INTRODUCCIÓN

Las enfermedades virales de los cultivos agrícolas representan una amenaza para la seguridad alimentaria mundial debido al daño que ocasionan en la calidad y cantidad de las cosechas (Nicaise, 2014). En particular, en la caña de azúcar (Saccharumspp.) causan el deterioro progresivo del cultivo y acortan el tiempo de explotación de cultivares élites (Srivastava, 2016).

El mosaico de la caña de azúcar es una enfermedad causada por el Sugarcane mosaic virus (SCMV) y el Sorghum mosaic virus (SrMV). Es una de las patologías de mayor importancia en este cultivo y está ampliamente distribuida en el mundo (Rott, Girard & Comstock, 2013). En algunas regiones ha causado afectaciones de hasta el 80 % de la producción azucarera (Silva-Rosales, Alcalá-Briseño y Espejel, 2015).

El método de control más efectivo para el manejo del mosaico es el empleo de cultivares resistentes, por lo que la identificación de estos es un criterio de selección en la mayoría de los Programas de Mejoramiento Genético de la Caña de Azúcar en el mundo (Medeiros et al., 2014). En Cuba se han desarrollado ensayos de resistencia para clasificar los nuevos clones que se obtienen en el Programa de Mejoramiento Genético, dirigido por el Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA, 2011).

Los ensayos de resistencia al mosaico de la caña de azúcar se establecieron en la última fase de selección mediante inoculación artificial del agente causal de la enfermedad (SCMV), en las localidades Jovellanos (Matanzas), Florida (Camagüey) y Guaro (Holguín). El análisis de los resultados de tales estudios, según la base de datos SC-RESIST (La O et al., 2012), puso de manifiesto la falta de correspondencia entre los resultados de las localidades de prueba y la variabilidad en la respuesta de los cultivares controles. Esto sugiere cambios de la relación hospedante-patógeno-ambiente, o de la eficiencia de los procedimientos empleados para estimar la resistencia.

La validación de estas pruebas se realiza mediante criterios basados en la clasificación de los cultivares controles, según la escala propuesta por Kolobaev, Carvajal, Alfonso & González (1983). Los cultivares controles representan una guía para la respuesta de resistencia y cualquier cambio en su reacción implica la desestimación de los resultados de las pruebas.

A partir de las consideraciones anteriores, se determinó como objetivo de este trabajo comprobar la variabilidad de reacción frente a SCMVde los cultivares controles de caña de azúcar en múltiples ensayos de resistencia.

MATERIALES Y MÉTODOS

Con los resultados de 21 ensayos de resistencia analizados en el período 2007- 2013 se conformó una base de datos con la información en cada localidad de prueba sobre el porcentaje de infección (PI) de los cultivares controles B42231 (AR), 39MQ832 (MR) y C236-51 (AS). Se realizó un ANOVA factorial a la variable transformada según la expresión:

En el que se consideraron como fuentes de variación: localidades, años, cultivares y sus interacciones.

Se aplicó el modelo estadístico multivariado Regresión de Sitios (SREG) para el estudio de las interacciones entre factores y para comparar el patrón de respuesta de los cultivares controles (Yan, 2001). Este consiste en una combinación del análisis de componentes principales (CP) con el ANOVA, en el cual el efecto de los cultivares se analizó de manera conjunta al efecto de la interacción cultivar x ensayo. La expresión del modelo es:

Donde:

Yij: observación correspondiente a la combinación de niveles ij;

Yj: media del nivel j;

λ1 y λ2: valores singulares de los CP1 y CP2;

ξi1 y ξi2: coordenadas de CP1 y CP2 para el nivel i;

ηj1 y ηj2: coordenadas de CP1 y CP2 para el nivel j;

εij: residuo.

Con la representación gráfica de los dos primeros componentes se determinó la estabilidad o variabilidad de la respuesta de los cultivares controles en los ensayos de resistencia al mosaico. Se comprobó la validez de todos los ensayos analizados mediante la metodología vigente (INICA, 2011). A partir del porcentaje de infección se determinó el grado y categoría de reacción de los cultivares controles según la escala descrita por Kolobaev et al. (1983) (Tabla 1).

