Estudio de la interacción entre oomicetos de podredumbre radical y quercus ilex l

Resum

1. introducción o motivación de la tesis El decaimiento forestal es hoy en día uno de los mayores desafíos para el manejo y la sostenibilidad de los ecosistemas naturales en todo el mundo, y concretamente, el decaimiento de los robles se ha identificado como uno de los problemas ecológicos más relevantes en Europa, afectando a masas de Quercus caducifolios y perennifolios desde los bosques continentales de Centro Europa y Norte Europa, hasta los bosques templados de la cuenca mediterránea. En el caso de la Península Ibérica, a finales de los años 80 del s. XX se identificó el decaimiento de la encina (Quercus ilex L.) y el alcornoque (Quercus suber L.), especies que cubren la mayor parte de la superficie forestal del sur y centro de la Península Ibérica, principalmente formando sistemas de dehesa y “montados”. Las dehesas son ecosistemas mediterráneos semejantes a la sabana, que proveen de diversos beneficios económicos y servicios ambientales. Por su parte, la encina es el árbol más representativo de la Península Ibérica, y la especie principal del estrato arbóreo de las dehesas. El decaimiento de la encina está asociado principalmente a la acción de patógenos de suelo, especialmente Phytophthora cinnamomi, patógeno invasor muy agresivo, ampliamente distribuido por todo el mundo, que ha sido asociado con la enfermedad, la decadencia y la mortalidad de una larga lista de diferentes especies vegetales. Es una especie capaz de cambiar su relación trófica con el huésped, comportándose como un organismo biótrofo en huéspedes asintomáticos, y como hemibiótrofo ó necrotrofo en huéspedes susceptibles. Se considera que la encina es la especie del género Quercus más susceptible a la acción del patógeno. De forma adicional, otras especies de los géneros Phytophthora y Pythium se han encontrado asociadas con el decaimiento de la encina en España, Portugal, Italia y Francia. Para estudiar este sistema patógeno-huésped se han llevado a cabo grandes esfuerzos científicos, que han obtenido resultados muy meritorios y han incrementado el conocimiento de las causas y los efectos de la interacción, mejorando las técnicas de gestión para limitar la dispersión y los síntomas del decaimiento. Sin embargo, la mayoría de los trabajos revisados se basaron en aproximaciones empíricas, desconociéndose gran parte de los mecanismos subyacentes que controlan la interacción entre las dos especies. 2.contenido de la investigación Esta Tesis se centra en la interacción entre el huésped y el patógeno a nivel histológico y fisiológico, así como explorando la influencia de la biota del suelo en la severidad de los síntomas de la enfermedad. Para dicho propósito, el trabajo se estructuró en 7 capítulos. El Capítulo 1 proporciona el marco teórico en el que se desarrolla esta Tesis Doctoral, así como los objetivos generales y específicos. El Capítulo 2 muestra la metodología desarrollada para evaluar la colonización e infección de Phytophthora cinnamomi en plántulas de Quercus ilex a través de la cuantificación semiautomática de las estructuras del patógeno presentes en secciones histológicas de raíces finas. El flujo de trabajo fue puesto a punto probando diferentes soluciones de fijación, sustancias de inclusión y métodos de tinción, y los resultados permitieron la diferenciación clara de las estructuras del patógeno y de los tejidos del huésped. Además, distintos índices basados en la localización y especificidad de las estructuras del patógeno y en el tejido del huésped, se evaluaron con el fin de buscar la manera más sencilla y estadísticamente robusta de explicar el progreso del oomiceto en la raíz a través de índices. En el capítulo 3, se llevaron a cabo experimentos en cámara de crecimiento para describir la patogénesis de la interacción entre P. cinnamomi y Q. ilex. Se analizaron secciones longitudinales de epidermis, córtex, tejido parenquimático del cilindro central y tejido vascular, a los 1, 3, 7 y 14 días después de la inoculación. Se cuantificó el área total de estructuras, estructuras intracelulares, estructuras extracelulares y estructuras específicas del patógeno. El análisis de estos datos proporcionó una descripción del ciclo de colonización/infección del patógeno, clasificada en tres etapas diferentes relacionadas con su comportamiento trófico. Asimismo se describieron los cambios histológicos resultantes de la presencia del patógeno o de las respuestas desencadenadas por la planta. En el capítulo 4 se analizó la respuesta diferencial de plántulas de encina ante la inoculación con P. cinnamomi, ante la sequía severa y ante ambos estreses combinados. Plántulas de seis meses de edad fueron inoculados y sometidos a falsa inoculación, y la mitad de cada uno de estos tratamientos fue sometida a sequía severa, mientras que el resto fue regada de manera óptima. Semanalmente se midieron los valores de fotosíntesis, conductancia estomática y fluorescencia, y la biomasa total así como la compartimentación de la biomasa fueron cuantificadas al final del experimento. Los datos resultantes mostraron la existencia de diferencias en la respuesta de las plántulas ante la sequía y la inoculación, así como el efecto aditivo de ambos estreses en la muerte de las plántulas. En el Capítulo 5 se colectaron muestras de suelo de dehesas y se extrajo el ADN total, que se analizó a través de técnicas de metabarcoding (metacodificación: multiplexión de secuencias mediante la metacodificación de productos de PCR), con el fin de evaluar la composición específica y la diversidad de las comunidades fúngica y de oomicetos, y para estudiar sus relaciones con los síntomas de la enfermedad. La comunidad fúngica presentó una gran variedad de patógenos y abundancia de taxones clave de ectomicorrizas. Phytophthora spp. apareció como el taxón dominante dentro de la comunidad de oomicetos, pero las principales especies relacionadas con la podredumbre radicular no fueron las más abundantes, ni presentaron relación directa con los niveles de defoliación. Una unidad taxonómica operacional (OTU) particular, perteneciente al género Trichoderma, presentó correlaciones significativas con la escasez de especies patógenas de Phytophthora spp. Las diferencias en defoliación se correlacionaron con cambios en la funcionalidad de la microbiota del suelo y con los niveles de diversidad de las especies patógenas. El Capítulo 6 presenta la discusión general de la Tesis, incluyendo algunos aspectos que limitan los resultados de los trabajos realizados, y nuevas líneas de trabajo que se derivan de esta Tesis, y finalmente, el Capítulo 7 contiene las conclusiones del trabajo. 3.conclusión Los cambios que se producen en la raíz a consecuencia de la inoculación con P. cinnamomi, incluyendo las respuestas defensivas, así como la respuesta diferencial identificada con la colonización/infección, conducen a nuevas apreciaciones sobre la causa de la muerte del arbolado. La encina responde al ataque del patógeno, presentando variaciones en la fisiología diferentes de las causadas por el estrés hídrico, las cuales permiten la recuperación de las plantas si no se superpone un estrés adicional a la inoculación. Adicionalmente, el estudio del microbioma del suelo en dehesas con decaimiento del encinar mostró la influencia de la diversidad microbiana en el estado sanitario del arbolado, así como mostró nuevas especies de oomicetos y hongos que deben tenerse en consideración en el manejo del decaimiento de las dehesas de encina en Andalucía. 4. bibliografía Blaschke H. 1994. Decline symptoms on roots of Quercus robur. Forest Pathology 24: 386–398. Bongers FJ, Olmo M, Lopez-Iglesias B, Anten NPR, Villar R. 2017. Drought responses, phenotypic plasticity and survival of Mediterranean species in two different microclimatic sites. Plant Biology 19: 386–395. Brasier CM, Robredo F, Ferraz JFP. 1993. 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