Mal de Panamá: Situación actual de la raza 4 tropical, avances de investigación e iniciativas

globales ante su amenaza

Miguel Angel Dita RodríguezBioversity International

m.dita@cgiar.org

I congreso LatinoAmericano y del Caribe de Plátanos y Bananos

Sullana, Perú 24/06/2011

Devastation of a Cavendish plantation in Malaysia by Panama disease (Ploetz, 2001)

Mal de Panamá / Marchitez por Fusarium

Fusarium oxysporum f. sp. cubense - FOC

Mal de Panamá / Marchitez por Fusarium

Fusarium oxysporum f. sp. cubense vs. Huracán

3

Mal de Panamá: Sintomas Externos

Mal de Panamá: Sintomas Internos

Mal de Panamá: Sintomas Externos

Race 1: Gross Michel (also Maçã (Silk), Pisang Awak)

Race 2: Bluggoe (and cooking bananas)

Race 3: Heliconia spp. (New species ? In progress)

Race 4: Cavendish (subtropical-ST4 and Tropical-TR4)

Fusarium oxysporum f. sp. cubense

Mal de Panamá : El Patógeno

Variety R1 R2 R3 R4

Gross Michel S R R S

Bluggoe R S R S

Heliconia R R S ?

Cavendish R R R S

•Race 4 is most destructive since it affects R1 and R2 susceptible clones as well as Cavendish cultivars

• Most of varieties (~80 %) are susceptible!

Panama disease vs. Commercial banana

Today

454 - seq

~ 60 years ago

8

RT4?

Zona de producción de Bananos

Mal de Panamá: Distribución mundial

Distribución Geográfica del Mal de

Panamá (Ploetz, 2001)

RT4 diseminación

Rt4

Método de Diagnóstico específico para RT4

Adapted from Dr. C.P Chao, 2008 BAPNET meeting

“La seria amenaza de la raza 4 tropical de Foc(cortesía de Dr. Molina )

-TR4 dañó la industria bananera (+US$5

bi) de Cavendish- en Taiwan

- ~ 67,000 has. en China;

- ~ 500 has. En Filipinas;

- Producción de Taiwan fue reducida 10x

- Amenaza para Millones de pequeños

productores en el mundo

- Renovó interes en Foc I&D 0

50

100

150

200

250

300

350

400

1999 200

0

2001 200

2

200

3

200

4

200

5

200

6

200

7

200

8

Variedad Local afectada, China Photos: G. Molina Bioversity

Exportación Taiwanesa para Japan

(M, 12-kg cartons)

Bananos en China

•CHINA – 285 000 ha

•~ 65,000 ha affected by Foc TR4

• Serious Problem on Cavendish

11

Millions of banana plants have died and

unfortunately we have found No Cure for

the disease," said Liu Shaoqin, a researcher

with Guangzhou's Academy of Agric. Science.

The disease is the CANCER of the plant

community," he said..

http://english.cri.cn/3126/2007/04/05/272@212949.htm.

Source: http://www.promusa.org/symposium_2009/home.html 12

Session 2: Integrated approaches to managing

Fusarium wilt and other emerging disease threats

Control de enfermedades en plantas

vs. Mal de Panamá em bananos

Manejo Integrado

• Químico • Biológico

• Cultural

• Uso de variedades resistentes

Cultural

Genético

Químico

Manejo Integrado

The disease can only be managed by using resistant cultivars and by

preventing its introduction into new fields!

Once infested with the pathogen, the only way of continuing banana production is

by means of planting cultivars with resistance to the disease (Deacon, 1984;

Ploetz and Pegg, 2000; Viljoen, 2002; Ploetz et al., 2003).

• Químico

Chloride;

Clean Green; Cupravit;

Desogerm; Farmcleanse

Jik Prazin agri

Omega; Sporekill

Benomyl; Copper oxychloride;

Prochloraz Cyproconazole;

Propiconazole; Phosetyl-Al;

Captab; Azoxystrobin;

Kresoxim-methyl

Control Biológico - Aspectos generales

39

2.1.1 Inoculação com o patógeno

Foi utilizado um isolado monospórico (VG01206) do fungo F. oxysporum f.

sp. cubense (Foc), raça 1, obtido na Embrapa Mandioca e Fruticultura,

comprovadamente patogênico à bananeira. Para a obtenção dos conídios foi

utilizada a metodologia descrita por Subramaniam et al., (2006). As plantas foram

inoculadas aos 45 dias após o transplantio. As plantas foram removidas

cuidadosamente do solo e suas raízes foram lavadas em água corrente, para

retirada do excesso de solo e em seguida cortadas a 7-10 cm da base. A inoculação

foi realizada por imersão das raízes na suspensão conidial (2 x 106 conídio mL-1)

durante 2 horas, quando foram transferidas para bandejas onde foi montado um

sistema de inoculação (MOHAMED et al., 2000) (Figura 4). Plantas usadas como

testemunhas foram submetidas ao mesmo procedimento, porém utilizando-se água

destilada estéril.

