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Modo de acción de Pochonia chlamydosporia y Paecilomyces lilacinus

P. chlamydosporia y P. lilacinus son dos hongos nematófagos de amplio uso y eficacia. Se emplean en el control biológico de los gusanos microscópicos que atacan las raíces de las plantas.
Para sostener un control adecuado, P. lilacinus requiere de una densidad de población en el orden de 1X106 UFC/g de suelo, pero se ha encontrado que aplicaciones de 2X105 UFC/g de suelo son suficientes para alcanzar controles satisfactorios. El hongo tiene la capacidad vivir en el suelo por un tiempo aproximado de dos meses; es decir que su persistencia y consecuentemente su eficacia como biocontrolador, a diferencia de otros hongos nematófagos, no está ligada a la presencia del nematodo objetivo ni de la planta hospedera. De esta manera, como la competencia en la rizósfera no es el factor clave para la eficacia en el control del P. lilacinus, es ideal para combinarlo con otros agentes de control (De la Fuente Prieto, 2018). La mayor relevancia de este hongo es como patógeno de fitonematodos, ya que causa una alta tasa de mortalidad reduciendo las poblaciones de estos fitoparasitos en los cultivos (Valencia Serna et al., 2014). Actúa sobre los nematodos al parasitar tanto huevos, como juveniles y adultos (Sirias, 2007).

Por su parte, el potencial de P. chlamydosporia como agente de biocontrol es la baja densidad de población requerida para alcanzar niveles de control eficientes, que ronda en el orden de 1X103 a 1X104 UFC/g de suelo. Su acción se circunscribe a la rizósfera, es decir que es un buen colonizador de la rizósfera; pero, contrario a P. lilacinus, un mal colonizador del suelo. La planta juega un rol muy importante ligando a P. chlamydosporia y su nematodo en una fuerte relación tri-trófica (De la Fuente Prieto, 2018). Adicionalmente, este hongo produce clamidosporas, que son estructuras de resistencia; tiene la capacidad de parasitar huevos de diferentes especies de nemátodos; y se ha identificado como capaz de colonizar endofíticamente las raíces de diferentes cultivos, con efecto sobre el crecimiento y la salud de las plantas (Arévalo et al., 2019).

A continuación, se describen los procesos directos como la parasitación y al efecto indirecto de inducción de resistencia (Figura 1).
Figura 1. Modo de acción de Bio-Pacel 10 WP
A) EFECTO DIRECTO: PARASITISMO
Los hongos nematófagos se refieren a un grupo diverso de hongos que colonizan y parasitan a los nematodos para la explotación de sustancias nutritivas ya sea por (1) captura de nematodos (hongos depredadores), (2) endoparásitos, (3) parásitos de huevos y hembras, y (4) producción de toxinas (López-Llorca et al., 2008; Senthilkumar et al., 2020). En los cuatro grupos de nematófagos, el parasitismo de los nematodos da como resultado una digestión completa de la presa o del huevo, actividad que proporciona al hongo nutrientes y energía para un crecimiento continuo (López-Llorca et al., 2008).
La parasitación de los nemátodos por parte de los hongos nematófagos parásitos de huevos y hembras, como es el caso de P. lilacinus y P. chlamydosporia, se realiza en cuatro etapas: (1) reconocimiento y adhesión, (2) señalización y diferenciación, (3) penetración y (4) colonización (Avelar Monteiro et al., 2020; López-Llorca et al., 2008; Yi et al., 2021)
1. Reconocimiento y adhesión.
La infección por nematodos comienza con una fase de reconocimiento que incluye la atracción mediante un proceso de quimiotaxis del huésped hacia las hifas fúngicas; además el material extracelular o adhesivo se revela al marcarlo con la lectina Concanavalina A (Con A), lo que indica que contiene residuos de glucosa/manosa (López-Llorca et al., 2008; Yi et al., 2021).
P. chlamydosporia y P. lilacinus pueden vivir saprofitamente en el suelo y convertirse en parásito en presencia de nematodos. Tan pronto como los hongos encuentran un huevo de nematodo, comienza la producción de metabolitos que ayudan a la adhesión de las hifas en la superficie del huevo (Avelar Monteiro et al., 2020). Se ha observado que los huevos en las primeras etapas de la embriogénesis son más susceptibles al parasitismo que los que contienen un juvenil en la segunda etapa, aunque todas las etapas de huevos son parasitadas por los hongos (Manzanilla-López, 2013; Yi et al., 2021). Inicialmente, antes de infectar un huevo de nematodo, el hongo se aplana contra la superficie del huevo y se adhiere estrechamente a él (Senthilkumar et al., 2020). La posición del huevo (más adentro o afuera afuera) dentro de la masa del huevo, la edad, la matriz gelatinosa y el biotipo del hongo influyen en la sensibilidad del huevo a la patogenicidad (Yi et al., 2021).
