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RESISTENCIA GENÉTICA A FUSARIUM VERTICILLIOIDES Y ACUMULACIÓN DE
FUMONISINAS EN CULTIVARES DE MAÍZ
Oviedo M.S.1; Fernandez M.2; Iglesias J.2; Giomi G.M.2; Fauguel C.M.2; Presello D.A.2
1
Instituto Nacional de Tecnología Industrial Villa Regina. Villa Regina, Río Negro, Argentina.
[email protected]
2
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Estación Experimental Pergamino. Pergamino, Buenos Aires,
Argentina.
Abstract
The fungal pathogen Fusariumverticillioides infects maize ears and produces fumonisins, known for
their adverse effects on human and animal health. One of the most environmentally friendly and
effective practices to reduce the accumulation of fumonisins is the use of less susceptible
genotypes to ear rots. The aim of this research was to evaluate maize cultivars for resistance to
ear rot resistance and field fumonisin accumulation after inoculation with F. verticillioides. The
experiments were conducted in the Experimental Station INTA Pergamino during three years. All
plants were inoculated with conidial suspensions of a fumonisin producing isolate of F.
verticillioidesinto the silk channel four days after silking. Disease severity was assessed in all
genotypes and grain fumonisin concentration in the susceptible control (SC) and cultivar exhibiting
less severe symptoms compared with the control. The average diseased ear area of the SC was
32.9%, 12.5% and 28.4%, while the cultivars showed ranges of 1.3-14.3, 4.6-19.8 and 2.5-13.4,
in 2011, 2012 and 2013, respectively. In all the years, positive correlations between severity of
symptoms and grain fumonisin concentration were observed. The variability for symptom severity
explained between 0.85 and 0.92 of variability for grain fumonisin concentration, depending on the
year. In the three years, cultivars with low levels of symptoms and fumonisin accumulation in
these conditions of high disease pressure, which can occur in years of severe disease identified,
were observed. This information is valid only for these conditions and may be useful as a criterion
in the choice of the hybrid to include genetic resistance in an integrated management scheme to
reduce mycotoxin contamination of grain.
Maíz, Fusariumverticillioides, fumonisinas.
Maize, Fusariumverticillioides, fumonisins.
Introducción
El maíz (Zea mays L.) es uno de los principales granos de cereales del mundo,
destinado principalmente como fuente de alimentación para los animales domésticos o a
la alimentación básica de los seres humanos. Las condiciones climáticas y el volumen de
producción de maíz pueden favorecer el ataque de granos y espiga por especies fúngicas,
la mayoría de ellas productoras potenciales de micotoxinas. Fusarium verticillioides es
uno de los patógenos fúngicos más relevantes, causales de las podredumbres de espiga
en maíz (Munkvold 2003), y productor de fumonisinas. Estas toxinas son un grupo de
derivados policétidos, clasificados como carcinógenos potentes (IARC 2002), cuya
exposición alimentaria produce efectos adversos en animales alimentados con maíz
contaminado. Las fumonisinas son causantes del síndrome de edema pulmonar en cerdos
(Harrison et al. 1990), la leucoencefalomalacia en caballos (Ross et al. 1992) y la
apoptosis en muchos tipos de células (Jones et al. 2001). Además, están asociadas al
riesgo de contraer cáncer esofágico en humanos con dietas a base de maíz en China,
Sudáfrica y sur de Italia (CAST 2003). Se han identificado al menos 60 moléculas de
fumonisinas distintas (Barto´k et al. 2006), entre las que la Fumonisina B1 (FB1), FB2 y
FB3 son las que se encuentran en mayor predominancia en los granos de maíz (Munkvold
and Desjardins 1997). Para hacer frente a este importante problema de seguridad
alimentaria, la Unión Europea ha publicado recientemente un reglamento que limita el
contenido de FB1+FB2 a un nivel máximo de 4 mg/kg (ppm), en el maíz sin procesar
para el consumo humano (CommissionRegulation (EC) N° 1126⁄2007), mientras que la
Food and DrugAdministration de los EEUU recomienda rangos máximos de entre 5 y 50
ppm, para granos destinados a forraje, dependiendo de la especie, la edad y el sexo del
animal.