Tabla 1

Escala vigente para la evaluación de resistencia al mosaico.

La comprobación de los resultados se efectuó a través de los criterios de validación: que B42231 (altamente resistente, AR) no alcance un PI equivalente a 39MQ832 (moderadamente resistente, MR) y que el de C236-51 (altamente susceptible, AS) sea superior a este grado intermedio. Además, se utilizó como alternativa de validación la comparación de medias entre los cultivares controles mediante las dócimas de Tukey (p <0.05) a la variable PI transformada.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se comprobó que existieron diferencias significativas en el PI entre localidades, años y cultivares, así como en todas las interacciones (Tabla 2). Los cultivares fueron la mayor fuente de variación (29,3 %), seguido de la interacción localidadaños (19,7 %) y localidad (16.8 %). Este resultado confirmó el carácter heredable de la resistencia al SCMVy la alta influencia del ambiente sobre la misma.

Tabla 2

Efecto sobre el PI de las condiciones ambientales (años y localidades) y cultivares de caña de azúcar en los ensayos de resistencia al SCMV, durante el período 2007-2013 en Jovellanos, Florida y Guaro.

Leyenda: FV (fuentes de variación), GL (grados de libertad), CM (cuadrado medio), %SC (porcentaje de la suma de cuadrados), ** (significación estadística para p<0.01).

Los resultados del modelo SREG mostraron que los componentes CP1 y CP2 extraen el 97,7 % de la interacción LxAxC (Figura 1). Los cultivares controles manifestaron un PI según lo esperado (AR < MR < AS, en el sentido de la flecha horizontal) en los ensayos del período 2007-2013 en Jovellanos, Florida y Guaro (21 ensayos). Además, se observó que, aunque todos mostraron variabilidad en su respuesta, 39MQ832 (MR) fue el más inestable (mayor distancia en relación con el eje horizontal), lo que afecta directamente la validación de los ensayos de resistencia.

Figura 1
Representación biplot de la estabilidad y la magnitud de la respuesta de los cultivares controles empleados en los ensayos de resistencia al SCMV, durante el período 2007-2013 en Jovellanos, Florida y Guaro.

Leyenda: CP1 y CP2 (componentes principales 1 y 2), Jv (Jovellanos), Fl (Florida), Gr (Guaro), 07 (2007), 08 (2008), 09 (2009), 10 (2010), 11 (2011), 12 (2012), 13 (2013), AR-MR-AS (controles altamente resistentes, moderadamente resistentes y altamente susceptibles).

El análisis de los ensayos de resistencia al SCMV según las normas vigentes mostró que en seis no se diferenciaron las categorías AR y MR, y en otros siete MR y AS (Tabla 3). De acuerdo con los criterios de validación, 13 experimentos fueron no válidos, lo que conllevó el rechazo de los mismos; de lo contrario, los cultivares evaluados en dichos ensayos estarían incorrectamente clasificados.

Tabla 3

Grado de reacción de los cultivares controles en los ensayos de resistencia al SCMV del período 2007-2013 en las localidades Jovellanos, Florida y Guaro; según las Normas y Procedimientos del Programa de Mejoramiento Genético (INICA, 2011).

Leyenda: AR (Altamente Resistente), MR (Moderadamente Resistente), AS (Altamente Susceptible), Jv (Jovellanos), Fl (Florida), Gr (Guaro), 07 (2007), 08 (2008), 09 (2009), 10 (2010), 11 (2011), 12 (2012), 13 (2013). * Ensayo no válido. La comparación de medias entre PI de cultivares controles en cada ensayo disminuyó el número de experimentos descartados en relación con las normas vigentes (Tabla 4).

Tabla 4

Comparación de medias del PI de los cultivares controles en los ensayos de resistencia al SCMV del período 2007-2013 en las localidades Jovellanos, Florida y Guaro.

Leyenda: AR (Altamente Resistente), MR Moderadamente Resistente, AS Altamente Susceptible, Jv (Jovellanos), Fl (Florida), Gr (Guaro), 07 (2007), 08 (2008), 09 (2009), 10 (2010), 11 (2011), 12 (2012), 13 (2013). Letras diferentes denotan diferencias significativas p< 0,05. * Ensayo no válido.

