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Evaluando la resistencia de accesiones de maíz a la mancha de asfalto mediante criterios epidemiológicos y sensores remotos

A través de la Maestría en Agricultura Tropical Sostenible (MATS), los estudiantes realizan investigación aplicada para el desarrollo de producción sostenible bajo la asesoría de expertos internacionales de universidades de prestigio mundial.

Por: Fidel Enrique Jiménez Beitia, MATS-ZAMORANO. Carolina Avellaneda, PhD., Lenin Henríquez, Ph.D., Christian Cruz, Ph.D., e Iveth Rodríguez, MSc. 

El maíz es un cultivo con una alta importancia económica mundial. En América, ocupa el primer lugar entre los granos básicos y representa una fuente de energía importante en la alimentación humana (Food and Agriculture Organization of the United Nations [FAO], 2019). En términos de producción mundial, Estados Unidos de América (EE. UU.) es el mayor productor de maíz con 357.3 millones de toneladas (38.31%), seguido por China con 215 millones de t (20.8%), Brasil con 95 millones de t (9.2%) y la Unión Europea con 62 millones de t (6.0%) (FAO, 2018). Honduras, a pesar de solo producir 613,334 toneladas de maíz al año, es un país con un consumo nacional de 846,869 toneladas y un consumo per cápita aparente de  79 kilogramos (kg) por año (Oseguera, 2017). Por ello, se realizan importaciones, principalmente de EE. UU., para cubrir la demanda nacional (Instituto Nacional de Estadísticas [INE], 2020).

En los últimos años, la producción de maíz ha disminuido y se han registrado pérdidas económicas a causa de la enfermedad patogénica conocida como mancha de asfalto (MA) o complejo mancha de asfalto (Mottaleb et al., 2019). Mancha de asfalto es una enfermedad fúngica que se reportó por primera vez en México en el año 1904, y paulatinamente su distribución se extendió hacia Centroamérica, Sudamérica y algunas islas del Caribe (Maublanc, 1904). Sin embargo, no fue sino hasta el año 2015 que la enfermedad volvió a recuperar relevancia debido a que se reportó por primera en EE. UU., siendo una amenaza potencial para el mayor productor de maíz a nivel mundial (Ruhl et al., 2015). Desde entonces, la enfermedad se ha diseminado rápidamente por los principales estados productores de maíz como Indiana, Florida, Michigan, Illinois, Iowa y Wisconsin (Bissonnette, 2015; McCoy et al., 2018; Valle-Torres et al., 2020).

En Honduras no existe una estrategia de control efectiva y rentable para evitar los impactos de la mancha de asfalto. Actualmente, el manejo que se realiza para controlarla consiste en el uso de fungicidas preventivos y curativos. No obstante, este método de control resulta muy costoso para los pequeños agricultores, quienes aportan con el 68% de la producción total de maíz en el país (Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura [IICA], 2013). Por este motivo, la resistencia de variedades a la mancha de asfalto sería el control más efectivo y al alcance de todos los agricultores de maíz, independientemente de la escala de producción (Hernández-Ramos et al., 2015).

La evaluación visual de la severidad (fenotipado) en el área foliar de la planta es la metodología utilizada actualmente para determinar la resistencia o susceptibilidad de un material a la mancha de asfalto (Loladze et al., 2019). Por otra parte, la teledetección entendida como la aplicación de imágenes multiespectrales mediante un vehículo aéreo no tripulado (VANT) o dron, podría ser una alternativa para optimizar el fenotipado de enfermedades (Barbedo, 2019). Mientras la teledetección permite realizar un mapeo rápido y detallado del área de estudio, el fenotipado puede corroborar la relación de la imagen capturada con la severidad real de las plantas en el área muestreada (Zhang et al., 2019). La teledetección promete ser una herramienta tecnológica con la que se podría minimizar los costos de mano de obra, reducir las veces y el tiempo del fenotipado, además de, mejorar la precisión de los datos (Loladze et al., 2019).

La posibilidad de identificar accesiones resistentes a mancha de asfalto puede reducir del uso de fungicidas, aumentar la productividad, reducir la entropía del sistema y aportar a la seguridad alimentaria (Prasanna et al., 2013). Además, el desarrollo de accesiones de maíz resistentes a la enfermedad aumenta la resiliencia de los pequeños, medianos y grandes productores ante el cambio climático. Teniendo en cuenta los antecedentes de estudios previos, se realizó un estudio para caracterizar la resistencia a la mancha de asfalto de un grupo de accesiones de maíz del Banco de Germoplasma de la Universidad ZAMORANO para determinar las correlaciones entre la evaluación visual de severidad e imágenes multiespectrales y su aplicación en el monitoreo y manejo de la enfermedad.

