Caracterização fenotípica e molecular de phytophthora capsici de hortaliças e expressão e prospecção da resistência em cucurbitaceae e solanaceae

Abstract

Este trabalho descreve: (a) a diversidade de isolados brasileiros de Phytophthora de hortaliças usando-se marcadores fenotípicos e moleculares, e (b) a distribuição e identificação de resistência em Lycopersicon spp., Cucurbita spp. e Cucumis melo. Determinou-se ainda o efeito do estádio fenológico na expressão da resistência e identificaram-se novas hospedeiras. Na primeira parte do trabalho, a partir de uma coleção de 193 isolados de pimentão, tomate, abóbora, berinjela, jiló, cacau, pimenta-do-reino e seringueira, coletados nas cinco regiões geográficas do Brasil, fez-se a caracterização morfológica das estruturas sexuais e assexuais dos isolados, identificação do grupo de compatibilidade, identificação da resistência a metalaxil, avaliação da patogenicidade, agressividade e virulência dos isolados em frutos de pimentão e em plântulas de Capsicum annuum e Lycopersicon spp., bem como o seqüenciamento das regiões ITS e do gene 5.8S. O esporângio de todos os isolados estudados variou de piriforme clavado a limoniforme. O comprimento do pedicelo foi de 38 a 45 μm e as colônias mostraram-se estelares a rosiformes. A caracterização morfológica e fisiológica dos isolados demonstrou padrões consistentes para a espécie P. capsici, com alguns isolados diferenciados. O grupo de compatibilidade predominante na coleção foi o A1. O grupo de compatibilidade A2 foi mais freqüente na região Sul do Brasil. Os resultados indicaram que no Brasil não é comum o cruzamento sexual em P. capsici. A maioria dos isolados mostrou-se sensível a metalaxil em baixas doses. A concentração efetiva média capaz de inibir o crescimento em 50% foi de 1,39 μg.mL-1 para o isolados classificados como sensíveis e 15,08 μg.mL-1 para os isolados considerados de sensibilidade intermediária a metalaxil. Nenhum isolado foi classificado como resistente. É possível que isto se deva ao fato de que no Brasil metalaxil não venha sendo utilizado tão intensamente para controle de oomicetos como em outros países. Isolados da região Sul apresentaram-se como menos sensíveis a metalaxil. Todos os isolados analisados foram patogênicos em frutos de pimentão, mas alguns isolados como os de seringueira mostraram sintomas menos severos. A agressividade em frutos de pimentão não foi um indicador da especificidade do isolado ao hospedeiro de origem. Todos os isolados inoculados foram virulentos em plântulas de pimentão, contudo apresentaram agressividades variáveis. Os isolados estudados foram altamente agressivos aos genótipos de tomate incluindo isolados oriundos de pimentão. O isolado oriundo de pimenta-do-reino (Pci 8) foi virulento em plântulas de pimentão e tomate, contudo sua agressividade foi menor que a dos demais. Os resultados do seqüênciamento da região ITS 2 confirmaram dados morfológicos, separando os isolados em três grupos: 1) P. capsici, 2) P. nicotianae e 3) P. tropicalis. A homologia de seqüências e a análise filogenética apoiou a separação de P. tropicalis, P. nicotianae e P. capsici, com a grande maioria classificada como P. capsici. Todas as espécies são consideradas causadoras de podridão do colo e frutos em hortaliças e a expressão da patogenicidade, agressividade e virulência dos isolados ocorreu de forma diferenciada em frutos e plântulas. Na segunda parte do trabalho, 152 genótipos de Lycopersicon, 376 genótipos de Cucurbita e 74 genótipos de C. melo foram inoculados com dois isolados de P. capsici dos grupos de compatibilidade A1 e A2, pela deposição de 3 mL de suspensão de zoósporos na concentração de 5.104 no colo das plântulas. Foi avaliada a incidência da doença em três períodos de leitura. Em outros experimentos foram analisadas as reações de 41 cultivares comerciais de Cucurbita, Citrullus lanatus, C. melo, Lycopersicon e Capsicum annuum inoculadas com P. capsici aos 10, 20, 30 e 40 dias de idade. Por fim, foi analisada a suscetibilidade de 19 acessos de cucurbitáceas e solanáceas nativas quanto a um isolado de P. capsici. Observou-se a reação diferencial dos genótipos de Lycopersicon e Cucurbita aos isolados pertencentes aos dois grupos de compatibilidade de P. capsici. A reação de Lycopersicon a P. capsici foi separada por espécie com maior freqüência de suscetíveis nos acessos de L. peruvianum e a resistência nos acessos de L. esculentum. Não foram detectados níveis adequados de resistência nos acessos de Cucurbita. Aparentemente a expressão da resistência a P. capsici em genótipos de abóboras é mais influenciada pelo ambiente. Dentre as espécies de cucurbitáceas avaliadas, o gênero Cucumis apresentou maior freqüência de genótipos resistentes que Cucurbita. Entre as três espécies de Cucurbita avaliadas, C. moschata apresentou maior número de genótipos resistentes (R). O período mais crítico para infecção de P. capsici em genótipos de pimentão, tomate, abóbora, melancia e melão foi de 10 a 15 dias após o plantio. Inoculados 10 dias após o plantio (dap) os genótipos comerciais de cucurbitáceas e solanáceas tiveram em sua maioria classificação no grupo Suscetível-S (69%); aos 20 dap a resistência distribuiu-se entre as classes R (40%) e S (44%); por fim, a partir dos 30 dias, 56% dos genótipos foram classificados como R à P. capsici. As novas hospedeiras classificadas como suscetíveis à inoculação artificial de P. capsici foram Sicana odorífera (Croá), Nicandra physaloides (fisalis), Capsicum praetermissum (pimenta cumari), Cyphomandra betacea (tomate de árvore), Solanum paniculatum (jurubeba bahiana) e Solanum americanum (Maria pretinha). _____________________________________________________________________________ ABSTRACT

