viernes, 3 de mayo de 2013

Hongos fitopatógenos, enemigos infiltrados. Las resistencias a los fungicidas


A todos los que luchamos día a día contra los hongos nos preocupa su resistencia a los fungicidas, pero la verdad es que no acabamos bien de comprender como se genera y desconocemos como se puede evitar o –al menos– gestionar. Y eso que no es precisamente un fenómeno nuevo; los primeros casos se dieron apenas unos años después de la aparición de los primeros fungicidas sistémicos –a finales de los años 60 del siglo XX[1]– y desde entonces no han cesado de aparecer resistencias en casi todas las especies de hongos fitopatógenos. Y, antes de seguir, hay que dejar muy claro que no siempre la falta de eficacia en el campo de una aplicación fungicida significa que haya aparecido una resistencia, muchas veces esta ausencia de control se debe a una mala aplicación, a condiciones ambientales inadecuadas o incluso a un mal diagnóstico del hongo patógeno. Antes de hablar de resistencias en una determinada combinación de patógeno y materia activa es necesario constatarla en condiciones controladas, es decir, con pruebas de laboratorio; pero lo cierto es que en muchas ocasiones las pruebas de laboratorio han confirmado la aparición de cepas resistentes, después de que los agricultores y técnicos nos hartásemos de gritar al viento que el producto ya no servía para nada (y en Almería tenemos algo de experiencia en eso)
Como trata de explicar la primera imagen, afortunadamente la aparición de una resistencia para una combinación fungicida/hongo fitopatógeno no siempre significa que esa materia activa pierda totalmente su eficacia; al fin y al cabo no todas las cepas de un hongo muestran la misma sensibilidad a una materia activa. En este sentido las resistencias a los fungicidas pueden ser de dos tipos: a) laresistencia cualitativaen la que hay marcadas diferencias de sensibilidad entre las cepas que, o bien son muy sensibles, o bien son muy resistentes –hasta un grado que roza la inmunidad– a una determinada materia activa y b) la resistencia cuantitativaen la que cada cepa muestra un grado de resistencia distinto que oscila entre la total sensibilidad y la inmunidad, pasando por cepas con niveles intermedios. La resistencia del mildiu de los tomates (Phytophthora infestans) a las fenilamidas o del oídio de las cucurbitáceas (Podosphaera xanthii) a determinadas estrobilurinas son ejemplos clásicos de resistencias cualitativas; mientras que la que muestran los oídios a los fungicidas DMI (triazoles y afines) es el mejor ejemplo de resistencia cuantitativa. Desde el punto de vista genético, las resistencias cualitativas están controladas por pocos genes –en ocasiones sólo por uno–, por eso las cepas que poseen el alelo[2] resistente son prácticamente inmunes; por el contrario, las resistencias cuantitativas están controladas por muchos genes y las cepas son más o menos resistentes en función del número de alelos resistentes que porten. También hay que tener en cuenta que cuando un hongo fitopatógeno desarrolla resistencia a una materia activa es muy frecuente que también se vuelva resistente a otras materias activas de la misma familia o que actúen en el mismo punto de acción, fenómeno que se conoce como resistencia cruzada. Mucho menos habitual es que la resistencia a una materia activa convierta a un hongo en sensible a otra materia activa, pero a veces ocurre y se conoce como resistencia cruzada negativa[3]. Para terminar con el rosario de definiciones, a veces ocurre que una misma cepa muestra resistencia a varias materias activas que ni son de la misma familia ni tienen el mismo punto de acción, todo un “superbicho” que presenta lo que se llama resistencia múltiple[4].