Debido a que las fumonisinas son contaminantes inevitables en los alimentos y las
cadenas agroalimentarias, y que no existe un tratamiento disponible que reduzca
eficazmente el contenido de estas toxinas, durante el procesamiento de los alimentos, las
estrategias de gestión se centran principalmente en el control de estas enfermedades a
campo. En este panorama, una de las prácticas recomendadas para reducir la
acumulación de fumonisinas es promover el uso de cultivares menos susceptibles a las
podredumbres de espiga, entre otras estrategias de manejo.
La identificación de resistencia genética a Fusarium en experimentos inoculados es
preferida a la que podría realizarse en condiciones de infección natural debido a que las
epifitias más severas, que permiten maximizar la expresión de variabilidad genética, no
ocurren en forma regular tanto espacial como temporalmente. La identificación de
resistencia mediante la inyección de suspensiones conidiales, en el canal de los estigmas,
es una práctica que simula parcialmente las condiciones de infección natural y ha
demostrado ser efectiva en ambientes variables (Reid et al. 1996, Presello et al. 2006).
Este tipo de inoculación permite modelar las condiciones de una epifitia severa y por lo
tanto predecir el comportamiento de un genotipo en tales escenarios, sin que ello
implique que los genotipos más susceptibles no puedan tener un buen comportamiento
en ambientes menos propensos al desarrollo de podredumbres de grano y espiga.
El objetivo del presente trabajo fue identificar cultivares de buen comportamiento
ante las podredumbres de espiga y la acumulación de fumonisinas, en condiciones de
epifitia severa, simuladas mediante la inoculación con una cepa de F. verticillioides.
Materiales y métodos
Los ensayos se condujeron en la Estación Experimental INTA Pergamino, durante los
periodos 2010/11, 2011/12 y 2012/13. Se evaluó la resistencia a la podredumbre de
espiga y la acumulación de fumonisinas, en 90 cultivares comerciales, luego de la
inoculación con F. verticillioides. En todos los experimentos se incluyó un híbrido como
testigo susceptible (TS), L4641×L4673, el cual fue utilizado como control inoculado y de
infección natural (no inoculado). Debida a la alta tasa de recambio de los cultivares de
maíz, no fue posible seguir un esquema balanceado cultivar×año, sino que cada genotipo
fue evaluado durante un año y, en el caso de presentar mayor resistencia que la del
testigo susceptible inoculado, fue evaluado en un segundo periodo.
Los cultivares fueron sembrados en un diseño de bloques completos aleatorizados
con dos repeticiones, y unidades experimentales de 50 plantas a una densidad de 72.000
plantas/m². Como fuente de inóculo se utilizó un aislamiento de F. verticillioides (P364),
productor de fumonisinas, crecido en el medio de cultivo agar papa glucosado durante 7
días a 25 °C. Los cultivos fueron filtrados, a través de una gasa para eliminar los restos
de micelio y agar, y se realizó una suspensión de conidios ajustada a una concentración
de 1x106 esporas/ml, con agua destilada estéril. Para la inoculación, se inyectaron en el
canal de los estigmas 2 ml de esta suspensión, a los 4 días luego de la emergencia de los
estigmas, según protocolos descriptos por Reid et al. (1996).