This thesis describes (a) the diversity of Phytophthora isolates from vegetable crops in Brazil using phenotypic and molecular markers, and (b) the distribution and identification of resistance in Lycopersicon spp., Cucurbita spp. and Cucumis melo. In addition, the effect of plant phenology on the expression of host genetic resistance was studied, and finally, new hosts were identified. Characterization studies were conducted in a collection of 193 isolates from Capsicum annuum, Lycopersicon esculentum, Cucurbita spp., Solanum melongena, Solanum gilo, Piper nigrum, Theobroma cacao and Hevea brasilensis collected from widely separated geographic areas in Brazil. The morphology and morphometrics of sexual and assexual structures, compatibility group, metalaxyl resistance, pathogenicity, aggressiviness and virulence to sweet pepper fruits and to sweet pepper and tomato plantlets were studied, and compared to molecular data derived from the sequencing of ITS region and the 5.8S gene. All isolates studied had clavate piriform to lemoniform sporangia, with pedicels varying from 38 to 45 μ and stelate to rosiform colonies. Morphologic and physiologic characterization of isolates demonstrated that most of them conformed to the taxon P. capsici, with some few exceptions. The most prevalent compatibility group was A1, while the group A2 prevailed in the Southern region. Results indicate that sexual reproduction is presently rare in Brazil. Most isolates were sensitive to metalaxyl in low dosages. Effective dosage for 50% inhibition of mycelial growth was 1.39 μg.mL-1 for isolates classified as sensitive, and 15.08 μg.mL-1 for isolates grouped as of intermediate sensitivity to metalaxyl. No isolate was classified as resistant. High prevalence of sensitive isolates may be due to the fact that in Brazil metalaxyl was not as widely used as a single active principle against oomycetes, as in other countries were resistance is more commonly found. Southern region isolates were the least sensitive to metalaxyl. All isolates tested were pathogenic to sweet pepper fruits, but some (as the Hevea brasiliensis isolate) were less aggressive. Generally, however, aggressiveness to sweet pepper fruits had no relation to the host from which the isolate was originally found. All isolates were pathogenic to sweet pepper plantlets, but varied in their aggressiveness to pepper and tomato cultivars. All isolates were highly aggressive to tomato genotypes, including the isolates from sweet pepper. The isolate from Piper nigrum (Pci 8) was virulent to tomato and pepper plantlets, but its aggressiveness was lower than the others. ITS 2 sequencing confirmed morphological data, separating the isolates in three taxa: 1) P. capsici, 2) P. nicotianae and 3) P. tropicalis. Sequence homology and phylogenetic analysis supported separation of P. tropicalis, P. nicotianae and P. capsici, and the majority of isolates was identified as P. capsici. All three species are classified as crown and fruit pathogens of vegetable crops. Pathogenicity, aggressiviness and virulence of isolates was different in fruits and plantlets. In the second part of the thesis, 152 genotypes of Lycopersicon, 376 genotypes of Cucurbita and 74 genotypes of C. melo were inoculated with 2 P. capsici isolates from compatibility groups A1 and A2. Inoculation was by deposition of a 3 mL zoospore suspension of 5.104 zoospores/mL next to the plantlet crown. Disease incidence was evaluated at three points in time. In other experiments, the reaction of 41 commercial cultivars of Cucurbita, Citrullus lanatus, C. melo, Lycopersicon and Capsicum annuum inoculated 10, 20, 30 and 40 days after planting was examined. Finally, the susceptibility of 19 accesses of native Cucurbitaceae and Solanaceae were studied. Reaction of Lycopersicon to P. capsici was differentiated by host species: L. peruvianum genotypes were mostly susceptible, while L. esculentum genotypes were more frequently resistant. Significant levels of resistance were not detected among Cucurbita accesses, and apparently, the expression of resistance against P. capsici in Cucurbita varies with the environment. Among all Cucurbitaceae studied, the genus Cucumis had most genotypes resistant to P. capsici. Among the three Cucurbita species evaluated, C. moschata had the higher number of resistant genotypes. Most critical period for P. capsici infection of all hosts studied was 10-15 days after planting (dap). When inoculated 10 dap, commercial cucurbitaceous and solanaceous genotypes were usually (69%) classified as susceptible (S); at 20 dap genotypes were more evenly distributed as resistant (R, 40%) and S (44%); finally, after 30 dap, 56% of the genotypes were classified as R. New hosts of P. capsici identified in this study, following artificial inoculation are Sicana odorifera, Nicandra physaloides, Capsicum praetermissum, Cyphomandra betacea, Solanum paniculatum and Solanum americanum.