R
es
eña
Características generales del virus Y de la papa y determinación
de su presencia en Nicotiana tabacum L. en Cuba
Acela Díaz,1José A. Crespo,2Gloria del Barrio1y Annia Hernández1
1Facultad de Biología, Universidad de La Habana, Calle 25 no. 455 e/ J e I, Vedado, La Habana,
Cuba, [email protected], [email protected]
2Instituto de Investigaciones del Tabaco. Carretera Tumbadero Km 8½, San Antonio de los Baños,
Artemisa, Cuba
RESUMEN
El tabaco, obtenido fundamentalmente a partir deNicotiana tabacumL., constituye uno de los principales productos agrícolas no alimenticios del mundo. Las plantas deN. tabacumse cultivan en varias provincias de Cuba; sin embargo, a partir de 2010 la producción tabacalera decreció considerablemente, comportamiento que pudiera estar relacionado con diversos factores, así como con la incidencia de epifitias dentro de las cuales, el Virus Y de la papa (PVY) ocupa un papel importante. Este trabajo tiene como objetivo exponer las principales características de PVY y analizar la situación actual de su diagnóstico enN. tabacumen Cuba. El PVY presenta un genoma constituido por una simple cadena de ARN de polaridad positiva que se traduce como una única poliproteína, y estos elementos le confieren al virus una alta tasa replicativa y de variabilidad. En Cuba se ha detectado la presencia del PVY en zonas productoras deN. tabacum, lo que puede afectar al rendimiento de este cultivo y por ende a los indicadores económicos del país.
Palabras claves:Nicotiana tabacum, detección del Virus Y de la papa, Cuba
ABSTRACT
Tobacco, obtained mainly fromNicotiana tabacum,is one of the main non-food agricultural products around the world.N. tabacum. plants grow in several provinces of Cuba, however from 2010 tobacco produc-tion significantly decreased, behavior that could be related to various factors and the incidence of disease in which the virus and potato (PVY) plays an important role. This work aims to present the main features of Potato Virus Y (PVY) and analyze the current situation of its diagnosis in
N. tabacumin Cuba. PVY contain a single-stranded positive RNA genome that is translated as a single polyprotein and these elements give to the virus a high replicative rate and variability. The presence of PVY have been detected in Cuba, which may represent a potential yield of the crop and thus for the country’s economic indicators threat.
Key words:Nicotiana tabacum, Potato Virus Y detection, Cuba
INTRODUCCIÓN
Nicotiana tabacumLinneo es una planta perteneciente
a la familia Solanaceae cultivada por sus hojas que, una vez curadas, se fuman, se mascan o se aspiran en forma de rapé. Esta especie alcanza entre 1 y 3 m de altura y produce de 10 a 20 hojas anchas alternas que brotan de un tallo central [Rem y Timko, 2001]. Es un cultivo anual, aunque en los climas tropicales puede durar varios años y alcanzar una altura de hasta 2 m [Breen, 1985].
El tabaco, obtenido fundamentalmente a partir de
N. tabacum,es originario del continente americano y
constituye uno de los principales productos agrícolas no alimenticios del mundo. En Cuba, a comienzos
del siglo XVIIel comercio del tabaco constituyó una
fuente de ingreso para gran parte de la población cubana. Desde entonces, el cultivo de N. tabacumha constituido, junto a Sacchrum officinarumL. (caña de azúcar) un componentes fundamental de la iden-tidad nacional. La tradición y secreto de su siembra se transmitió de una generación a otra [Ortiz, 1983]. Las plantas deN. tabacumse cultivan en varias pro-vincias de Cuba; sin embargo, las mejores tierras para esa actividad se localizan en el occidente de la isla, en el territorio de Pinar del Río. La región conocida como Vueltabajo es considerada la cuna del mejor tabaco del mundo [Pérez, 2002]. En esta zona las
condicio-Recibido:22/6/2014
nes edafoclimáticas permiten un alto contenido de nitratos en las hojas del tabaco, lo que le confiere al producto un aroma, color, textura y sabor exclusivos [Linares, 2002].
En 2007 el tabaco torcido fue considerado para Cuba como el tercer renglón de la exportación, tras el níquel y los productos farmacéuticos. En 2006 se vendieron 370 millones de dólares a casi ciento veinte países alrededor del mundo; sin embargo, a partir de 2010 la producción tabacalera decreció considera-blemente, lo que implicó una reducción importante del capital total que este producto aportaba al país [CEPAL, 2012].