Figura 4. Esquema metodológico para inoculação das plantas com o fungo.

Tto. c/ Microorganismos1. Inoculación patógeno

2. Evaluación

19

indução, como também em outros locais dele distantes de forma mais ou menos

generalizada (BARROS et al., 2010).

A RSA é caracterizada pela manifestação ou produção de um sinal liberado

a partir do sítio de infecção que provoca a necrose e a translocação deste sinal para

outras partes da planta, induzindo reações de defesa que protegerão a planta contra

agressões subsequentes. Já na RSI, o indutor não provoca sintomas, como necrose

no local da infecção, mas que induz a planta a se proteger sistemicamente (SILVA et

al., 2008).

Métraux (2001), afirma que pesquisadores têm assumido que RSA envolve o

acúmulo de Proteínas Relacionadas com Patogênese (PRPs) como mecanismos

induzidos de defesa da planta, sua indução é salicilato-dependente e geralmente é

induzida por patógenos ou ativadores químicos. Contrariamente, em RSI, não há

acúmulo de PRPs, o agente indutor é usualmente um microrganismo não-patogênico

e sua indução não é salicilato-dependente, parecendo haver outra rota de

sinalização mais associada à jasmonatos e etileno.

Na figura 5 é apresentado um esquema resumido da Resistência Sistêmica

Adquirida e Induzida.

Figura 5. Comparação das duas formas mais caracterizadas de resistência sistêmica em plantas, ambas levando a respostas fenotípicas semelhantes. Resistência Sistêmica

Antibiosis directa

Inducción de resistencia

Antibiosis

directa/

competencia

por nutrientes

• Biológico

Algunas consideraciones sobre el

control biológico de Foc

• Muchos trabajos de identificación y aislamientos y estudios en

invernadero vs. casi nada en campo

• Mucho “potencial”, pero hasta el momento: “pocas Nueces”

• Es una tarea difícil que normalmente requiere intervención de la industria

Formulación (?) Registro de productos ($)

Microorg. que han mostrado potencial de Biocontrol de Foc

•Trichoderma spp.

•Bacterias (Pseudomonas, Serratia, otras)

• F. oxysporum no patógénico !!

Rodrigo Mendes,1*† Marco Kruijt,1*‡ Irene de Bruijn,1§ Ester Dekkers,1 Menno van der Voort,1

Johannes H. M. Schneider,2 Yvette M. Piceno,3 Todd Z. DeSantis,3,4 Gary L. Andersen,3 Peter A. H. M.

Bakker,5 Jos M. Raaijmakers1¶

SUELOS SUPRESSIVOSDeciphering the Rhizosphere Microbiome for

Disease-Suppressive bacteria Science, Mayo, 2011

In excess of 33,000 bacterial and archaeal

species were detected, with Proteobacteria,

Firmicutes and Actinobacteria consistently

associated with disease suppression.

Members of the ϒ- Proteobacteria were

shown to have disease suppressive activity

governed by nonribosomal peptide

synthetases. Our data indicate that upon

attack by a fungal root pathogen, plants can

exploit microbial consortia from soil for

protection against infections.

Biológico

Cebollitas Chinas (Allium tuberosum) inhibe Mal de

Panamá!!Dr. Yi Ganjun in the 7th BAPNET SC Meeting, Hanoi, Vietnam

Cultural

Cebollitas chinas (Allium tuberosum) inhibe Mal de

Panamá

Algunas consideraciones para LAC:

Vs.

Photo by Yi Ganjun Photo by R. Ploetz

• Debe tenerse en cuenta, pero los DATOS mostrados hasta ahora no

son científicamente concluyentes

• Cual es la viabilidad práctica para grandes extensiones de monocultivo –

pequeñas parcelas?

• En caso de que sea efectivo, esta especie funcionaría en LAC?

Condiciones que favorecen el desarrollo de la enfermedad•Material de siembra infectado

•Suelo infestado

•Ataque de nemátodos

Prevention and control:

•No existe UN método realmente efectivo de control que no sea el

uso de variedades resistentes

Marchitez de Fusarium: Informaciones generales,

pero NO triviales

1. Use material resistente siempre que posible;

2. Implemente aestrategias de rotación adecuadas. Si el suelo está

severamente infectado esto es OBLIGATORIO

3. Siempre qu esea práctico, retire y destruya material de plantas infectadas,

pero no lo use para compost o otras emmiendas.

