Grupo de Investigación Fitoplasmas y Virus Integrantes: Liliana Franco-Lara1, Laura Perilla

Resumen El grupo de Fitoplasmas y Virus fue creado en 2006 con el objetivo de estudiar enfermedades de plantas causadas por patógenos no cultivables y sus insectos vectores, como virus y fitoplasmas, desde la perspectiva molecular, epidemiológica y ecológica. Los trabajos desarrollados han sido en su gran mayoría auspiciados por la Universidad Militar Nueva Granada que ha aportado en recurso humano, infraestructura y mediante la financiación de proyectos. Los resultados obtenidos han sido el logro de 8 estudiantes de Maestría, 12 de pregrado y cerca de 30 PICs. El grupo en la actualidad está conformado de forma estable por Liliana Franco y Laura Margarita Perilla Henao, quien se encuentra adelantando estudios de doctorado, además por los estudiantes en diferentes niveles de formación que constituyen un núcleo de generación de conocimiento e innovación.

Motivación y Objetivos ¿Qué son Fitoplasmas y Virus? Los virus y fitoplasmas, son patógenos biológicamente muy diferentes entre ellos. Un virus es una partícula subcelular compuesta por un genoma de ADN o ARN recubierto por cubierta proteica codificada por el genoma viral. Por su lado, los fitoplasmas son bacterias que carecen de pared celular, son parásitos obligados de plantas e insectos, muy difícilmente cultivables y que a la fecha, contienen los genomas más pequeños que se conocen entre todos los seres vivos. La forma clásica de estudiar las enfermedades de plantas es obtener cultivos puros de hongos, bacterias, nematodos, protistos, oomicetos etc., y con ellos infectar plantas sanas para reproducir los síntomas que producen estos patógenos. Si después de obtener los síntomas, es posible purificar nuevamente el patógeno a partir de las plantas sintomáticas, se constituye una prueba de patogenicidad llamada los 1

Contacto del grupo: [email protected]

Postulados de Koch. Cuando se completan los Postulados de Koch, se determina que el patógeno es el agente causal de la enfermedad y que el causante de los síntomas descritos. Este tipo de pruebas no se pueden realizar para virus porque no es posible tener el virus en cajas de Petri, pues ellos requieren de la presencia de células huésped para poder reproducirse. En el caso de los fitoplasmas, tradicionalmente se había considerado a este grupo de patógenos no cultivables, pero en 2012, se reportó un método para cultivarlos in vitro, sin embargo, a pesar de este avance, a la fecha no han aparecido otros estudios que involucren el cultivo de fitoplasmas. En la práctica, los fitoplasmas y los virus no se pueden cultivar en cajas de Petri para hacer pruebas de patogenicidad. Entonces, el estudio de estos patógenos se sale de la Fitopatología convencional, y comienza por la detección y caracterización de sus ácidos nucleicos o proteínas por métodos moleculares, microscopía electrónica, estudio de la sintomatología y transmisión por insectos vectores.

Otra diferencia importante de los patógenos no cultivables y los

cultivables, es que los primeros son transmitidos por insectos vectores. Los vectores son insectos como áfidos, psyllidos y cicadélidos entre otros, que normalmente habitan en la vegetación y que han evolucionado capacidades especiales para llevar los virus o fitoplasmas de plantas infectadas a plantas sanas; son un factor adicional que se debe tener en cuenta cuando se estudian estas enfermedades porque su comportamiento determina la dispersión de las enfermedades.

Estudios de fitoplasmas en árboles y otras plantas de la Sabana de Bogotá Desde 2006, el grupo ha venido trabajando en la descripción y caracterización de enfermedades asociadas a fitoplasmas, en árboles en Bogotá. Los fitoplasmas se encuentran asociados con enfermedades en más de mil especies vegetales, muchas de importancia económica. Los síntomas que causan los fitoplasmas en las plantas son particulares porque a diferencia de otros patógenos no generan pudriciones, manchas, chancros o puntos sino cambios en el color del follaje y desviaciones dramáticas en la forma de las plantas que resultan de patrones de crecimiento atípicos de hojas y ramas, esterilidad de las flores que se convierten en hojas y cambios en las hojas que asemejan a pétalos. Las fitoplasmosis son poco

conocidas y comúnmente expertos en enfermedades de plantas y botánicos entrenados desconocen sus síntomas.