Este comportamiento está relacionado, entre otros factores, con la aparición de diversas plagas, dentro de los cuales el Virus Y de la papa (PVY) ocupa un papel importante. Este virus también ha provocado afectaciones enN. tabacumen otras regiones geográfi-cas como Asia, América y Europa [Zhaoet al., 2012]. Dados estos antecedentes, este trabajo tiene como objetivo exponer las principales características del PVY y analizar la situación actual de su diagnóstico
enN. tabacumen Cuba.
DESARROLLO
Principales enfermedades virales que afectan a
N. tabacum. El Virus Y de la papa (PVY)
Las condiciones en las que se desarrollaN. tabacum, sus formas de uso, así como los tipos y cultivares empleados, han traído consigo una amplia diversidad de plagas, enfermedades y fisiopatías que causan im-portantes pérdidas en su producción [Agrios, 2005]. Entre las plagas de origen viral que afectan a este culti-vo a nivel mundial se destacan el Virus del Mosaico del Tabaco (TMV), el Virus del Grabado del Tabaco (TEV), el Virus del Mosaico del Pepino (CMV) y el Virus Y de la Papa (PVY) [Chatzivassiliouet al., 2004; Davy, 2009]. En diferentes regiones productoras deN. tabacum, especial-mente en las provincias de Artemisa y Pinar del Río, en la región occidental de Cuba, se han encontrado plantas de tabaco con síntomas similares a los causados por las diferentes variantes moleculares de PVY como mosaico severo, bandeado de las venas, necrosis, ampollamiento de las hojas y marcado enanismo (Fig. 1). Estas afectaciones inciden en la productividad y en la pérdida de la calidad de la hoja, lo que influye negativamente en la economía del país [Méndezet al., 2007; Aliet al., 2008].
Figura 1. Hojas deN. tabacumcolectadas con síntomas característicos de la presencia de las diferentes va-riantes de PVY descritas. A) Mosaico de color y moteado necrótico. B) Necrosis apical. C) Amarillamiento y necrosis. D) Arrugamiento de la hoja.
Características generales del Virus Y de la papa
El Virus Y de la papa es el miembro tipo del género
Potyvirusperteneciente a la familia Potyviridae, que
es considerada como la familia de virus vegetales más
El género Potyvirus se caracteriza por presentar un amplio rango de hospedantes que incluye tanto plan-tas monocotiledóneas como dicotiledóneas. Forman parte del grupo de los virus que se relaciona con los picornavirus debido a su similitud en cuanto a la es-trategia de expresión génica que despliegan [Shukla
et al., 1994; Urcuqui-Inchimaet al., 2001; Astieret al.,
2007; Gibbset al., 2008].
El PVY fue nombrado por Smith en 1931, de acuer-do con su estudio de la enfermedad del mosaico de la papa, y en la actualidad está considerado como uno de los cinco virus vegetales que causan ma-yores pérdidas económicas [Rolland et al., 2008], con un rango de hospedantes que incluye cultivos fundamentales como el ají (Capsicum annuumL.), la papa (Solanum tuberosum L.), el tabaco (
Nico-tianaspp.) y el tomate (Solanum lycopersicumL.),
además de plantas de menor importancia y malas
hierbas que pertenecen a las solanáceas [Perlan y Moury, 2008].
Este virus no presenta envoltura, su estructura es flexuo-sa y filamentoflexuo-sa (730 nm de largo y 11 nm de diámetro), y contiene una simple cadena de ácido ribonucleico (ARN) de polaridad positiva y de alrededor de 9,7 kb de longitud como material genético. El ARN está poliadenilado en su extremo 3´ y en su extremo 5´ presenta una proteína VPg unida de forma covalente. El material genético codifica para una única poliproteína que es escindida cotraduccinalmente por tres proteasas codificadas por el virus en 10 productos génicos finales (Fig. 2), y que incluye a las siguientes proteínas: a) P1; b) componente de ayuda-proteasa (HC-Pro); c) P3; d) 6K1; e) proteína de inclusión citoplasmática (CI); f) 6K2; g) proteína de inclusión nuclear a (NIa); h) proteína de inclusión nuclear b (NIb); i) proteína de cápside (CP) [Urcuqui-Inchimaet al., 2001; Huet al. 2009; Karasev y Grau, 2013].