Se cosecharon las espigas de cada parcela y se evaluó la severidad de síntomas,
mediante una escala visual de porcentajes de área de espiga afectada. Se tomaron
muestras de grano, aproximadamente 1 kg, del testigo (inoculado y no inoculado) y de
las parcelas de los híbridos cuyas medias de severidad de síntomas fueron menores a las
de este material inoculado. Las muestras se molieron a fin de cuantificar el contenido de
fumonisinas mediante la técnica de ELISA (immunodetectionmethodsusingenzymelinkedimmunosorbentassay) (RIDASCREEN®FAST Fumonisin, r-biopharm). A partir de 5 g
de grano de maíz molido se extrajeron las toxinas con 25 ml de metanol al 70%, en un
agitador orbital durante 2 minutos. El extracto se filtró a través de papel de filtro
(Whatman Nº 1) y se diluyó 1:14 con metanol al 5%. Los extractos diluidos y los 5
estándares utilizados (concentraciones de 0,00; 0,222; 0,666; 2,00 y 6,00 ppm) fueron
sometidos al test de ELISA. La absorbancia se midió a 450 nm con un lector de
microplacasBioTek EL800 (BioTek Instruments, Inc., Winooski, EEUU.). Los valores de
absorbancia de los estándares positivos y las muestras se dividieron por el valor de
absorbancia del primer estándar (estándar cero). La concentración de fumonisinas de las
muestras se calculó sobre la base de la función logit-log, entre la concentración de
micotoxinas y la absorbancia relativa de los cuatro estándares positivos [RIDA®SOFT Win
software (R-Biopharm AG, Darmstadt, Germany)]. Las concentraciones de fumonisinas
del grano fueron sometidas a transformaciones logarítmicas para normalizar errores.
Resultados y discusión
Las medias de severidad de síntomas y concentración de fumonisinas fueron
afectadas por el año de evaluación. En todos los años se observaron correlaciones
positivas entre ambas variables con valores de R² entre 0,85 y 0,92 dependiendo del
año. Estos resultados estarían indicando que la concentración de la micotoxina en el
grano depende mayormente de la cantidad de enfermedad; pero, sin embargo, si se
eliminan los puntos extremos correspondientes al TS, el R2 disminuye, por lo que no sería
descartable que existan mecanismos específicos en algunos híbridos que afecten la
producción de fumonisinas por parte del hongo (Figura 1).
La resistencia a Fusarium en maíz es de tipo parcial lo que genera un rango de
variación en la severidad de síntomas cuando se compara un grupo de genotipos con
resistencia variable. En estos experimentos, se pudieron observar importantes niveles de
variación entre los híbridos en los tres años de evaluación. El TS inoculado presentó
promedios de área visiblemente afectada por el hongo de 32,9%, 12,5% y 28,4%,
mientras que los cultivares presentaron porcentajes medios de severidad en los rangos
de 1,9-32,9; 2,9-19,7 y 3,2-28,4; en los periodos 2010/11, 2011/12 y 2012/13,
respectivamente.La distribución de frecuencias de híbridos comerciales en función de la
severidad de síntomas estuvo sesgada hacia la resistenciaconel TS en el intervalo de
mayor severidad de síntomas, a excepción del año 2011, donde se encontraron híbridos
con porcentajes de severidad mayores que el testigo (Figura 2).
Estos resultados indican la existencia en el mercado argentino de híbridos de maíz
con buen comportamiento al ataque de F. verticillioides, capaces de acumular bajos
niveles de fumonisinas en los granos, aun en las condiciones de epifitia severa simuladas
en estos ensayos (Figura 3). Las medias de concentración de las micotoxinaspueden ser
consultadas online (http://inta.gob.ar/proyectos/pncyo-1127023). Es probable que, en
condiciones de epifitia más leves, las diferencias entre genotipos no sean tan marcadas y
no se lleguen a apreciar las ventajas del uso de la resistencia genética. Por lo que es
importante destacar que,como no es posible pronosticar la severidad de las epifitias al
momento de la siembra, el uso de materiales resistentes resultaría ser una medida
preventiva al desarrollo de podredumbres de grano y espiga, en caso de que las
condiciones ambientales conduzcan a altas presiones de enfermedad.
Conclusiones
La información aportada en este estudio revela un importante nivel de variabilidad
entre los cultivares argentinos para la resistencia a la podredumbre de espiga causada
por F. verticillioides y puede ser de utilidad como criterio en la elección de un híbrido
comercial, incluyendo esta estrategia en un esquema de manejo integrado para reducir
los efectos de esta enfermedad sobre el rendimiento y la contaminación del grano con
micotoxinas.