Pero… ¿cómo se defienden los hongos? ¿En que se basa su resistencia a los fungicidas? Pues evidentemente depende de cada caso y aún quedan muchísimas lagunas científicas en este tema, pero después de décadas de investigación se han descubierto unos cuantos métodos… Como comentamos en el post anterior, los fungicidas son moléculas que interfieren en el metabolismo de los hongos, así que éstos para defenderse alteran su metabolismo. Unas vecescambian el punto de acción donde se fija el fungicida a la enzima diana; así los hongos resistentes a los benzimidazoles han cambiado la forma del extremo de su β-tubulina y pueden formar los microtúbulos sin problemas, los resistentes a los fungicidas QoI (las estrobilurinas) han alterado el citocromo bc-1 de sus mitocondrias para seguir respirando y los oomicetos resistentes a fenilamidas han cambiado la configuración espacial de su ARN-polimerasa y pueden realizar la transcripción genética sin mayores problemas. Este es el mecanismo más peligroso y complicado de gestionar, porque generaresistencias cualitativas en las que –como vimos más arriba– las cepas resistentes son inmunes al pesticida. El resto de los mecanismos de resistencia generan resistencias cuantitativas –menos complicadas de gestionar– y han sido muy estudiados para los fungicidas DMI (triazoles y afines), a veces los hongos incrementan la producción de la enzima afectada por el fungicida –y siguen produciendo ergosterol tan ricamente–; otras veces reducen las necesidades del producto que fabrica la enzima diana –y sobreviven al necesitar menos ergosterol para formar sus membranas–; o incrementan la excreción del fungicida –y consiguen algo así como “vomitar” el veneno antes de que les afecte–, o directamente disminuyen la absorción del fungicida –y lo que no entra en sus células no puede afectarlos–. Incluso en algunas ocasiones han sido capaces de desarrollar rutas metabólicas alternativas que les permiten prescindir de la enzima diana; en algunas cepas de oídio resistentes a fungicidas QoI se ha encontrado un metabolismo de respiración celular alternativo con el que consiguen, aunque con menos eficiencia, sintetizar ATP –¡ahí es na!–.
Y… ¿Cómo aparecen esos cambios en el metabolismo del hongo? ¿De dónde salen esos extraños genes que les permiten sobrevivir a los más sofisticadas armas de la industria química? Para entender como aparecen resistencias a fungicidas en los hongos –o en cualquier otro patógeno– es necesario saber cómo funciona la evolución, o –más concretamente– la selección natural. El ejemplo más clásico de cómo actúa la selección natural –que aparece en todos los libros de biología– es el de la mariposa del abedul inglesa(Biston betularia) Esta polilla presenta dos patrones de coloración, uno casi blanco y otro casi negro, y hasta 1850 predominaba de forma abrumadora la forma más blanca –ya que se mimetizaba mejor en la corteza clara de los chopos ingleses–, pero cuando comenzó la revolución industrial y las chimeneas de las fábricas de Manchester cubrieron sus alrededores de carbonilla, la corteza de los chopos se tornó más oscura y en esta ciudad comenzó a predominar la forma negra –que ahora se ocultaba mejor de los pájaros hambrientos– hasta el punto de que a mediados del siglo XX la población inglesa de esta mariposa era mayoritariamente negra; sin embargo cuando a principios del siglo XXI las medidas anticontaminación disminuyeron las emisiones de humos de la industria británica, las polillas volvieron a ser mayoritariamente blancas. Los niveles de contaminación cambiaron a las mariposas, pero tanto antes como después de que el humo cubriese Manchester hubo –y habrá– mariposas de ambos colores; o sea, la selección natural actúa sobre la diversidad genética existente, pero ni la crea ni elimina completamente los caracteres peor adaptados –quién sabe si no harán falta en un futuro–. La evolución trata siempre de salvaguardar la diversidad genética, a fin de cuentas la mejor manera de no perder en la ruleta evolutiva es apostar a todas las combinaciones posibles. Los genes de resistencia a los fungicidas de nuestros mortales enemigos fúngicos son como las polillas de color negro; siempre habían estado allí, formando parte de la diversidad genética de los hongos fitopatógenos, pero han pasado desapercibidos hasta que –cuando empezamos a utilizar fungicidas– cambiamos las condiciones evolutivas en nuestros agroecosistemas.
