una epidemia es el tiempo. Mientras estos tres elementos estén presentes, la enfermedad puede iniciarse, solo se producirá una epidemia si los tres continúan presentes. Sin embargo, cualquiera de los tres podría quedar eliminado 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 no es propicio para que el patógeno cause enfermedades, o el patógeno se controla mediante la aplicación de fungicida.
A veces se añade un cuarto factor de tiempo , ya que el momento en que se produce una infección concreta y el tiempo que las condiciones siguen siendo viables para esa infección también pueden desempeñar un papel importante en las epidemias. [1] [ página necesaria ] La edad de las especies de plantas también puede influir, ya que ciertas especies cambian en 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 por ejemplo si hay un huésped susceptible y un patógeno presentes, pero el ambiente no es propicio para que el patógeno infecte y cause una enfermedad, no se puede producir una enfermedad. Por ejemplo, se planta maíz en un campo con residuos de maíz que tienen el hongo Cercospora zea-maydis , el agente causal de la mancha gris de la hoja del maíz, pero si el clima es demasiado seco y no hay humedad en las hojas, las esporas del hongo en el residuo no puede germinar e iniciar la infección. [ cita necesaria ]
Asimismo, si el huésped es susceptible y el ambiente favorece el desarrollo de la enfermedad pero el patógeno no está presente no hay enfermedad. Tomando el ejemplo anterior, el maíz se planta en un campo arado donde no hay residuos de maíz con el hongo Cercospora zea-maydis , el agente causal de la mancha gris de la hoja del maíz, presente pero el clima significa períodos prolongados de humedad de las hojas, hay no se inició ninguna infección.
Cuando un patógeno requiere la propagación de un vector, para que se produzca una epidemia el vector debe ser abundante y activo.
Los patógenos causan epidemias monocíclicas con una baja tasa de natalidad y mortalidad , lo que significa que solo tienen un ciclo de infección por temporada. Son típicas de enfermedades transmitidas por el suelo como la marchitez por Fusarium del lino . Las epidemias policíclicas son causadas por patógenos capaces de realizar varios ciclos de infección por temporada. La mayoría de las veces son causadas por enfermedades transmitidas por el aire, como el mildiú polvoriento . También pueden ocurrir epidemias policíclicas bimodales . Por ejemplo, en la pudrición parda de las frutas con hueso, las flores y los frutos se infectan en diferentes momentos. [ cita necesaria ]
Para algunas enfermedades, la aparición de la enfermedad debe evaluarse durante varias temporadas de crecimiento, especialmente si se cultivan en monocultivo año tras año o se cultivan plantas perennes . Estas condiciones pueden significar que el inóculo producido en una estación puede transferirse a la siguiente, lo que lleva a una acumulación a lo largo de los años, especialmente en los trópicos donde no hay interrupciones claras entre las estaciones de crecimiento. [ cita necesaria ]
Las epidemias en estas condiciones se llaman poliéticas ; pueden ser causados por patógenos tanto monocíclicos como policíclicos. El mildiú polvoriento de la manzana es un ejemplo de epidemia poliética causada por un patógeno policíclico; La enfermedad del olmo holandés es una epidemia poliética causada por un patógeno monocíclico.
Hay muchas formas diferentes de detectar una enfermedad, tanto de forma destructiva como no destructiva. Para comprender la causa, los efectos y la cura de una enfermedad, el método no destructivo es más favorable. Son técnicas donde no es necesaria la preparación de muestras y/o procesos repetitivos para medir y observar las condiciones de salud de las plantas. [7] Los enfoques no destructivos pueden incluir procesamiento de imágenes, basado en imágenes, basado en espectroscopia y detección remota.