Referencias bibliográficas
Barto´k T.; Szecsi A.; Szekeres A.; Mestera´hzy A. and Barto´k M. 2006.Detection of new
fumonisinmycotoxins
and
fumonisin-like
compounds
by
reversed-phase
high-performance
liquid
chromatography/ electrospray ionization ion trap mass spectrometry.Rapid Commun.Mass Spectrom. 20: 24472462.
CAST (Council for Agricultural Science and Technology). 2003. Mycotoxins: risks in plant, animal and
human systems. Task Force Report Nº139, Ames, Iowa, USA.
Harrison L.R.; Colvin B.M.; Greene J.T.; Newman L.E. and Cole Jr. J.R. 1990. Pulmonary edema and
hydrothorax in swine produced by fumonisin B1 a toxic metabolite of Fusariummoniliforme. J. Vet.
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IARC (The International Agency for Research on Cancer). 2002. Fumonisin B1. In IARC monographs on
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Jones C.; Ciacci-Zanella J.R.; Zhang Y.; Henderson G. and Dickman M. 2001.Analysis of fumonisin B1induced apoptosis. Environ. Health Perspect. 109: 315-320.
Munkvold G.P. 2003. Epidemiology of Fusarium diseases and their mycotoxins in maize ears. Eur. J. Plant.
Pathol. 109: 705-13.
Munkvold G.P. and Desjardins A.E. 1997.Fumonisin: can we reduce their occurrence?. Plant Dis. 81: 556565.
Presello D.A.; Iglesias J.; Botta G.; Reid L.M.; Lori G.A. and Eyherabide G.E. 2006. Stability of maize
resistance to the ear rots caused by Fusariumgraminearum and Fusarium verticillioides in Argentinian and
Canadian environments. Euphytica. 147: 403-407.
Reid L.M.; Hamilton R.I. and Mather D.E. 1996.Screening maize for resistance to gibberella ear
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Ross P.F.; Rice L.G.; Osweiler G.D.; Nelson H.A.; Richard, J.L. and Wilson T.M. 1992. A review and update of animal toxicoses associated with fumonisina contaminated feeds and production of fumonisins by
Fusarium isolates. Mycopathologia. 117: 109-114.
TS
↓
B
C
Concentración de
fumonisinas (ppm)
A
TS
↓
TS
↓
Área de espiga afectada (%)
Figura 1. Correlación entre el porcentaje de área de espiga afectada y la concentración de
fumonisinas (ppm) de híbridos comerciales de maíz, luego de la inoculación con Fusarium
verticillioides, en los periodos 2010/11 (A); 2011/12 (B) y 2012/13 (C).
A
Frecuencia de híbridos
B
C
TS
↓
1,9
8,1
14,3
20,5
TS
TS
↓
↓
26,7
32,9
1,9
14,3
8,1
20,5
26,7
32,9
1,9
8,1
14,3
26,7
20,5
32,9
Área de espiga afectada (%)
Figura 2. Distribución de frecuencias de híbridos comerciales de maíz según el área de espiga
afectada, luego de la inoculación con Fusarium verticillioides, en los periodos 2010/11 (A);
2011/12 (B) y 2012/13 (C).
A
Frecuencia de híbridos
B
C
TS
↓
2,4
73,8
145,3
216,7
288,2
TS
TS
↓
↓
359,6
2,4
73,8
145,3
216,7
288,2
359,6
2,4
73,8
145,3
216,7
288,2
359,6
Concentración de fumonisinas (ppm)
Figura 3. Distribución de frecuencias de híbridos comerciales de maíz según su concentración de
fumonisinas en grano, luego de la inoculación con Fusarium verticillioides, en los periodos 2010/11
(A); 2011/12 (B) y 2012/13 (C).

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