Como todos los seres vivos, los hongos obtienen y mantienen variabilidad genética mediante tres procesos: mutaciónrecombinación migración. Simplificándolo mucho, el genoma completo de una especie se parece a una baraja de cartas, en la que los naipes corresponden a los distintos alelos de cada gen y cada individuo juega la partida evolutiva con la mano que le tocó en suerte cuando fue concebido por sus progenitores. Pues bien, como todo el mundo más o menos sabe, la información genética se almacena en una molécula denominada ADN, que ha de copiarse continuamente para permitir el crecimiento –la formación de nuevas células– y la reproducción –la formación de nuevos organismos–. Estos mecanismos de copia del ADN son muy precisos, pero muy de vez en cuando –en los hongos, aproximadamente 1 de cada mil millones de veces– se produce un error; a este error se le denominamutación y origina de la nada un nuevo alelo –o sea, una nueva carta en la baraja–. La inmensa mayoría de las mutaciones no son beneficiosas para el organismo que la porta –no todos los nuevos naipes van a ser ases–, pero si no causan la muerte serán heredadas por su progenie y contribuirán a aumentar la diversidad genética de su especie. Una vez originado de la nada el nuevo alelo mediante mutación, es larecombinación –que no es otra cosa que combinar de distintas maneras los alelos disponibles en cada progenitor antes de la reproducción sexual, lo que equivaldría a barajar los naipes antes de dar cartas– el proceso que reparte este nuevo alelo en la población. La recombinación ocurre durante la meiosis, justo en la formación de los gametos –si hablamos de oomicetos– o de las esporas sexuales –si lo hacemos de hongos verdaderos–. En este punto alguien puede preguntarse qué pasa con los ascomicetos en donde no se ha observado fase sexual –o ésta es muy rara–, que son la inmensa mayoría de los patógenos a los que nos enfrentamos... Pues bien, a pesar de no tener fase sexual donde recombinar sus genes, muestran una enorme diversidad genética; sin ir más lejos un estudio sobre Botrytis cinerea realizado en los propios invernaderos de Almería –incluso en alguno que yo mismo visitaba por aquel entonces– encontró más de 100 aislados distintos, no siendo raro que aparecieran varios en el mismo invernadero –más de 20 en algún caso–. Para explicar esta paradoja se ha propuesto en estos ascomicetos el denominado ciclo parasexual –que se ha observado en laboratorio, pero no en la naturaleza– un complejo proceso a través del cual, gracias a una serie de errores en la mitosis, puede haber recombinación genética durante la fase asexual (podéis ver un esquema aquí y una explicación más detallada aquí) La última forma de adquirir diversidad genética es lamigración, donde la llegada de nuevos individuos desde otras zonas geográficas –que hablando de hongos puede ser simplemente desde el invernadero de al lado– aportaría nuevos alelos a la población; en este caso, un forastero traería naipes nuevos a la partida, que normalmente suelen ser bazas ganadoras. Podría parecer un asunto menor, pero dada la enorme área de distribución de los hongos fitopatógenos –en muchas ocasiones mundial– la migración es uno de los factores críticos en la dispersión de los genes de resistencia a los pesticidas. O sea, que NO SON LOS FUNGICIDAS LOS QUE PROVOCAN LA MUTACION que origina el gen resistente–la mutación es un proceso completamente aleatorio–, sino que SU USO SELECCIONA los individuos que la portan creando UNA POBLACION RESISTENTE; por tanto, la aparición en los cultivos de poblaciones resistentes a los fungicidas es un proceso inevitable, que ocurrirá más tarde o más temprano. De todas