Los eventos de infección conducen a una cascada de señalización necesaria para la penetración y colonización de la presa del nematodo; inmediatamente después del contacto, se forma un material extracelular o adhesivo que mantiene al hongo en la superficie del nematodo (López-Llorca et al., 2008; Yi et al., 2021). Las características anatómicas y fisiológicas afectan el proceso de infección de los huevos, incluida la actividad enzimática dentro de los hongos aislados y la disponibilidad de nutrientes para el hongo (Manzanilla-López, 2013). Inicialmente, se forma una red de hifas anastomosadas del hongo alrededor del huevo; la adhesión es un paso importante que proporciona un punto de apoyo al hongo para un parasitismo eficaz (Yi et al., 2021).
Los carbohidratos presentes en la superficie de los nematodos parecen estar involucrados en la quimiotaxis de los nematodos (López-Llorca et al., 2008). Por ejemplo, las proporciones bajas de C:N influyen en la patogenicidad del huevo. El cambio de la fase saprófita a la parásita del hongo puede, por lo tanto, estar relacionado con los nutrientes (incluidos C y N) que las plantas liberan a la rizósfera o que están disponibles en los huevos, masas de huevos y agallas (Manzanilla-López, 2013).
Además, las glicoproteínas juegan un rol importante, estas son responsables de la adhesión y fijación de hifas o tubos germinales, además fungen como protección contra la desecación (Avelar Monteiro et al., 2020; Yi et al., 2021). Por lo general, el proceso de adhesión comienza en un ambiente húmedo, lo que indica que las sustancias de adhesión son insolubles en agua (Yi et al., 2021).
2. Señalización y Diferenciación.
Después de la adhesión a la superficie del huevo, se pueden producir apresorios al final de los tubos germinales, en la punta o lateralmente en las hifas, y cumplir funciones de penetración física y bioquímica (Avelar Monteiro et al., 2020). La adhesión entre el apresorio y la superficie del huevo del nematodo debe ser lo suficientemente fuerte para resistir la fuerza opuesta producida por la punta extendida de una hifa de penetración (Senthilkumar et al., 2020).
La formación de apresorios y la infección del huevo deben estar precedidas por señales ambientales, un proceso que aún no se comprende. Las respuestas tigmotrópicas (es decir, hacia superficies hidrofóbicas e hidrofílicas) y el proceso de adhesión mediado por glicoproteínas y enzimas (por ejemplo, serina proteasas) están involucrados en los eventos previos a la penetración (Manzanilla-López, 2013).
Posterior a la adhesión, los hongos nematofagos de huevos desarrollan una red ramificada de hifas que cubre las masas de huevos y forma apresorios que penetran estos (Bengtsson, 2015). Los apresorios se pueden producir en las hifas terminales y laterales del hongo, así como en la punta del tubo germinativo (Yi et al., 2021). El apresorio parece una simple hinchazón al final de una hifa, estrechamente adherida a la cáscara del huevo (Senthilkumar et al., 2020); no obstante, los hongos nematófagos, especialmente los parásitos de los huevos, diferencian la morfología y número de los apresorios según sus huéspedes, por lo que son estructuras especializadas (López-Llorca et al., 2008; Yi et al., 2021). Por su parte, las hembras de nematodos formadores de nódulos radiculares y los nematodos de quistes pueden ser parasitadas por hifas vegetativas en la rizósfera con la producción de un apresorio pero sin otras estructuras infecciosas especializadas (Manzanilla-López, 2013).
El análisis del genoma de Pochonia sp. mostró que este hongo contiene más cantidad de enzimas relacionadas con la modificación de la quitina. Estas enzimas juegan un papel en la infección de los huevos de nematodos durante el parasitismo. Existen varias serina-proteasas, entre las que se encuentra predominantemente la prolil peptidasa (S33); esta enzima puede afectar significativamente la ruptura de la cáscara del huevo de los nematodos. La proteasa S33 reconoce los residuos de prolina de la cáscara del huevo de los nematodos formadores de nódulos y participa en el inicio de la etapa parasitaria del hongo. El análisis de proteómica reveló que SCP1 y VCP1 se expresaron en el apresorio de P. chlamydosporia y causaron la infección del huevo del nematodo inductor de agallas. La primera proteína antinematodo aislada de Pochonia spp. era una serina proteasa P32. Después de 3 h de exposición de los huevos de M. incognita a la quitinasa, se produjo la degradación de los huevos. También se encontró que los huevos de M. javanica colonizados por P. chlamydosporia estaban infectados por proteínas VPC1 (Yi et al., 2021).