Figura 2.Organización genómica del Virus Y de la papa. A) Morfología de la partícula viral. B) Organización genómica de los potyvirus. Las flechas verticales representan los sitios de cortes proteolíticos.
PVY ha sido detectado en todas las regiones del pla-neta donde se encuentran sus hospedantes naturales, y en la actualidad es bien conocido por la variabilidad que despliega en términos de variantes, patotipos y serotipos [Davy, 2009]. Esta variabilidad es el producto de los procesos de recombinación que han tenido lugar a través del tiempo y que han propiciado su diferenciación en cepas o variantes. La primera clasificación que se realizó de esta entidad estuvo di-rigida por el hospedante a partir del cual se aislaba el
virus, por lo que se encontraron cepas provenientes de
S. tuberosum,S. lycopersicum,C. annuumyN.
componen por una gran variedad de cepas que se han agrupado en tres grandes grupos denominados O, C y N [Kerlan y Moury, 2008]. El grupo O es el más difundido en la naturaleza [Ogawaet al., 2008; Singh
et al., 2008], y se identifica por la respuesta de
hiper-sensibilidad que induce en cultivares deS. tuberosum
portadores de los genesNy. En términos de sintoma-tología, generalmente induce mosaico entre medio y severo, arrugamiento, necrosis de la hoja en culti-vares de papa, pero solo moteado o mosaico en tabaco
(Fig. 1A). Esta cepa viral se ha descrito en África,
Eu-ropa, Nueva Zelanda y América del Sur [Lorenzenet al., 2006; Rigotti y Gugerli, 2007; Rollandet al., 2008]. El grupo C de PVY fue previamente clasificado como el Virus C de la papa, y renombrado como la variante C de PVY luego del descubrimiento de la respuesta de hipersensibilidad que generaba este virus en cultivares
deS. tuberosumportadores de los genes de resistencia
Nc. A su vez, este grupo se dividió en C1 y C2, en base a estudios moleculares referidos a la secuencia nucleo-tídica del gen que codifica para la proteína de cápside [Blanco-Urgoiti et al., 1998; Boonham et al., 2002]. Esta cepa viral se ha descrito en América, Europa, Nueva Zelanda y Suráfrica [Lorenzenet al., 2006]. El grupo N comprende a todos los aislados con capaci-dad de provocar necrosis en las nervaduras de la hoja
deN. tabacum,y fue descrito en las década de 1940
en Europa y en América del Sur [Singhet al., 2008]. También se ha encontrado en África y Nueva Zelanda [Davy, 2009]. La principal característica de este grupo es su habilidad para producir necrosis sistémica en
N. tabacum, además de que no induce respuesta de
hipersensibilidad en los cultivares de papa que portan los genes de resistenciaNyyNc, no obstante a indu-cir en estos un moteado medio [Jacquotet al., 2005; Kogovseket al., 2008; Lorenzenet al., 2006; Ogawaet al., 2008; Rigotti y Gugerli, 2007; Rollandet al., 2008; Singhet al., 2008]. Este grupo también incluye a las variantes NTN y Wilga [Ogawaet al., 2008].
La cepa PVY NTN causa necrosis en el tubérculo
deS. tuberosumL. y fue descrita por primera vez en
la década de los ochenta en Hungría [Ogawa et al., 2008]. Este grupo está relacionado serológicamente con el grupo N, y en tabaco es capaz de causar necro-sis en las nervaduras de las hojas. Se han planteado diferentes clasificaciones en subgrupos, basadas en su distribución geográfica y en la presencia o ausencia de recombinación. Las variantes no recombinantes han
sido identificadas en Norte América, Dinamarca, Ale-mania, Polonia y Japón [Singhet al., 2008]; mientras que las recombinantes han sido descritas en Europa y generalmente consisten en secuencias de ARN similares al PVY N y al PVY O, pero con uno, dos o tres puntos de recombinación en P1, HC-Pro, NIa y CP [Lorenzenet al., 2006; Kogovsek et al., 2008]. Además de estos grupos virales, se han encontrado otras variantes de PVY que se clasifican como PVY Wilga, PVY Z y PVY E [Davy, 2009].
