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Fecha de publicación: 28/04/2011

Métodos de diferenciación en campo y laboratorio de los agentes causales de la Roya Café (Puccinia melanocephala) y Roya Naranja (Puccinia kuehnii) en la caña de azúcar

 

Marcela Cadavid Ordóñez, Juan Carlos Ángel Sánchez, Jorge Ignacio Victoria Kafure*

Introducción
Las enfermedades causadas por roya son consideradas las más destructivas en plantas. Las ocasionan hongos de la clase Basidiomicetos, del orden Uredinales y familia Pucciniaceae, donde se clasifican también los agentes causales de la roya café y roya naranja en caña de azúcar, Puccinia melanocephala Syd. & P. Syd. y Puccinia kuehnii E.J. Butler, como se observa en el Cuadro 1 (Alexopoulos, 1962; Agrios, 2005).

La roya café o roya común fue identificada por primera vez en la caña de azúcar, en Java en 1890. A partir de 1978, luego de registrase en el Caribe, su distribución es considerada mundial (Ryan y Egan, 1989). Por su parte, la roya naranja fue reportada en el hemisferio oriental, en las islas del Pacífico Sur, Nueva Guinea, Fiji, Malasia, Australia, entre otros, a partir del año 1890; y sólo hasta 2007 se registró en el continente americano en el estado de la Florida, Estados Unidos (Comstock et al., 2008). De aquí se expandió hacia Centroamérica, pasando por países como México, Guatemala, El Salvador, Nicaragua, Costa Rica, Panamá y Cuba, durante los años 2007 y 2008 (Ovalle et al., 2008; Chavarría et al., 2009; Flores et al., 2009; Díaz et al., 2010). En diciembre del 2009, la roya naranja se encontró en Brasil (Barbasso et al., 2010) y en julio de 2010, en el  valle del río Cauca, Colombia, en la variedad CC 01-1884 (Ángel et al., 2010a y 2010b).

Los síntomas foliares y las características de la esporas, asociadas a estos patógenos de roya café y roya naranja en caña de azúcar, pueden ser fácilmente distinguidos (Ryan y Egan, 1989).

 

Diferenciación en campo
Debido a la cercanía taxonómica, existen similitudes en la sintomatología de la roya café y la roya naranja en caña de azúcar. Inicialmente, en ambas royas se presentan pequeñas manchas cloróticas y alargadas de color amarillo pálido, en ambos lados  de la hoja, que aumentan de tamaño y adquieren una coloración marrón oscuro en la roya café (Figura 1 A, B, C y D) y anaranjado o café claro, en la roya naranja. Lesiones jóvenes de roya naranja nunca llegan a ser café oscuro (Figura 1 E, F, G y H). Las lesiones de las dos royas forman pústulas, principalmente en el envés de las hojas, que contienen las esporas del hongo. Éstas son distribuidas y diseminadas por el viento a cortas y grandes distancias, y presentan una apariencia de polvo disperso.

Las diferencias en la sintomatología de las dos enfermedades, y las lesiones de roya café y roya naranja sobre el envés de una misma hoja, se observan en la Figura 2.

En la Figura 3, se muestra la secuencia de aparición de los síntomas de la roya naranja y su evolución. El síntoma inicial corresponde a la presencia de pequeñas lesiones alargadas de color amarillo pálido sobre ambos lados de la hoja (Figura 3 A y B), que aumentan de tamaño y forman pústulas en el envés de la hoja adquiriendo una coloración anaranjada o café claro (Figura 3 C, D y E). En esas pústulas, la epidermis de la hoja se rompe y ocurre la liberación de las esporas, que tienen una apariencia de polvo anaranjado disperso y se diseminan con el viento a grandes distancias (Figura 3 F y G). Finalmente, las lesiones viejas de roya naranja pueden llegar a ser de color marrón oscuro, alcanzando una coloración muy semejante a las de la roya café (Figura 3 H).

 

Cuadro 1.
Clasificación taxonómica de los agentes causales de la roya café y roya naranja de la caña de azúcar.