La fotografía, las imágenes digitales y la tecnología de análisis de imágenes son herramientas útiles para configurar el procesamiento de imágenes. De estas imágenes se extraen datos valiosos que luego se analizan en busca de enfermedades. Pero antes de realizar cualquier análisis, la adquisición de imágenes es el primer paso. Y dentro de este paso contiene tres etapas. En primer lugar, está la energía que es la fuente de luz que ilumina el objeto de interés. En segundo lugar, está el sistema óptico, como una cámara, para enfocar la energía. En tercer lugar, está la energía medida por el sensor. Para continuar con el procesamiento de la imagen, existe un proceso previo en el que se puede asegurarse de que no haya factores como el fondo, el tamaño, la forma de la hoja, la luz y la cámara que afecten el análisis. Después del proceso previo, se realiza la segmentación de la imagen. Se utiliza para dividir la imagen entre regiones con enfermedad y sin enfermedad. En estas imágenes, hay características de color, textura y forma que pueden extraerse y utilizarse para el análisis. [7]
Los enfoques de detección basados en imágenes tienen dos métodos principales: imágenes de fluorescencia e imágenes hiperespectrales. Las imágenes de fluorescencia ayudan a identificar las condiciones metabólicas de la planta. Para ello, se utiliza una herramienta que presenta luz sobre el complejo de clorofila de la planta. [7] Las imágenes hiperespectrales se utilizan para obtener imágenes reflejadas. Dichos métodos consisten en la divergencia de información espectral (SID), donde se puede evaluar la reflectancia espectral observando bandas de longitud de onda. [7]
Otro enfoque no destructivo es la espectroscopia. Aquí es donde entra en juego el espectro electromagnético y la materia. Existen espectroscopia visible e infrarroja, espectroscopia de fluorescencia y espectroscopia de impedancia eléctrica. Cada espectroscopia brinda información que incluye los tipos de energía de radiación, los tipos de material, la naturaleza de la interacción y más. [7]
Finalmente, el último enfoque no destructivo es la aplicación de la teledetección a las enfermedades de las plantas. Aquí es donde se obtienen datos sin necesidad de estar con la planta mientras se observa. En la teledetección hay hiperespectral y multiespectral. Hiperespectral ayuda a proporcionar una alta resolución espectral y espacial. La teledetección multiespectral proporciona la gravedad de la enfermedad. [7]
A partir de 2015, [update]es necesario seguir desarrollando pruebas de anticuerpos y marcadores moleculares para detectar nuevos patógenos y la aparición de patógenos conocidos en nuevos huéspedes, así como una mayor integración global de la cuarentena y la vigilancia . [8]
Las plantas pueden mostrar muchos signos o evidencia física de infecciones fúngicas, virales o bacterianas. Esto puede variar desde oxidación o moho hasta no mostrar nada en absoluto cuando un patógeno invade la planta (ocurre en algunas enfermedades virales en las plantas). [9] Los síntomas que son efectos visibles de las enfermedades en la planta consisten en cambios de color, forma o 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 y no tienen un sistema inmunológico 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 tienen un sistema inmunológico innato de dos ramas. La primera rama tiene que reconocer y responder a moléculas que son similares a clases de microbios, esto incluye a los no patógenos. [11] Por otro lado, la segunda rama responde a factores de virulencia del patógeno, ya sea directa o indirectamente al huésped. [11]
Los receptores de reconocimiento de patrones (PRR) se activan mediante el reconocimiento de patrones moleculares asociados a patógenos o microbios conocidos como PAMP o MAMP. Esto conduce a inmunidad activada por PAMP o inmunidad activada por patrón (PTI), donde los PRR provocan señalización intracelular, reprogramación transcripcional y biosíntesis de una respuesta de salida compleja que disminuye la colonización. [11]
Además, los genes R, también conocidos como inmunidad activada por efectores, son activados por “efectores” de patógenos específicos que pueden desencadenar una fuerte respuesta antimicrobiana. [11] Tanto PTI como ETI ayudan en la defensa de las plantas mediante la activación de DAMP, que son compuestos asociados a daños. [11] Los cambios celulares o los cambios en la expresión genética se activan mediante la activación de canales iónicos, estallidos oxidativos, cambios redox celulares o cascadas de proteína quinasa a través de receptores PTI y ETI. [11]
Hasta 2013, las enfermedades invasivas de los árboles habían matado alrededor de 100 millones de olmos combinados en el Reino Unido y Estados Unidos y 3.500 millones de castaños americanos . [12]
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