Proyecto de investigación

La investigación desarrollada desde la Maestría en Agricultura Tropical Sostenible (MATS) se dividió en tres fases. Las tres fases se realizaron en el lote La Vega 5 ubicado en Monte Redondo, zona productiva de la Universidad ZAMORANO en Honduras. La fase uno del proyecto consistió en la siembra de materiales de maíz susceptibles a la enfermedad en un área de 1,000 m2 con el objetivo de multiplicar el inóculo de la mancha de asfalto. La fase dos consistió en la evaluación de 32 accesiones de maíz bajo un diseño experimental de alfa látice 8×4×4 en la época de siembra de postrera del año 2020. La fase tres fue la réplica del experimento en la época seca, primeros meses del 2021.

El material genético para el proyecto se obtuvo del Banco de Germoplasma de ZAMORANO. De las 32 accesiones de maíz usadas, 21 fueron accesiones criollas provenientes de la colección de diversidad genética de Honduras, colectadas entre en los años de 1990-94, 8 fueron variedades mejoradas y 3 fueron híbridos incorporados recientemente a la colección. Se seleccionaron dos testigos susceptibles y dos tolerantes a la mancha de asfalto. Se evaluaron criterios epidemiológicos como la severidad, Área Bajo la Curva del Progreso de la Enfermedad (ABCPE) y la Tasa del Progreso de la Enfermedad (TPE) mediante modelos epidemiológicos. Se evaluaron también variables de componentes de rendimientos, aspecto y sanidad de la mazorca. En cuanto a la teledetección, se usó un sensor multiespectral de cinco bandas (roja, azul, verde, infrarrojo cercano y borde rojo) acopladas a un dron Matrice 200 para mapear el área de estudio y usar las imágenes para desarrollar índices de vegetación.

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Impacto de la Investigación

Es una realidad que en Honduras predominan los agricultores de subsistencia y de mediana escala en la producción de maíz. La mayoría de los agricultores de maíz en Honduras tienen un alto interés en las accesiones criollas no solo por arraigo cultural sino porque económicamente son más accesibles debido a que son materiales de polinización libre. En este sentido, desarrollar variedades resistentes una enfermedad como la mancha de asfalto es muy importante. Los resultados de este proyecto evidenciaron que las 32 accesiones de maíz mostraron un amplio rango de severidad a la infección causada por la mancha de asfalto, lo que refleja la diferencia entre los niveles de resistencia entre ellas.

Se evidenció que las condiciones ambientales de las dos épocas de siembra influyeron en la dinámica del desarrollo de la enfermedad en los experimentos realizados, siendo esta información valiosa para establecer las fechas de siembra donde las condiciones no favorezcan la diseminación de la enfermedad. Los resultados indican que el híbrido DICTA 96 mostró ser altamente resistente a la enfermedad y se propone como progenitor masculino para conferir la resistencia a materiales criollos y mejorados por medio del mejoramiento genético para el desarrollo de la resistencia a mancha de asfalto en variedades de polinización abierta que beneficien a la mayoría de los pequeños y medianos agricultores de Honduras.

La teledetección y las imágenes multiespectrales prometen ser herramientas innovadoras para el fenotipado de la resistencia a la mancha de asfalto en maíz y en la afectación del rendimiento siendo un método menos costoso que el uso de cámaras hiper espectrales. Los resultados del estudio demostraron el uso potencial de los índices de vegetación para la evaluación de la mancha de asfalto en el maíz, ya que los índices NAVI (r = -0.68) y RNDVI (r = -0.83) mostraron las correlaciones más altas con la evaluación visual de severidad. Este es el primer estudio sobre la resistencia a mancha de asfalto en un grupo de accesiones de maíz del Banco de Germoplasma de ZAMORANO, lo cual provee información valiosa para continuar con los estudios de resistencia genética, por ser la estrategia más importante, económica y sostenible para controlar las epidemias y aumentar la producción de maíz.