4. Utilize prácticas de fertilización y irrigación adecuadas – NO

INUNDACIÓN! – Ejemplo de China – Rio Pearl

Medidas para reducir el impacto de la enfermedad

a) Desarrollar métodos de diagnóstico y detección específicos para Foc TR4

y otras razas importantes de Foc;

b) Realizar estudios comparativos de las razas 1, 2, RS4 y RT4 utilizando EST

(Expressed Sequence Tag) obtenidos mediante secuenciamiento -454 con

el objetivo de entender mecanismos de especificidad y virulencia;

c) Desarrollar y Establecer bioensayos rápidos y eficientes para realizar

screening para la resistencia a Foc en invernadero;

d) Caracterizar genotipos de Musa considerados “relevantes” para la

resistencia a Foc TR4 ;

e) Entender las bases genéticas citológicas y moleculares de la resistencia a

Foc en Musa;

f) Desarrollar estudios epidemiológicos con el objetivo de diseñar y validar

estrategias de manejo integrado aplicables en larga y/o pequeña escala.

Objetivos de investigación – Foc

Basadas en :

1.Prevención de entrada - detección temprana

2.Material de siembra sano; e

3.Uso de variedades resistentes

4.Manejo de la enfermedad

• Microconidios: 5 - 16 x 2.4 - 3.5 µm, 1 o 2 células, ovales forma de riñón

• Fox: ~ 100 formae speciales que causan marchitez en plantas

- agrupa especies de patógeno y saprófitos que no pueden ser distiguidos

morfológicamente

Fotos: MA. Dita

Fuente: Ploetz (2000)

• Clamidiosporas:7 - 11 µm diámetro, usualmente globosas formadas idividuales o en cadenas

• Macroconidios: 27 - 55 x3.3 - 5.5 µm, 4- 8 formatode de Hoz, con célulasbasales en forma de pié.

Desarrollo de un método de diagnóstico

específico para RT4

Estructuras de F. o f. sp. cubense

0 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 13 14 15 18 19 20 22 2412 MM

242 bp

Lin et al. (2008)- Foc-1/ Foc-2

Primers - FocTR4-F/ FocTR4-F (Dita et al. 2010)

VCG 01213

Foc1/Foc2: Positivo aislados de Honduras, Brasil, Costa Rica!

Australia, Indonesia, Taiwan

Diagnóstico molecular para TR4 (GVC01213)

Inoculada con TR4 control

Foto: MA. Dita

Embrapa

Detección de Foc RT4 in planta

EF +FocTR4 // Actin2 + FocTR4

M. balbisiana

(BB)

M. acuminata

(AA)

ST4TR4

Cormos infectados

RT4

Corm

o-

contr

ol

Actin2

EF-1

TR4s

PCRs Duplex

13 diploides, IITA

Detección de Foc RT4 in planta

Detección de Foc TR4 en Suelo

Sample Host Country Plant stageTS1 Cavendish Taiwan Healthy plant

TS2 Cavendish Taiwan Healthy plant

TS3 Cavendish Taiwan Infected plant

TS4 Cavendish Taiwan Healthy plant

TS5 Cavendish Taiwan Healthy plant

TS6 Cavendish Taiwan Healthy plant

TS7 Cavendish Taiwan Infected plant

TS8 Cavendish Taiwan Healthy plant

TWS9 Cavendish Taiwan Infected plant

AuD1 Cavendish Austrália Infected plant

AuD2 Cavendish Austrália Infected plant

AuD3 Cavendish Austrália Infected plant

AuH1 Cavendish Austrália Healthy plant

AuH2 Cavendish Austrália Healthy plant

AuD3 Cavendish Austrália Healthy plant

SEcu01 Cavendish Equador Healthy plant

SEcu02 Cavendish Equador Healthy plant

SCR01 Gros Michel Costa Rica Healthy plant

SCR02 Gros Michel Costa Rica Healthy plant

DNA extraction

Medio de Komada

(1975)

Extracción de ADN,

PCR con FocTR4 primers

Surface sterilization

1 cm

1 cm

105 3015 20 25Cormo

cm

Fo

tos

: M

.A.

Dit

a

Detección de Foc RT4 in planta

Aplicaciones!

1.Servicios cuarentenários- Inmediato

2.Soporte para medidadas de erradicación– Inmediato

3.Certificación de material de propagación – Y lo están

solicitando

4.Análisis de riesgo!

Foc

Kmeters

K.m

ete

rs

Geografic distribution (GS +)

Dita et al (unpublished)

Uso de variedades resistentes!Control químico (en general no funcional!)