maneras, hay muchos factores –distintos para cada combinación hongo-fungicida– que determinan el riesgo de que aparezcan resistencias: el número de genes implicados, el carácter dominante o recesivo de los mismos, el modelo de reproducción sexual o parasexual (como ya vimos, muy distinto para oomicetos, ascomicetos o basidiomicetos), la capacidad de producción y dispersión de esporas asexuales,… El FRAC (Fungicide Resistance Action Committee) clasifica a los hongos fitopatógenos según su riesgo inherente de generar poblaciones resistentes en este documento; entre los patógenos considerados de alto riego tenemos a la plana mayor de las enfermedades fúngicas de los invernaderos de Almería: La podredumbre gris (Botrytis cinerea), el mildiu del tomate (Phytophthora infestans), el mildiu de las cucurbitáceas (Pseudoperonospora cubensis) y el oídio de las cucurbitáceas (Podosphaera xanthii –antes Sphaeroteca fuliginea–)
Pero… ¿Por qué en la misma especie aparecen poblaciones resistentes para unos fungicidas y para otros no? Pues porque en esta ecuación de la resistencia el modo de acción de fungicida también cuenta. No todas las familias de pesticidas tienen el mismo riesgo de generar una población resistente; cuanto más eficaz sea un fungicida, mayor es el riesgo de que seleccione solo a las cepas capaces de resistirlo –la presión evolutiva a la que se somete al hongo es mayor–. Del mismo modo, cuanto más específico y concreto sea su(s) punto(s) de acción, mayor es la probabilidad de que exista entre la población sensible original un mutante resistente que disponga de una ruta metabólica alternativa. El menor riesgo lo encontramos evidentemente en los fungicidas multisitio en los que, con una acción eminentemente preventiva y afectando a múltiples procesos metabólicos, resulta casi imposible que existan mutantes altamente resistentes; de hecho después de más de 200 años utilizando azufre y sales de cobre, 80 años utilizando ditiocarbamatos y 50 años utilizando clortalonil nunca se han detectado cepas resistentes. En el otro extremo están los fungicidas con un solo punto de acción muy concreto y que mostraron una eficacia altísima cuando comenzaron a utilizarse en campo, estos someten a los hongos a una enorme presión evolutiva y rápidamente seleccionan en la población a los mutantes capaces de resistirlos; de hecho las primeras cepas resistentes albenomilo o al kesoxin metil se detectaron cuando esas materias activas llevaban apenas dos años en el mercado. El FRAC clasifica  a las distintas familias de fungicidas según su riesgo de generar resistencias en los cinco grupos que podéis ver en la cuarta imagen, y para los más problemáticos ha confeccionado guías de utilización, tendentes a prevenir y retrasar la aparición de resistencias (estas guías pueden descargarse en la web del FRAC) En la zona de alto riesgo están los subgrupos A1.- Fenilamidas, B1.- Benzimidazoles, B2.- N-metil-carbamatos y C3.- fungicidas QoI (estrobilurinas y afines), todos ellas familias que ya han generado graves y persistentes problemas de resistencia en campo. Después hay una serie de familias de las que ya se conocen mutantes resistentes, pero que por la naturaleza de la resistencia o por su modo de acción no presentan tanto riesgo de generar poblaciones resistentes en el campo. Hay que aclarar que, clasificados también como familias de riesgo medio y medio-alto, hay grupos para los que nunca se han identificado mutantes resistentes, pero que –por las características de su punto de acción– se teme que puedan llegar a generarlos; de hecho, prácticamente todos los fungicidas con un único punto de acción son considerados al menos de riesgo medio por el FRAC.
