Towards an integrated control of peach powdery mildew (Podosphaera pannosa) through the application of molecular tools in epidemiological and genetic resistance studies

Abstract

La malaltia de l’oïdi o cendrosa del presseguer, causada pel fong ascomicet Podosphaera pannosa, pot arribar a causar pèrdues greus en la producció i en la qualitat del fruit. Actualment, el control de l’oïdi es basa en aplicacions periòdiques de fungicides. Els efectes derivats de l’ús d’aquests productes en la salut humana i en el medi ambient han provocat una gran conscienciació de la societat, tot afavorint el desenvolupament de noves estratègies basades en el maneig integrat de plagues i malalties. Aquestes estratègies han de comptar necessàriament amb un coneixement profund dels agents implicats en la malaltia; és a dir, del patogen, de l’hoste i de les condicions ambientals. En aquesta tesi doctoral s’han estudiat algunes variables ambientals que descriuen el progrés de la malaltia de l’oïdi i s’ha dissenyat una estratègia per a retardar l’inici de l’aplicació dels tractaments fitosanitaris (Capítol 3). En concret, l’inici retardat del programa de protecció, a partir dels 220 graus-dia acumulats després de la floració, ha permès reduir el nombre de tractaments fitosanitaris en un 33%, sense perdre eficàcia en el control de la malaltia. També s’han estudiat aspectes relacionats amb l’inòcul primari de P. pannosa i l’aerobiologia del fong durant l’època infectiva (Capítol 4). Mitjançant tècniques moleculars, s’ha confirmat que l’inòcul primari es troba principalment en forma de miceli hivernant en la superfície dels branquillons afectats. També s’ha pogut quantificar els propàguls de P. pannosa presents en l’aire durant el període infectiu, d’abril a juliol. Una alternativa al control de l’oïdi que requereix més temps en la seva aplicació, però que evitaria el tractament amb fungicides, és el desenvolupament de cultivars resistents de presseguer. En aquesta tesi s’ha caracteritzat el gen de resistència Vr3, procedent de l’ametller (Capítol 5). Ha estat possible localitzar-lo en una regió molt específica del genoma, que inclou 27 gens candidats a conferir la resistència. Mitjançant una anàlisi d’expressió dels gens candidats i l’anàlisi dels polimorfismes de les reseqüències dels parentals, s’ha pogut determinar que el gen de resistència RGA2 podria ser el gen candidat Vr3, a falta d’una futura validació funcional. Finalment, i per tal d’obtenir noves varietats resistents a P. pannosa, s’ha introgressat la resistència Vr3 en cultivars comercials de presseguer (Capítol 6), mitjançant els creuaments d’individus amb una o dues introgressions d’ametller que incloïen el gen Vr3.

El oídio del melocotonero, enfermedad debida al hongo ascomiceto Podosphaera pannosa, puede llegar a causar pérdidas graves en la producción y en la calidad del fruto. Actualmente, el control del oídio se basa en aplicaciones periódicas de fungicidas. Los efectos derivados del uso de estos productos en la salud humana y en el medio ambiente han tenido como consecuencia una mayor concienciación social, lo que ha llevado al desarrollo de nuevas estrategias basadas en el control integrado de plagas y enfermedades. Este tipo de estrategias deben contar con un conocimiento profundo de los agentes implicados en la enfermedad; esto es, del patógeno, el huésped y el ambiente. En esta tesis doctoral se han estudiado algunas variables ambientales que describen el progreso de la enfermedad del oídio y se ha diseñado una estrategia para retardar el inicio de las aplicaciones fitosanitarias (Capítulo 3). En concreto, el retardo en el inicio del programa de protección, a partir de los 220 grados-día acumulados después de la floración, ha permitido reducir hasta un 33% el número de tratamientos fitosanitarios sin perder la eficacia en el control de la enfermedad. También se ha estudiado el inóculo primario de P. pannosa y la aerobiología del mismo durante la época infectiva (Capítulo 4). Mediante el uso de técnicas moleculares se ha confirmado que el inóculo primario se encuentra principalmente en forma de micelio latente en la superficie de las ramillas afectadas. También se ha logrado cuantificar los propágulos de P. pannosa presentes en el aire durante el período infectivo, que se extiende principalmente de abril a julio. Una técnica alternativa en el control de la enfermedad, que requiere más tiempo en su aplicación pero que puede evitar el uso de fungicidas, es el desarrollo de cultivares resistentes de melocotonero. En esta tesis se ha caracterizado el gen de resistencia Vr3 procedente del almendro (Capítulo 5). Ha sido posible localizarlo en una región muy específica del genoma, que incluye 27 genes candidatos. Mediante un análisis de expresión de los genes candidatos y un análisis de los polimorfismos de las resecuencias de los parentales, se ha podido determinar que el gen de resistencia RGA2 podría ser el gen candidato Vr3, aunque ello depende de una futura validación funcional. Finalmente, y con el fin de obtener nuevas variedades resistentes a P. pannosa, se ha introgresado la resistencia Vr3 en cultivares comerciales de melocotonero (Capítulo 6), mediante el cruce de individuos con una o dos introgresiones de almendro que incluían dicho gen.

Peach powdery mildew (PPM), caused by the ascomycete fungus Podosphaera pannosa, is one of the major diseases of peach, which may cause significant decreases in yield and fruit quality. Powdery mildew is currently managed through calendar-based fungicide applications. Adverse effects resulting from pesticide applications on human health and the environment have raised a great social awareness, which has driven the development of new integrated strategies more respectful to both environment and human health status. These disease management strategies are strongly depending on a deep knowledge of key aspects of the disease, which includes the pathogen and the host, and their relationship with the environment. In this thesis, the influence of some environmental variables on the disease progress of PPM have been studied. Furthermore, a strategy was designed to delay the onset of fungicide applications (Chapter 3). Specifically, the delayed initiation of fungicide programs at 220 accumulated degree-days after flowering reduced the number of fungicide applications by 33% while keeping effectiveness in the disease control. Several traits related to the latency of the pathogen primary inoculum and the aerobiology of the pathogen propagules during the infectious period were also studied (Chapter 4). Thus, by using molecular techniques, it was confirmed that the primary inoculum is mainly present as overwintering mycelium on the surface of the affected twigs. The detection and quantification of airborne P. pannosa propagules during the growing season confirmed that those propagules can be detected from April to July. The development of resistant cultivars is considered an alternative to disease control that is only based on fungicide treatments. In this thesis, the resistance gene Vr3, inherited from almond, was characterized (Chapter 5). We were able to locate it in a very specific region of the genome spanning 27 candidate genes. Through the expression analysis of candidate genes and an analysis of polymorphisms from parental resequences, it was concluded that the RGA2 resistance gene could be the best Vr3 candidate gene, assuming that a future functional validation is still required. Finally, in order to obtain resistant varieties to P. pannosa, the Vr3 resistance is currently being introgressed into high-quality peach varieties (Chapter 6), by crossing individuals with one or two almond introgressions which included the Vr3 gene.