3. Penetración de las cutículas y cáscaras de huevo de los nematodos
Después de adherirse firmemente a la superficie del huésped, los hongos nematófagos penetran la cutícula del nematodo o la cáscara del huevo. Como en muchos otros casos de penetración de hongos en las superficies del huésped, los hongos nematófagos parecen utilizar medios enzimáticos y físicos (López-Llorca et al., 2008).
Durante esta etapa inicial no hay producción de toxinas. Sin embargo, cuando las esporas entran en contacto con los nemátodos se inicia el proceso de infección porque los hongos encuentran las condiciones ideales para iniciar el proceso de germinación. Estas esporas producen enzimas que diluyen la cutícula y penetran al interior del nematodo (Sirias, 2007).
De esta manera, los hongos nematófagos de huevos y hembras usan las puntas de sus hifas para parasitar los huevos y quistes de los nematodos o producir toxinas para atacarlos (López-Llorca et al., 2008; Senthilkumar et al., 2020). Las esporas germinan y penetran en el embrión en desarrollo dentro de las masas de huevos y los huevos dentro de los quistes. Los huevos se destruyen en 10-12 días. La infección de los huevos se realiza a través de la penetración de las capas de quitina y lípidos, como resultado de esto, la capa de quitina se vacuola y la capa de lípidos desaparece. De manera similar, si el huevo contiene un juvenil en desarrollo, su cutícula se desorganiza y el juvenil termina necrosándose (Senthilkumar et al., 2020).
El P. lilacinus y P. chlamydosporia son habitantes comunes del suelo y algunas cepas son parásitos agresivos de las etapas sedentarias de los nematodos. Se ha demostrado que los hongos penetran en las hembras maduras de Meloidogyne (nematodo agallador) a través del ano o la vulva y los quistes de G. pallida a través de la vulva y la región expuesta del cuello (Senthilkumar et al., 2020). En los nematodos de quiste del género Heterodera sp. la hifa fúngica ingresa a la vulva, penetra en el interior de la hembra y encuentra una gran cantidad de huevos adheridos al mucílago, estos huevos contenidos en el mucílago son más susceptibles al ataque de P. chlamydosporia (Avelar Monteiro et al., 2020).
Los procesos químicos y físicos juntos funcionan para la penetración del huevo por el tubo germinativo. La penetración no se da únicamente a través de apresorio, sino que también puede penetrar por el tubo germinativo conidial. La acción de estos hongos consiste en superar la capa vitelina y descubrir la capa de quitina que también es degradada, para finalmente infectar al individuo (Yi et al., 2021).
Las enzimas extracelulares secretadas por ambos hongos juegan un papel importante en el proceso de infección de los huevos y estadios inmóviles (Cuadro 1). En el caso de huevos, las enzimas degradan la cáscara, que es la principal barrera contra la infección del huésped. Se han aislado y purificado proteasas, quitinasas y colagenasas específicas y se ha demostrado su actividad contra la cáscara de huevo del nematodo. Se considera que estas enzimas están involucradas en el proceso de infección y sirven como factores de virulencia (Manzanilla-López, 2013). En el caso de los estados inmóviles, las enzimas permiten superar la cutícula del nemátodo (Senthilkumar et al., 2020).
Cuadro 1. Enzimas hidrolíticas que participan en el proceso de patogénesis de los hongos nematófagos P. chlamydosporia y P. lilacinus
La patogénesis es un proceso complejo que involucra muchos factores. En P. clamydosporia una de las proteasas implicadas en el proceso nematófago es la P32, misma que demostró tener efecto en la infección y penetración del huevo (López-Llorca et al., 2008).
P. clamydosporia también produce una proteasa extracelular (VcP1) que está inmunológicamente relacionada con P32 y enzimas similares de hongos entomopatógenos. Los huevos tratados con VcP1 se infectaron más fácilmente que los huevos no tratados (López-Llorca et al., 2008). Esta enzima es un componente importante para parasitar las masas de huevos de Meloidogyne. También se especula que el hongo podría usar VCP1 para descomponer varias fuentes de alimentos en un estado saprotrófico (Bengtsson, 2015; Manzanilla-López, 2013).
En P. clamydosporia también se ha observado que la mayor parte de la actividad nematófaga es producida por una endoquitinasa de 43 kDa (CHI43) (López-Llorca et al., 2008). En el análisis del genoma de P. chlamydosporia se observan, además, genes que codifican otras enzimas hidrolíticas, como glucósido hidrolasas, carbohidrato esterasas (Bengtsson, 2015) y lipasas (Avelar Monteiro et al., 2020).
4. Colonización
Posterior al ingreso en el hospedero, el hongo se reproduce muy rápidamente emitiendo metabolitos tóxicos que envenenan el nematodo (causándole deformaciones, vacuolizaciones y pérdida de movimiento) hasta causarle la muerte. Las toxinas producidas por parte del hongo afectan el sistema nervioso y causan deformación en el estilete de los nematodos que sobreviven, lo que permite reducir el daño y sus poblaciones (Sirias, 2007). Una vez que la hifa del hongo penetra en la cutícula, el nematodo se paraliza, invade y digiere para que el hongo obtenga los nutrientes que requiere (Senthilkumar et al., 2020; Avelar Monteiro et al., 2020).