Pero en definitiva, lo verdaderamente importante para nuestra práctica diaria es qué podemos hacer nosotros para evitar que la aparición de poblaciones resistentes a los fungicidas nos deje sin armas en nuestros cultivos. Pues habría que tener en cuenta algunas normas básicas que recomienda el FRAC en este documento. La verdad es que son todas muy lógicas y sensatas, así que las resumo para los que se asusten del inglés: 1.) No usar NUNCA una sola materia activa –o varias materias CON EL MISMO MODO DE ACCION– para controlar un hongo durante todo el ciclo de cultivo. Aplicar productos con diferente modo de acción, alternándolos en diferentes tratamientos. Si se hacen mezclas, hacerlas siempre entre productos con distinto punto de acción y preferiblemente mezclando fungicidas sistémicos con fungicidas multisitio. En ningún caso mezclar fungicidas con el mismo punto de acción2.)Aplicar fungicidas solo cuando sea necesario, RESTRINGIENDO en lo posible EL NUMERO DE APLICACIONES FUNGICIDAS por ciclo de cultivo; 3) Aplicar el fungicida a las DOSIS RECOMENDADAS por el fabricante y SIN SUPERAR EL NÚMERO DE APLICACIONES POR CICLO DE CULTIVO INDICADO en la etiqueta. 4.) EVITAR la utilización de DOSIS CURATIVAS O ERRADICANTES, utilizando los fungicidas a las dosis mínima o media recomendada; 5.) Utilizar los fungicidas dentro de un programa de MANEJO INTEGRADO, combinándolos con medidas agronómicas tendentes a reducir la actividad del hongo fitopatógeno y 6.) Aumentar en lo posible la DIVERSIDAD QUÍMICA, es decir, el número de familias de fungicidas empleados durante un ciclo de cultivo. Cada cual puede –ayudándose del poster que aparecía en el tercer post de esta serie para identificar las distintas familias de fungicidas– evaluar que tal lo hace en su finca o lo acertadamente que recomienda en su empresa; personalmente yo pienso que en Almería lo hacemos mal y, en muchas ocasiones, rematadamente mal. Entre el desconocimiento, los intereses comerciales de los distribuidores y –sobre todo– las disparatas exigencias de nuestros clientes alemanes galopamos en un caballo desbocado directos al desastre… al menos en cuanto a resistencias a los fungicidas se refiere.
Tal y como están las cosas, en mi opinión solo nos queda una salida, que no es otra que comenzar a aplicar un Manejo Integrado de hongos fitopatógenos, de forma similar a lo que ya hacemos con las plagas. Y cualquier programa de Manejo Integrado es un banco con 4 patas: a) Un profundo conocimiento del agente patógeno, b) establecimiento de medidas preventivas de tipo agronómico, c) utilización de agentes de control biológico y d) control químico racional. Y en este banco la pata más coja es el control biológico de hongos, del que tratará el próximo post.



[1] El primer fungicida sistémico fue el tiabendazol, lanzado al mercado en 1964. En 1968 se lanzó el benomilo y apenas un par de años después –en 1970– ya se encontró en Holanda la primera cepa de Botrytis cinerea resistente a este fungicida (ver aquí)
[2] Un alelo no es otra cosa que las distintas cadenas de ADN que pueden ocupar el locus o sitio físico que, dentro del mapa genético del organismo, corresponde a un gen en concreto. Sé que para los no iniciados no es un concepto tan fácil, pero no voy a convertir este post en una clase de genética; bastante largo me ha salido ya.
[3] El SUMICO (carbendazima+dietofencarb), uno de los productos “míticos” contra podredumbres –que algunos recordarán de tiempos en que teníamos más pelo y menos barriga–, aprovechaba este fenómeno. Las cepas resistentes a benzimidazoles como la carbendacima (que llegaron a ser prácticamente todas las de Almería) son sin embargo muy sensibles al dietofencarb, circunstancia que se aprovechó para formular un producto supuestamente erradicante, mezclando dos fungicidas con el mismo punto de acción. Al principio la cosa funcionó bien; pero acabó como el rosario de la aurora, porque su uso generalizado seleccionó rápidamente cepas resistentes a ambos fungicidas.
[4] Y siguiendo con la historia de las podredumbres en la horticultura almeriense de finales del siglo XX, el SUMICO se alternaba continuamente con otro producto “mítico”: el famoso SUMISCLEX, a base de procimidona (una dicarboximida) Tanto se abusó de esta alternativa, que acabaron apareciendo cepas resistentes a las tres materias activas; así que la Botrytis campaba por sus respetos en nuestros cultivos a finales del siglo pasado, a pesar de los reiterados tratamientos con los dos productitos de marras. De este círculo vicioso nos sacó la salida al mercado del SWITCH, que –como hemos podido comprobar este año– ya no es lo que era; pero –como dijo Michael Ende en La historia interminable– “esa es otra historia y debe ser contada en otra ocasión“.

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