Referencias

Barbedo, J. G. A. (2019). A Review on the Use of Unmanned Aerial Vehicles and Imaging Sensors for Monitoring and Assessing Plant Stresses. Drones, 3(2), Artículo 40, 1–27. https://doi.org/10.3390/drones3020040

Bissonnette, S. (2015). Corn disease alert: New Fungal Leaf disease “Tar spot” Phyllachora maydis identified in 3 northern Illinois counties • farmdoc. Department of Crop Sciences, University of Illinois. https://farmdoc.illinois.edu/field-crop-production/diseases/corn-disease-alert-new-fungal-leaf-disease-tar-spot-phyllachora-maydis-identified-in-3-northern-illinois-counties.html

Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2018). FAOSTAT: Nuevos balances de alimentos. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC

Food and Agriculture Organization of the United Nations. (2019). FAOSTAT: Producción de granos en América. http://www.fao.org/faostat/en/#data/QC

Hernández-Ramos, L., Sandoval-Islas, J. S., Mahuku, G [George], Benítez-Riquelme, I. y Cruz-Izquierdo, S. (2015). Genética de la resistencia al complejo mancha de asfalto en 18 genotipos tropicales de maíz. Revista Fitotecnia Mexicana, 38(1), 39–47. http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0187-73802015000100006

Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura. (Octubre 2013). Estudio de las cadenas de valor maíz blanco y frijol en Centroamerica. Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura. http://repiica.iica.int/docs/b3540e/b3540e.pdf

Instituto Nacional de Estadísticas. (2020). Demanda interna de los principales productos de consumo básico en Honduras. INE. https://www.ine.gob.hn/V3/imag-doc/2020/10/BOLETIN-DEMANDA-INTERNA.pdf

Loladze, A., Rodrigues, F. A., Toledo, F., San Vicente, F., Gérard, B. y Boddupalli, M. P. (2019). Application of Remote Sensing for Phenotyping Tar Spot Complex Resistance in Maize. Frontiers in Plant Science, 10, Artículo 552, 1–10. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.00552

Maublanc, A. (1904). Espéces nouvelles de champignons inferieurs. Bulletin De La Société Mycologique De France, 20(72).

McCoy, A. G., Romberg, M. K., Zaworski, E. R., Robertson, A. E., Phibbs, A., Hudelson, B. D., Smith, D. L., Beiriger, R. L., Raid, R. N., Byrne, J. M. y Chilvers, M. I. (2018). First Report of Tar Spot on Corn (<em>Zea mays</em>) Caused by <em>Phyllachora maydis </em>in Florida, Iowa, Michigan, and Wisconsin. Plant Disease, 102(9), 1851. https://doi.org/10.1094/PDIS-02-18-0271-PDN

Mottaleb, K. A., Loladze, A., Sonder, K., Kruseman, G. y San Vicente, F. (2019). Threats of Tar Spot Complex disease of maize in the United States of America and its global consequences. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 24(2), 281–300. https://doi.org/10.1007/s11027-018-9812-1

Oseguera, M. (2017). Situación actual del rubro de granos básicos en honduras: retos y perspectivas en el corto y mediano plazo. Consejo Hondureño de la Empresa Privada (COHEP). http://www.agronegocioshonduras.org/wp-content/uploads/2019/09/Situaci%C3%AF%C2%BF%C2%BDn-Actual-de-Granos-B%C3%AF%C2%BF%C2%BDsicos-en-Honduras-Versi%C3%AF%C2%BF%C2%BDn-Final-Noviembre-de-2017.pdf

Prasanna, B., Chaikam, V. y Mahuku, G [G.] (Eds.). (2013). Tecnología de dobles haploides en el mejoramiento de maíz: teoría y práctica. CIMMYT.

Ruhl, G., Romberg, M., Creswell, T., Bissonnette, S., Plewa, D. y Wise, K. (2015). A First Detection Success Story: Corn Tar Spot Identified for the First Time in the United States by Collaborative Efforts of NPDN and USDAAPHIS Fungal Identification Labs. https://cutt.ly/EmoEmVt

Valle-Torres, J., Ross, T. J., Plewa, D., Avellaneda, M. C., Check, J., Chilvers, M. I., Cruz, A. P., Dalla Lana, F., Groves, C., Gongora-Canul, C., Henriquez-Dole, L., Jamann, T., Kleczewski, N., Lipps, S., Malvick, D., McCoy, A. G., Mueller, D. S., Paul, P. A., Puerto, C., . . . Cruz, C. D. (2020). Tar Spot: An Understudied Disease Threatening Corn Production in the Americas. Plant Disease, 104(10), 2541–2550. https://doi.org/10.1094/PDIS-02-20-0449-FE

Zhang, J., Huang, Y., Pu, R., Gonzalez-Moreno, P., Yuan, L., Wu, K. y Huang, W. (2019). Monitoring plant diseases and pests through remote sensing technology: A review. Computers and Electronics in Agriculture, 165, Artículo 104943, 1–14. https://doi.org/10.1016/j.compag.2019.104943

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