Control biológico (prometedor, pero aún es visto como una tarea difícil)!Cultural control (difícil de implementar y solo no es suficiente!)Control Integrado (Ideal: variedades resistentes actor principal)

Mal de Panamá en bananos: Control

Desarrollar una metodologia de screeening para la identificación

temprana de genotipos resistentes (invernadero)

• Elucidar mecanismos de defensa / resistencia (RT4 , R1, R2, RS4);

• Entender los mecanismos de patogénesis en aislados (RT4 , R1, R2, RS4;

• Realizar análises de biologia comparativa (‘fitness’) entre aislados (VCGs)

representativos de diversas áreas de producción de bananos

Control Inoculated

Mal de Panamá en bananos: Control

Sis. Aeropónico - Severn-Ellis et al. (1997) Container plástico - Subramaniam et al. (2006)

Test Plantlets

Support Substrate

Inner tray

Drain Holes

Outer tray

Nutrient & water excess

Mohamed et al. (2001)

Sist. Bandejas dobles

Sist. cerrado - Smith et al. 2008

35 ddi

Control Inoculada Fo

tos

: M

.A.

Dit

a

MANZANO

Susceptible

TROPICAL

Resistencia

Moderada

GRANDE NAINE

Resistente

Desarrollo de un bioensayo para la interacción

Cavendish-TR4

Plantas inoculadas con RT4

21ddi Aislado BPS3.4

Fotos: M.A. Dita

R1 vs. RT4 Interacción compatible vs. incompatible

Fo

tos

: M

.A.

Dit

a

Desarrollo de un bioensayo para la interacción

Cavendish-TR4

09 Genotipos vs. Foc TR4

1. Grande Naine (AAA)

2. Maçã (Silk) – AAB

3. Prata (AAB)

4. Pahang (AA)

5. CIRAD 930 (AA) M. a.

malaccensis

6. Pahang (AA)

7. Matavia (Bluggoe) – ABB

8. Banksii (AA)

9. Tuu Gia (AA)

Screening de genótipos para la resistencia a

Foc RT4

Micelio Conidios Con. germinados

R1, R2, ST4, TR4 R1, R2, ST4, TR4

Extracción de ARN

ARN m

ARN ‘pooling’ (Micelio + Conidios + Conidios germinados)

bibliotecas de cDNA de R1, R2, RS4, RT4

•Análisis comparativos de EST

•Desarrolo de métodos de diagnóstico

Estudios comparativos de las razas 1, 2, RS4 y RT4

utilizando EST (Expressed Sequence Tag) obtenidos

mediante secuenciamiento -454.

Fusarium wilt of banana: an integrated approach to reduce

the vulnerability of banana-dependent smallholders facing the

threat of tropical race 4 (TR4)

Líder: Bioversity International

Mal de Panamá: iniciativas y proyectos

actuales y desafíos para LAC

Panama Disease in Banana: Multi-level solutions for a global problem

Líder: Plant Research International - Holanda

Mal de Panamá: iniciativas y proyectos

actuales y desafíos para LAC

Mal de Panamá: iniciativas y proyectos

actuales y desafíos para LAC

RECOMENDACIONES PARA PREVENIR

LA ENTRADA DE ENFERMEDADES

CUARENTENARIAS DE ALTA

IMPORTANCIA ECONÓMICA PARA

BANANO Y PIÑA.

Dirigidas a: Empleados de las compañías

fruteras, representantes de compañías de

agroquímicos, inspectores de Compañías

Certificadoras, representantes de ONG’s,

y cualquier otro visitante a plantaciones

de banano en el Sur Este Asiático, y

plantaciones de piña en Sur América.

Capacitación sobre prevención, diagnóstico y

manejo del Mal de Panamá en bananos

Una iniciativa de

Bioversity Internacional

y MUSALAC para la

reducción del impacto de

la enfermedad en LAC y

prevención de la entrada

de la raza 4 Tropical a

las Américas

Demás países?

Mal de Panamá: iniciativas y proyectos

actuales y desafíos para LAC

?

$+?

Mal de Panamá: iniciativas y proyectos

actuales y desafíos para LAC

Perú - Carlos Román

Maestría – CATIE

Epidemiología de Foc

Promusa’ 2011

Salvador, Bahia, Brasil

~ 400 Accesses

15Cultivars released

Embrapa Programa de mejoramiento de Musa – 30 Años

• Cruz das Almas, Bahia Brazil; International Meetings Banana, Pineapple

Embrapa Cassava & Tropical Fruits

Salvador, Bahia Brazil

Gracias!