La variabilidad observada en la respuesta de resistencia al SCMV de los cultivares controles afectó directamente la clasificación del material en estudio. Esto pudo ocasionar la eliminación de cultivares tolerantes, con la consecuente pérdida de diversidad genética o la liberación de susceptibles, así como el incremento del riesgo de ocurrencia de la enfermedad.

A los efectos de la selección y explotación comercial, se aceptan y manejan bajo los mismos principios los cultivares con categorías AR y MR. Sin embargo, las plantaciones con estos últimos deben mantenerse en observación estricta para no pasar por alto el efecto de la enfermedad, ya que el nivel de infección puede aumentar y amenazar la economía de la cosecha (Anwar, Khan, Munir, Chattham & Zia, 2010).

El cultivo de plantas tolerantes, aunque no implique perjuicios, generalmente es inaceptable en caña de azúcar, debido al riesgo que representa como fuente de infección para otros cultivares (Stringer, Croft, Deomano & Bhuiyan, 2013; Croft et al., 2015) y porque el desarrollo de epifitias ha sido una de las principales causas de pérdidas en la industria azucarera (Ramesh-Sundar, Ashwin, Leonard- Barnabas, Malathi & Viswanathan, 2015).

El Programa de Mejoramiento Genético de Cuba considera la resistencia al carbón [Ustilago scitaminea Sydow = Sporisorium scitamineum (M. Piepenbr.,M.Stoll & Oberw)], roya parda (Pucciniamelanocephala Sydow and P. Sydow), escaldadura foliar (Xanthomonas albilineans(Ashby) Dowson) y mosaico, como criterios de selección de acuerdo con su nivel de importancia. Esto hace muy compleja la liberación de cultivares totalmente inmunes a las cuatro enfermedades (González, Carvajal, Montalván, Alfonso, Rodríguez, J. y Rodríguez, M., 2015).

Los ensayos de resistencia al SCMV se establecen en la etapa final del esquema de selección. Los cultivares se han evaluado previamente con criterios como contenido azucarero, vigor y resistencia a otras enfermedades (roya parda, carbón, escaldadura foliar) (Jorge, I., Mesa, Santana, Nodarse, García, y Jorge, H., 2013). Es por ello que, aunque se liberen cultivares tolerantes, se mantiene la sanidad en áreas de producción, dado que existe un Servicio Fitosanitario (SEFIT) que garantiza la vigilancia al mosaico y otras patologías del cultivo (Rodríguez, M., Rodríguez, E., Alfonso, y Fuentes, 2014).

Las diferencias estadísticas observadas entre los cultivares controles en los ensayos de resistencia al SCMV proporcionaron una alternativa para la validación de estos experimentos. El empleo de este criterio disminuyó el número de ensayos descartados en relación con las Normas y Procedimientos del Programa de Mejoramiento Genético.

Por otra parte, el empleo en Cuba de solo tres cultivares controles en las pruebas de resistencia al SCMV es una desventaja, pues, como máximo, se logró distinguir iguales grados en la respuesta. Estos son insuficientes, aun cuando el objetivo de los estudios sea descartar cultivares susceptibles; ya que, tal como se ha demostrado, no siempre quedan estadísticamente bien diferenciados. Esto es importante porque implica errores en la clasificación de cultivares e ineficiencia en el proceso de selección, por lo que se requiere de un procedimiento más adecuado para estimar la resistencia varietal.

Los resultados obtenidos muestran limitaciones del método vigente para evaluar la resistencia al mosaico. Esto implica errores en la clasificación de cultivares e ineficiencia en el proceso de selección. Por tanto, las alternativas que perfeccionen la actual metodología son necesarias para hacer más confiable la clasificación de la resistencia varietal.

CONCLUSIONES

1. 1. Los controles B42231 (AR), 39MQ832 (MR) y C236-51(AS) empleados en los ensayos de resistencia al mosaico presentan inestabilidad en su respuesta y son insuficientes para describir todas las categorías de reacción.
2. 2. La comparación de medias del porcentaje de infección entre cultivares controles constituye una alternativa para la validación de los ensayos de resistencia al mosaico.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Anwar, M. S., Khan, H. A., Munir, M., Chattha, A. A. & Zia, A. (2010). Integrated control strategies for sugarcane disease. Pakistan Sugar Journal, 25, 7-9.