La clasificación fenotípica de los aislados provenientes
deN. tabacumse basa en los síntomas causados en los
cultivares susceptibles o resistentes a nemátodos de la raíz. Se destacan tres grandes grupos: MSNR que incluye aislados inductores de necrosis en plantas de tabaco que portan el gen de resistencia a nemátodos
Rk.; MSMR que incluye aislados causantes de mosaico en la hoja; y NSNR que incluye aislados con poten-cialidad de causar síntomas necróticos y que pueden portar o no los genes de resistencia anteriormente mencionados [Aramburuet al., 2006; Kerlan y Moury 2008; Singhet al.2008]. No obstante, poco se conoce de las diferentes interacciones que se establecen entre esos patotipos y los portadores de los genesNyy Nc
en papa. Los estudios filogenéticos de la proteína de la cápside de los pocos aislados del grupo MSNR y NSNR identificados revelan una relación muy estre-cha con la cepa deS. tuberosumL. PVY C [Singh et al., 2008].
Se ha encontrado que las cepas de PVY provenientes
deS. tuberosumson capaces de infectarN. tabacumy
presentan dos fenotipos, en dependencia de si causan mosaico o necrosis en las nervaduras de las hojas [Davy, 2009]. El fenotipo que causa mosaico compren-de a las variantes PVY O y PVY C, mientras que el fenotipo necrótico contiene las variantes PVY N, PVY NTN y PVY NW [Aliet al., 2008; Singhet al., 2008]. El hecho de que frecuentemente se informen nuevas variantes de PVY emergentes es una característica común de esta especie viral, fundamentalmente en el caso de los aislados provenientes deS. tuberosum.
posteriores basados en la variabilidad de esta región, con relación a la virulencia de la cepa, realizados en aislados provenientes de diferentes genotipos de C.
annuumportadores de distintos alelos depvr2,
reve-laron un total de ocho patotipos [Singhet al., 2008]. Este fenómeno ha complejizado la eficiencia del sistema de clasificación de esta especie viral. Blan-co-Urgoitiet al.(1996) propusieron una clasificación basada en el patrón de polimorfismo de las longitudes de los fragmentos de restricción (RFLP de las siglas en inglés) del gen que codifica para la proteína de cápside (CP). De acuerdo con este criterio, los aislados de PVY se pueden agrupar en aislados provenientes de papa PVY O y PVY C y aislados no provenientes de papa PVY NP, al que pertenecen los aislados de
C. annuum,N. tabacumyDaturaspp.
Epidemiología
El Virus Y de la papa presenta un rango hospedante que comprende 495 especies y 31 familias de plantas [Kerlan y Moury, 2008], y más de cincuenta especies de áfidos pueden transmitirlo de forma no persistente y no circulativa;Myzus persicae Sulzer (Homoptera:
Aphididae) se considera el vector más eficiente.
En este tipo de transmisión el insecto adquiere el virus en pruebas de alimentaciones sobre plantas infecta-das, y es capaz de transmitirlo a plantas sanas en las siguientes pruebas de alimentación, en un intervalo de tiempo no superior a 10-20 min. Esta característi-ca hace que el empleo de plaguicidas para controlar el vector, en lugar de contribuir a la eliminación de la infección viral, tributa a su diseminación, pues el vector se mueve hacia lugares más alejados donde no esté presente el plaguicida y lleva consigo a la partí-cula viral potencialmente infectiva [Díazet al., 2010]. La incidencia de PVY no parece tener una relación directa con las poblaciones del vector, lo que indica que el control del insecto no es un parámetro único que permite prevenir la enfermedad. Esta falta de relación se debe a que influyen otros factores como las prácticas culturales, la proporción de áfidos infec-tivos, la presencia más o menos cercana de posibles focos infectivos, que a su vez son dependientes de la mayor o menor movilidad del insecto y finalmente a la capacidad de transmisión de las distintas especies de áfidos [Aramburuet al., 2006].
En Cuba son pocos los estudios relacionados con este tema; no obstante, diversos trabajos realizados en
C. annuumasocian la presencia deMyzus persicaecon
la infección por PVY [Sánchezet al., 2000], por lo que este vector podría estar involucrado en la diseminación del patógeno hacia otros cultivos circundantes.