La primera fitoplasmosis que se describió en Bogotá fue en Urapán (Fraxinus uhdei) a principios de los años 2000, como parte de las actividades del grupo de Biotecnología Vegetal, el cual desapareció en 2006. En 2001, se estudiaron 600 árboles en Bogotá 100% de los cuales mostraban síntomas como amarillamiento, muerte de las ramas desde la punta hacia la parte basal, decaimiento, patrones de ramificación delicuescente, hojas más pequeñas de lo normal, ramas con hojas apretadas formando copos etc. Posteriormente, se demostró que estos árboles estaban afectados con fitoplasmas del grupo Ash Y, los cuales se habían reportado afectando otros árboles del género Fraxinus en Norte América (Figura 2). Por lo que se sabía en esta época, se pensaba que la enfermedad se circunscribiría solamente a árboles de esta especie en Bogotá. Hoy en día 100% de los Urapanes de la ciudad se encuentran afectados, muchos han muerto y han sido gradualmente retirados de las calles, pero un gran número de ellos subsiste en un estado lamentable, que la ciudadanía acepta como el estado natural de los árboles.

La experiencia acumulada antes de 2005, abrió la puerta para el estudio de los fitoplasmas en árboles. Entre 2006 y 2007 se comenzaron a observar especies de árboles diferentes a Fraxinus con síntomas que sugerían fitoplasmosis. Uno muy notorio es Liquidámbar (Liquidambar styraciflua) una hermosa especie de árbol, original de Norte América, introducida por el Jardín Botánico de Bogotá José Celestino Mutis como árbol urbano. En un trabajo colaborativo con la Dra Assunta Bertaccini de la Universidad de Bologna, en Italia se demostró la presencia de cinco especies diferentes de fitoplasmas afectando liquidámbar, tres de las cuales no habían sido reportadas en Colombia.

El grupo ha estudiado los síntomas y

demostrado experimentalmente mediante el estudio del gen 16srRNA la presencia de fitoplasmas de los grupos Ash Y y Aster Y en otras especies de árboles como Jazmín del Cabo (Pittosporum undulatum), Chopo (Populus nigra), Acacia (Acacia melanoxylon), Eugenia (Eugenia sp.) y Magnolia (Magnolia grandiflora), y en

algunas nativas como roble (Quercus humboldtii) y Sangregado (Croton spp.). Es de anotar también, que existen otras especies de árboles y plantas ornamentales que parecen estar infectados por fitoplasmas, pero que no han sido estudiados por nuestro grupo aun.

En la actualidad, el grupo está trabajando en la identificación a nivel de subgrupo de los fitoplasmas encontrados en Bogotá evaluando genes no ribosomales, que permitirán una identificación más fina de la taxonomía de los fitoplasmas para poder hacer hipótesis acerca de su origen, epidemiología y ecología de esta grave enferemedad, trabajo que se realiza en cooperación con el Dr. Matthew Dickinson de la Universidad de Nottingham, Reino Unido.

Además, el grupo hizo la descripción de los primeros insectos vectores de fitoplasmas que se conocen para Colombia. Se evaluó la presencia de fitoplasmas en Cicadélidos de nueve especies colectados en las cercanías de árboles sintomáticos de Bogotá y a dos de estas se les hizo ensayos de transmisión. Ambas especies, Amplicephalus funzaensis y Exitianus atratus, tienen capacidad de transmitir fitoplasmas; los individuos de otras nueve especies eran positivos para fitoplasmas pero su capacidad de transmisión no se evaluó. Los Cicadélidos son un grupo muy poco estudiado en Colombia y no existe conocimiento de su taxonomía, biología o ecología. tradicionales,

La identificación taxonómica por métodos morfológicos

moleculares mediante la generación de “DNA barcodes” y los

estudios básicos de la biología de A. funzaensis y E. atratus que se están adelantando en actualidad, se hacen en colaboración del Dr. Michael R. Wilson del Museo Nacional de Gales, Reino Unido y la Dra Elena Brochero de la Universidad Nacional de Colombia.

Nuestros estudios han permitido determinar la dispersión de los fitoplasmas de los árboles a otras plantas de la Sabana de Bogotá como fresa, papa y a varias especies de plantas arvenses. En el caso de fresa y papa se consideran enfermedades emergentes para Colombia de gran impacto económico, y están en

estudio en la actualidad. También se adelantan estudios en plantas arvenses (malezas) de Bogotá, y nuestros resultados preliminares muestran que portadoras de fitoplasmas pero no parecen presentar síntomas, lo que sugiere que juegan un papel en la epidemiología de la enfermedad. Otras plantas importantes a nivel económico en las cuales se ha detectado de forma esporádica la presencia de síntomas asociados a fitoplasmas en los alrededores de Bogotá son orégano y uchuva.