Croft, B., Bhuiyan, S., Magarey, R., Piperidis, G., Wong, E., Wickramasinghe, … Jackson, P. (2015). Vew sources of resistance to major diseases from wild relatives of sugarcane. Proc. Aust. Soc. Sugar Cane Technol., 37, 9.

González, R., Carvajal, O., Montalván, J., Alfonso, F., Rodríguez, J. y Rodríguez, M. (2015). Resistencia a enfermedades de la caña de azúcar en Cuba. Criterios y Estrategias. En Memorias del XII Congreso Internacional sobre Azúcar y Derivados. Diversificación 2015. La Habana, Cuba.

Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar (INICA). (2011). Manual de Normas y Procedimientos del Programa de Mejoramiento. Boletín Especial Cuba & Caña, 200.

Jorge, I., Mesa, J. M., Santana, I., Nodarse, O., García, H. y Jorge, H. (2013). Variedades y semillas. En H. Pérez, I. Santana e I. Rodríguez (Eds.) Manejo Sostenible de Tierras en la Producción de Caña de Azúcar. La Habana: Grupo Azucarero AZCUBA, Instituto de Investigaciones de la Caña de Azúcar.

Kolobaev, V. A., Carvajal, O., Alfonso, F., González, R. (1983). Breeding sugarcane resistant to multiple disease pest in Cuba. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 18, 719-727.

La O, M., Mesa, J. M., Verdecia, A., La O, D., Montalván, J., Carvajal, O.,… Rivera, M. J. (2012). Software SC-RESIST, No 372-2012 del Centro Nacional de Derecho de autor. Cuba.

Medeiros, C. N. F., Gonçalves, M. C., Harakava, R., Creste, S., Nóbile, P. M., Pinto, L. R., Perecin, D. & Landel M. G. A. (2014). Sugarcane transcript profiling assessed by cDNA-AFLP analysis during the interaction with sugarcane mosaic virus. Advances in Microbiology, 4, 511-520.

Nicaise V. (2014). Crop immunity against viruses: outcomes and future challenges. Frontiers in Plant Sci., 5, 1-18. doi: 10.33389/fpls.2014.00660

Ramesh-Sundar, A., Ashwin, N. M. R., Leonard-Barnabas, E., Malathi, P. & Viswanathan, R. (2015). Disease resistance in sugarcane: an overview. ScientiaAgraria Paranaensis, 14, 200-212.

Rodríguez, M., Rodríguez, E., Alfonso, I. y Fuentes, A. (2014). Enfermedades y plagas. En I. Santana, M. González, S. Guillén y R. Crespo, Instructivo Técnico para el Manejo de la Caña de Azúcar. La Habana: Grupo Azucarero AZCUBA, INICA.

Rott, P., Girard, J. C. & Comstock, J. C. (2013). Impact of pathogen genetics on breeding for resistance to sugarcane diseases. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 28. 11.

Silva-Rosales, L., Alcalá-Briseño, R. I. y Espejel, F. (2015). Sugarcane mosaic. In Tennant P., Fermin G. (Eds.) Virus diseases of tropical and subtropical crops (pp. 131- 143). CAB International.

Srivastava S. (2016). Molecular diagnostics and application of DNA markers in the management of major diseases of sugarcane. In P. Kumar et al. (eds.) Current Trends in Plant Disease Diagnostics and Management Practices, Fungal Biology (pp. 299-315). Springer International Publishing Switzerland.

Stringer, J., Croft, B., Deomano, E. & Bhuiyan, S. (2013). Analysis of sugarcane disease screening trials over years with a mixed model to improve ratings of varieties. Proc. Int. Soc. Sugar Cane Technol., 28, 1-6.

Yan W. (2001). GGEbiplot – a Windows application for graphical analysis of multienvironment trial data and other types of two-way data. Agron. J., 93, 1111–1118.

Notas

Notas de autor