Reino

Fungi

División

Basidiomicota

Clase

Basidiomicetos

Subclase

Heterobasidiomicetos

Orden

Uredinales

Familia

Pucciniaceae

Género

Puccinia

Especie

Puccinia melanocephala (Roya café)

Puccinia kuehnii (Roya naranja)

 
Figura 1.
Síntomas de roya sobre la lámina foliar en caña de azúcar. (A, B, C y D) Lesiones de coloración marrón oscuro en la roya café. (E, F, G, y H) Lesiones de color anaranjado o café claro en la roya naranja. D y H imágenes tomadas al estereomicroscopio.
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Figura 2.
Síntomas de roya café y roya naranja sobre el envés de una misma hoja.
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Figura 3.

Secuencia de aparición de los síntomas de la roya naranja. (A y B) Pequeñas lesiones alargadas de color amarillo pálido sobre ambos lados de la hoja. (C, D y E) Pústulas en el envés de la hoja de color anaranjado o café claro. (F y G) Grupo de pústulas (que contienen uredosporas) con apariencia de polvo anaranjado. (H) Lesiones viejas que pueden llegar a ser de color marrón oscuro.

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Diferenciación en laboratorio
Las royas son parásitos obligados, altamente especializados, y muy difíciles de cultivar artificialmente en laboratorio. El ciclo de vida de las royas es uno de los más complejos de todo el reino Fungi, ya que producen hasta cinco tipos de estados o estructuras fructíferas diferentes, separados en tiempo y espacio, que dificultan su conocimiento y control.  Estos estados corresponden a (0) Espermacio (Pycnia), (I) Aeciosporas, (II) Uredosporas, (III) Teliosporas y (IV) Basidiosporas, con las estructuras que las originan: Espermogonios, Aecidios, Uredinios, Telios y Basidios, respectivamente. Los micólogos expertos consideran que la teliospora es el estado perfecto de los uredinales porque en estas estructuras se presentan la cariogamia y la meiosis, correspondientes a la fase sexual de su ciclo de vida (Agrios, 2005).

Los Uredinales se clasifican en dos grupos, a partir de sus ciclos de vida: Los macrocíclicos, o de ciclo largo, cuando se origina al menos un estado adicional a las teliosporas y basidiosporas; y los microcíclicos, o de ciclo corto, cuando las teliosporas y basidiosporas son las únicas esporas producidas (Alexopoulos, 1962; Agrios, 2005).

En royas de caña de azúcar, sólo se observan los estados de uredosporas (II) y teliosporas (III) (Virtudazo et al., 2001). Son estas estructuras las que permiten realizar la diferenciación de las especies de roya café y naranja por microscopía óptica, en el laboratorio.

En el uredinio, que contiene las uredosporas de P. melanocephala, causante de la roya café, se observan típicamente dos estructuras: Las uredosporas de color rojizo-café y forma generalmente ovoide, con pared delgada y uniforme, y los parafisos, que son estructuras hialinas de cuello largo que facilitan la dispersión de las uredosporas con el viento (Figura 4 A y B). En el telio de P. melanocephala, las teliosporas son biceldadas, de una coloración generalmente café oscura (Figura 4 C, D y E).

En el uredinio de P. kuehnii, los parafisos están ausentes y las uredosporas son de color anaranjado claro, de forma generalmente piriforme con un engrosamiento en la parte apical de la pared, característico de la especie, como lo indican las flechas rojas en la Figura 5. En el telio, aunque se ha registrado la presencia de teliosporas hialinas en P. kuehnii (Virtudazo et al., 2001), a la fecha no se han visualizado en lesiones de roya naranja en Colombia. 

Adicionalmente, lesiones de roya café de la variedad CC 85-92 y de roya naranja de la variedad CC 01-1884, se evaluaron por microscopía electrónica de barrido (SEM, Scanning Electron Microcopy) en la Unidad de Virología del CIAT. Los resultados revelaron diferencias entre las dos especies. En P. melanocephala, causante de la roya café, los parafisos fueron abundantes y las uredosporas presentaron una densa  equinulación, con espinas cortas y abundantes (Figura 6); en P. kuehnii, causante de la roya naranja, los parafisos estuvieron ausentes y las uredosporas mostraron una moderada equinulación, con espinas más largas y dispersas, en relación a P. melanocephala (Figura 7) (Virtudazo et al., 2001).

A partir de las imágenes de SEM, se determinó el tamaño de las uredosporas con el software ImageJ (http://rsb.info.nih.gov/ij). Las uredosporas de la roya café oscilaron entre 25.6 y 32.4 mm de largo por 16.8 y 19.7 mm de diámetro, mientras que las de roya naranja fueron más grandes, con medidas entre 27.3 y 39.2 mm de largo por 16.7 y 21.2 mm de diámetro. Estos resultados son  semejantes a los obtenidos por  Ryan y Egan (1989) y Virtudazo et al. (2001), para los patógenos P. melanocephala y P. kuehnii.