Estudios de virus PYVV en papa Además de los trabajos en fitoplasmas, el grupo ha aportado al conocimiento del virus PYVV (Potato yellow vein virus), un virus reemergente y cuarentenario de papa que afecta cultivos en Colombia, Venezuela, Perú y Ecuador (Figura 3). A pesar de que este virus se describió en la década de 1940 y que se consideraba de poca importancia económica, en por ejemplo Antioquia, pasó de presentar prevalencias menores al 10% en 2008 a cerca del 90% en 2013 en este departamento. Esta situación dio origen al una Emergencia Fitosanitaria por parte del ICA en Diciembre de 2014. Este trabajo se realizó como parte del Grupo de Biología Molecular de Virus en colaboración con la Dra Mónica Guzmán del Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia y se centró en aspectos como la estimación de la incidencia de la enfermedad en los cultivos de papa criolla de los principales municipios de Colombia, la medición de las pérdidas asociadas a este virus en cultivos de papa criolla, el estudio de la transmisión del virus en plantas infectadas no sintomáticas y en la producción del primer anticuerpo policlonal para la detección serológica de este virus.

Perspectivas Los fitoplasmas como los virus, no se pueden manejar mediante tratamientos químicos. Los casos exitosos de manejo de enfermedades asociadas a estos patógenos, se han hecho mediante la siembra de material libre de patógenos, controles culturales, manejo de los insectos vectores y búsqueda de variedades tolerantes o resistentes. Entonces, en el caso de los fitoplasmas, el grupo pretende

encaminar sus esfuerzos al conocimiento detallado de las relaciones fitoplasmas: insectos: árboles, así como el papel que juegan otras especies de plantas en la dispersión de la enfermedad. También se está incursionando en el estudio de variables ambientales que potencialmente influencian el comportamiento de patógenos y vectores. En el caso de PYVV, se espera profundizar en el conocimiento molecular del funcionamiento del virus en particular, sus relaciones con otros virus y con su insectovector.

b

a

c

Fotos: L. Franco Figura 1. Fotografías de síntomas de árboles de Bogotá. a, Ramas en copo y elongación o acortamiento atípico de los entrenudos en Liquidámbar, b. Corona anormal debido a elongación atípica de los entrenudos en Chopo, c. Patrones de d

e

ramificación alterados donde se pierde la rama principal en Urapán, d. Rebrotación de hojas en una rama en Magnolia, e. Escobas de bruja (varias ramas que emergen de una sola yema) en Jazmín del Cabo (Figura 1). Figura 2. Estado actual de muchos árboles de Urapán en Bogotá.

Foto: L. Franco Figura 3. Síntomas severos de PYVV en papa criolla. Referencias

1. Perilla-Henao, L., Wilson, M.R., Franco-Lara, L. 2016. Leafhoppers Exitianus atratus and Amplicephalus funzaensis transmit phytoplasmas of groups 16SrI and 16SrVII in Colombia. Plant Pathology. Doi: 10.1111/ppa.12490

2. Rodríguez, P.A, Franco-Lara, L., Guzmán Barney, M. 2015. Inter and Intra Variation of Potato Yellow Vein Virus in Three Potato Species from Colombia.Rev.Fac.Nal.Agr.Medellín 68, 7387-7398.

3. Franco-Lara, L. Perilla Henao, L.M. 2014. Phytoplasma diseases in trees of Bogotá, Colombia: a serious risk for urban trees and crops. In: Phytoplasmas and phytoplasma disease management: how to reduce their economic impact. Food and Agriculture COST Action FA0807, Integrated Management of Phytoplasma Epidemics in Different Crop Systems; A. Bertaccini ed., Bologna, Italy: 90-100.

4. Perilla-Henao, L.M. Franco-Lara, L. 2013. Especies arbóreas de las familias Euphorbiaceae,

Pittosporaceae

y

Salicaceae

son

infectadas

por ´Ca.Phytoplasma fraxini´y ´Ca. Phytoplasma asteris´ en infecciones mixtas en Bogotá. Revista Facultad de Ciencias Básicas 9, 248-265.

5. Franco-Lara,

L.,

2013. Prevalence

Daniel

Rodríguez,

of potato

yellow

D. vein

y

Guzmán-Barney,

virus (PYVV)

M.

in Solanum

tuberosum Group Phureja Fields in Three States of Colombia. American Journal of Potato Research 90, 324-330.

6. Guzmán-Barney, M., Hernández, A.K. and Franco-Lara, L. 2013. Tracking Foliar Symptoms Caused by Tuber-Borne Potato Yellow Vein Virus (PYVV) inSolanum Phureja (Juz et Buk) Cultivar “Criolla Colombia”. American Journal of Potato Research 90, 284-293.

7. Guzman-Barney, M., Franco-Lara, L. Rodríguez D., Vargas L, Fierro, J.E. 2012. Yield Losses in Solanum tuberosum Group Phureja Cultivar Criolla Colombia in Plants with Symptoms of PYVV in Field Trials. American Journal of Potato Research 89, 438-447.

8. L.M. Perilla H y L. Franco-Lara. 2012. First report of Candidatus Phytoplasma ‘asteris‘ affecting woody hosts (Fraxinus uhdei, Populus nigra, Pittosporum undulatum and Croton spp) in Colombia. Plant Disease 96 (9), 1372.