En el caso de los huevos, cuando el hongo penetra se desarrolla profusamente dentro y sobre estos, inhibiendo por completo el desarrollo juvenil (Senthilkumar et al., 2020). Los huevos infectados se hinchan y doblan. A medida que continúa la penetración, la capa vitelina del huevo se divide en tres bandas y un gran número de vacuolas; la capa lipídica desaparece en esta etapa. El juvenil en desarrollo dentro del huevo es destruido por las hifas que crecen rápidamente. Se producen muchos conidióforos y la hifa se traslada a los huevos adyacentes (Senthilkumar et al., 2020).
Por su parte, en las hembras infectadas, los hongos colonizan los ovarios específicamente. Los ovarios son destruidos por la colonización de las hifas, provocando esterilidad (Abuslin y Vaca, 2017)
Diferentes hongos infectan a los nematodos por parasitismo directo específico o indirectamente al matar, inmovilizar y repeler a los nematodos a través de metabolitos nematicidas. P. chlamydosporia y P. lilacinus son hongos que infectan a los nematodos por medios directos e indirectos. Yi et al., 2021.
Se sabe que P. lilacinus excreta varios metabolitos nematocidas, como serina proteasa, quitinasa, ácido acético, ácidos grasos de cadena pequeña, antibióticos como lilacina y leucinostatinas (también conocidas como paecilotoxinas) (Senthilkumar et al., 2020). Entre los metabolitos identificados, se sabe que las leucinostatinas juegan un papel fundamental como factor de toxicidad principal en el control de las poblaciones de nematodos en el suelo (Prasad et al., 2015). La actividad nematicida de las leucinostatinas se debe a su capacidad para inducir sistemas de poros conductores de iones en las membranas de bicapa lipídica de los nematodos. También se alega que las toxinas actúan sobre los receptores nerviosos de los nematodos (Senthilkumar et al., 2020).
B) EFECTO INDIRECTO: INDUCCIÓN DE RESISTENCIA
Los hongos P. lilacinus y P. chlamydosporia pueden actuar para inducir resistencia a los nematodos por parte de las plantas. Al comienzo de la interacción entre el hongo y las plantas hay una sobrerregulación de genes relacionados con la vía del ácido jasmónico. El aumento de esta hormona puede estar relacionado con la protección de las plantas para evitar una colonización excesiva del hongo. Sin embargo, al final de esta interacción, se presenta una reducción del ácido jasmónico y un aumento en la producción de ácido salicílico, hormona relacionada con la resistencia sistémica adquirida. En esta resistencia hay un aumento en la producción de proteínas relacionadas con la patogenia (PR) y para las plantas inoculadas con los hongos se observa una mayor expresión del gen PR1, lo que sugiere que estas plantas pueden ser más resistentes a las enfermedades (Avelar Monteiro et al., 2020).
El endofitismo, un fenómeno importante, está muy extendido en todos los ambientes y plantas. Se ha comenzado a dilucidar su papel en el desarrollo de las plantas y en la supresión de las enfermedades de las plantas. El endofitismo fúngico, observado en P. chlamydosporia, puede facilitar que sus plantas hospedantes eviten el estrés abiótico o abiótico. Estos mecanismos de defensa pueden inhibir la reproducción, el desarrollo y la infección de RKN. Recientemente se demostró que el gen PR-1 (vía del ácido salicílico) y el gen Lox D (señalización de jasmonato) en plantas de tomate se expresaban y aumentaban por el endoparasitismo de P. chlamydosporia (Yi et al., 2021).
Referencias bibliográficas
Abuslin Ponce, S.A; Vaca Delgado, G.A. 2017. Control del nematodo nodulador de la raíz Meloidogyne incógnita en el cultivo de tomate utilizando los hongos Pochonia chlamydosporia, Paecilomyces lilacinus, el extracto botánico Tagetes patula y el nematicida oxamil. Proyecto especial de graduación presentado como requisito parcial para optar al título de Ingenieros Agrónomos en el Grado Académico de Licenciatura. Zamorano, Honduras.
Arévalo Ortega, J; Pocasangre, L; Hidalgo Díaz, L; Hernández Socorro, M.A; Sariol, D.M; Acosta Izquierdo, N. 2019. Pochonia chlamydosporia como agente de control biológico endófito para el manejo de nematodos fitoparásitos en plátanos y bananos. Proyecto Musa, 1era edición. Centro Nacional de Sanidad Agropecuaria y Universidad Earth.