Como estrategia en el diagnóstico de las dos especies, se planea estandarizar la metodología de PCR en tiempo real, empleando iniciadores y sondas específicas con LNA (Locked nucleic acids) para P. melanocephala y P. kuehnii, que provienen de secuencias ITS1, ITS2 y 5.8s del ADN ribosomal (ADNr) (Glynn et al., 2010). Esta metodología permitirá diferenciar molecularmente, y de manera específica, las dos especies de roya en caña de azúcar. De igual manera, se estandarizará la técnica PIRA-PCR (Primer Introduced Restriction Analisis-PCR) para detectar un SNP (Single Nucleotide Polymorphism) en P. kuehnii, asociado con la distribución geográfica (Glynn et al., 2010).

 

Figura 4.
Uredinio y telio de roya café al microscopio óptico con objetivo de 40X. (A y B) Uredosporas ovoides de pared delgada y uniforme en presencia de parafisos. (C, D y E) Teliosporas biceldadas de coloración oscura.
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Figura 5.
Uredinio de roya naranja al microscopio óptico con un objetivo de 40X. (A, B y C) Uredosporas piriformes con engrosamiento de su pared en la parte apical (flechas rojas). (D) Uredosporas en ausencia de parafisos.
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Figura 6.
Uredinio de roya café de la variedad CC 85-92 observado en SEM (Scanning Electron Microcopy). (A, B y C) Uredinio mostrando abundantes parafisos entre las uredosporas (señalados con la flecha roja). (D) Uredospora con densa equinulación.
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Figura 7.
Uredinio de roya naranja de la variedad CC 01-1884 observado en SEM (Scanning Electron Microcopy). (A) Uredinio en ausencia de parafisos entre las uredosporas. (B, C y D) Uredospora con moderada equinulación.
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Sintomatologías de otras enfermedades en caña de azúcar, similares a las royas
Otras enfermedades que afectan el cultivo de la caña de azúcar como Mancha púrpura (Dimeriella sacchari), Mancha café (Cercospora longipes), Mancha de ojo (Bipolaris sacchari) y Mancha de anillo (Leptosphaeria sacchari) (Victoria et al., 1995), también son causadas por hongos. Su sintomatología, al presentar manchas de coloraciones oscuras sobre la lámina foliar, se asemeja a las lesiones ocasionadas por la roya café y la roya naranja, hecho que puede generar confusión en el diagnóstico  morfológico (Figura 8).  Ninguna de estas enfermedades se asocia con la producción de pústulas sobre las hojas.

En las lesiones de las royas en caña de azúcar, las pústulas presentan la apariencia de polvo disperso al  contener las esporas del hongo; característica que permite diferenciar estas enfermedades de otros patógenos.

 

Figura 8.
Enfermedades de caña de azúcar ocasionadas por hongos con sintomatología similar a la roya naranja y roya café. (A y B) Mancha Púrpura. (C y D) Mancha Café. (E) Mancha de anillo. (F) Mancha de ojo.
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Conclusiones
Las enfermedades causadas por roya las ocasiona un hongo que pertenece a los Basiomicetos, del orden de los Uredinales y de la familia Pucciniaceae, del que hacen parte las especies de roya de la caña de azúcar: Roya Naranja (P. kuehnii E.J. Butler) y Roya Café (P. melanocephala Syd. & P. Syd.).

Debido a sus cercanías taxonómicas, existen similitudes en la sintomatología de la roya café y la roya naranja en caña de azúcar. Por esta razón es muy importante establecer sus diferencias, tanto en campo como en laboratorio.

En campo, las lesiones o pústulas (que contienen las esporas del hongo) de roya café son de una coloración marrón oscuro, mientras que en roya naranja adquieren, generalmente, un color anaranjado. Lesiones jóvenes de roya naranja nunca llegan a ser de color café oscuro.

Las lesiones de las royas en caña de azúcar presentan una apariencia de polvo disperso al contener las esporas del hongo, característica que permite diferenciar estas enfermedades de otros patógenos.