Estrategias de control
El control de PVY es abordado a través de dos ver-tientes principales, el control del vector o el control de la replicación viral en el interior del hospedante. El control de la replicación viral se lleva a cabo a través del empleo de cultivares resistentes [García-Arenal y McDonald, 2003], mientras que para controlar el vec-tor es necesario aplicar métodos químicos, biológicos y culturales [Hooks y Fereres, 2006; Van Tooret al.,
2009; Cabralet al., 2009; Rashkiet al., 2009].
Los cultivares resistentes pueden ser producidos me-diante métodos de mejoramiento genético convencio-nales o por transformación de plantas. El mejoramien-to genético es el mémejoramien-todo más antiguo empleado para obtener cultivares resistentes y presenta dos grandes desventajas: el tiempo prolongado que se requiere y la probabilidad de que aparezcan nuevas variantes virales [Davy, 2009].
Determinados análisis de durabilidad de los caracte-res de caracte-resistencia a PVY en Europa mostraron que los factores de resistencia (inmunidad, infección o acumulación viral) suelen ser duraderos (por más de veinticinco años) en C. annuum y N. tabacum, mientras que en S. tuberosum suceden otros eventos en igual período [Garcia-Arenal y MacDonald, 2003]. En la producción de plantas transgénicas se han aplicado tres alternativas: la resistencia derivada del patógeno, la resistencia derivada del ARN [Zhu et al., 2009] y la expresión de anticuerpos específicos a componentes virales en plantas transgénicas [Bouaziz
et al., 2009]; estas alternativas se basan en: 1) la
ven-tajosa, ya que solo involucra secuencias virales, y por otra parte permite la producción de plantas transgé-nicas que expresen resistencia a múltiples infecciones virales [Zhuet al., 2009].
La estrategia de producir plantas transgénicas que expresan anticuerpos específicos a diversos compo-nentes de la partícula viral ha resultado eficiente para la producción a gran escala; se han detectado mejores niveles de resistencia en plantas que ex-presan anticuerpos ante componentes virales no estructurales como proteinasas y polimerasas que los detectados en aquellas plantas que expresan anti-cuerpos específicos para la proteína de la cápside; no obstante, este proceso todavía requiere ser mejorado [Bouazizet al., 2009].
Por otra parte, el control químico incluye tratamien-tos del tejido foliar con diferentes clases de insecticidas como pueden ser los organofosforados, los carbamatos, las piretrinas y los neonicotínicos. Diversos estudios realizados en Nueva Zelanda revelaron que el trata-miento de semillas con insecticidas organofosforados, seguido de una aplicación foliar con un insecticida del tipo de las piretrinas, mantiene la población de áfidos en zonas cultivadas con S. tuberosum dentro de los límites permisibles. No obstante, este programa de control puede generar resistencia a los insecticidas, por lo que no se puede aplicar por períodos prolongados [Van Tooret al., 2009].
En cuanto al control biológico se han utilizado al-ternativas relacionadas con el empleo de enemigos naturales de los áfidos; en particular, en el caso de los áfidos transmisores de PVY ha dado resultados posi-tivos el empleo de poblaciones predadoras u hongos entomopatógenos [Davy, 2009]. No obstante, estas variantes aún se encuentran en fase de experimen-tación en condiciones de campo [Cabralet al., 2009; Rashkiet al., 2009].
Los métodos de control cultural van a comprender desde el tiempo de plantación del cultivo de interés de acuerdo con los máximos de migración de los áfidos hasta el empleo de plantas trampas; en el caso de las solanáceas, se han empleado fundamentalmente
Sor-ghum vulgare(sorgo) [Avillaet al., 1996],Zea maysL.
(maíz) [Fereres, 2000], Glicine max (soya) [Difonzo
et al., 1996] yHelianthus annuus (girasol) [Simons,
1957] con el objetivo de controlar patógenos como el PVY y el Virus del mosaico del pepino (CMV) [Hooks y Fereres, 2006].
CONCLUSIONES
• El PVY presenta un genoma constituido por una simple cadena de ARN de polaridad positiva que se traduce en una poliproteína escindida de forma cotraduccional, característica que le confiere una alta tasa replicativa y de variabilidad. En Cuba se ha detectado la presencia de este patógeno en zonas productoras de N. tabacum, lo que puede incidir negativamente en el rendimiento del cultivo, y por ende para los indicadores económicos del país. Te-niendo en cuenta estos elementos, se hace necesaria la implementación de medidas adecuadas para el control eficiente del agente viral.
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