La diferenciación en laboratorio se realiza con la observación por el microscopio óptico. En roya café se visualizan las uredosporas, de forma generalmente ovoide, pared delgada y uniforme; los parafisos y las teliosporas. En roya naranja, las uredosporas presentan forma generalmente piriforme y su pared es irregular con engrosamiento apical; los parafisos y las teliosporas están ausentes.

Mediante microscopía electrónica de barrido fue posible determinar las diferencias entre las lesiones de las dos royas en cuanto a la equinulación de las uredosporas: en roya café las espinas son cortas y se distribuyen de manera muy densa, mientras que en roya naranja son más grandes y largas pero su distribución es menos tupida.

 

Bibliografía

Ángel, J.C.; Cadavid, M. y Victoria, J.I. 2010a. Presencia de Roya Naranja (Puccinia kuehnii) en el Valle del Cauca y estrategias para su manejo. Primer informe de avance. Cenicaña, Cali, Colombia. 13p. (Documento de trabajo No. 715).

Ángel, J.C.; Cadavid, M. y Victoria, J.I. 2010b. Alerta fitosanitaria, Roya Naranja en valle del río Cauca. Cenicaña, Cali, Colombia. Carta trimestral, v.32, (enero-junio): 2-3.

Agrios, G.N. 2005. Plant P athology. Fifth edition. Elsevier. 922p.

Alexopoulos, C.J. 1964. Introductory Micology. Second edition. John Wiley & Sons, Inc. 611p.

Barbasso, D.; Jordao, H.; Maccheroni, W.; Boldini, J.; Bressiani, J. y Sanguino, A. 2010. First report of Puccinia kuehnii causal agent of orange rust of sugarcane, in Brazil. Plant Disease 94 (9):1170.

Comstock, J.C.; Sood, S.G. and Glynn, N. C. 2008. First Report of Puccinia kuehnii, Causal Agent of Orange Rust of Sugarcane, in the United States and Western Hemisphere. Plant Disease 92(1):175

Chavarría, E.; Subirós, F.; Vega, J.; Ralda, G.; Glynn, N.C.; Comstock, J.C. and  Castlebury L.A. 2009. First report of orange rust of sugarcane caused by Puccinia kuehnii in Costa Rica and Nicaragua. Plant Disease 93(4):425.

Díaz O. A.; Barroso F. J.; Díaz F. Martín E. L.; Pérez L.; Alfonso I.; Pérez J. y Barroso J. 2010. Presencia de la roya naranja Puccinia kuehnii (Kruger) Butler en áreas experimentales de caña de azúcar de la región Central de Cuba. Fitosanidad 14(2):83-89.

Glynn, N.C.; Dixon, L.J.; Castlebury, L.A.; Szabo, L.J. and Comstock, J.C. 2010. PCR assays for the sugarcane rust pathogens Puccinia kuehnii and P. melanocephala and detection of a SNP associated with geographic distribution in P. kuehnii. Plant Pathology. 59:703-711.

Flores, R. C.;  Loyo, J. R.; Ojeda, R. A.; Rangel, O.C.A.; Cerón, F.A.; Márquez, W.; Guerra-Moreno, A.S.; Hernandez-Ibarra, H.M.; González, R.E.; Castlebury, L.A.; Dixon, L.J.; Glynn, N.C.; Comstock, J.C.; Flynn, J. and  Amador, J. 2009. First report of orange rust of sugarcane caused by Puccinia kuehnii in Mexico, El Salvador and Panama.  Plant Disease 93(12):1347.

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Victoria, J. I.; Guzmán, M.L. y Angel, J. C. 1995. Enfermedades de la caña de azúcar en Colombia. Págs. 265-293. En: C. Cassalett, J. Torres y C. Isaacs. (eds.) El cultivo de la Caña de Azúcar en la zona azucarera de Colombia. Cenicaña, Centro de Investigación de la Caña de Azúcar de Colombia, Cali, Colombia.

Virtudazo, E. V.; Nojima, H. and Kakishima, M. 2001. Taxonomy of Puccinia species causing rust diseases on sugarcane. Mycoscience 42: 167-175.

 

 
 

________________
* Bióloga, M.Sc., Microbióloga Agrícola <mcadavid@cenicana.org>; Ingeniero Agrónomo, M.Sc., Fitopatólogo <jcangel@cenicana.org>; Ingeniero Agrónomo, Ph.D., Director Programa de Variedades <jivictoria@cenicana.org>. Todos de Cenicaña

 
 
 
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