Influence of environmental factors in the relative production of tricothecenes by Fusarium graminearum

El trigo es uno de los cultivos de mayor importancia en Argentina ya sea para consumo local o como producto de exportación. Una de las principales enfermedades que afectan el cultivo es la “Fusariosis de la Espiga de Trigo” (FET). Es una enfermedad endémica en nuestro país causada por Fusarium graminearum, el agente más común de la Fusariosis de la espiga (FET) en muchas partes el mundo. La infección está fuertemente influenciada por parámetros ambientales y ocurre principalmente cuando se dan las condiciones favorables de humedad y temperatura durante la antesis o floración del trigo. Esta destructiva enfermedad afecta al trigo, cebada y otros granos pequeños y tiene la capacidad de destruir cultivos, causando grandes pérdidas económicas debido a la reducción de la calidad de los granos pudiéndose además acumular niveles significativos de micotoxinas, como los tricotecenos. La presente Tesis abarcó el estudio de la influencia de la temperatura y la aw sobre el crecimiento y la biosíntesis de micotoxinas utilizando una cepa de Fusarium graminearum productora de deoxinivalenol (DON), 3- y 15-acetildeoxinivalenol (3- y 15-ADON). El análisis en este estudio mostró que los factores ambientales tuvieron gran influencia en la síntesis relativa de los derivados acetilados, siendo esta influencia más marcada en el caso de la temperatura. Las interacciones entre estos factores: aw, temperatura y el tiempo de incubación, resultaron significativos sobre la producción de DON y 3-ADON. En cambio, la aw no produjo un efecto significativo sobre la producción de 15-ADON, aunque sí lo hicieron la temperatura, y el tiempo de incubación, así como sus interacciones. Las diferentes condiciones estudiadas mostraron que, para DON, no existen diferencias significativas entre las cantidades producidas en las condiciones óptimas (0.99 aw, 30 ºC, 14 días) y las observadas a la misma aw a 25 y 20 ºC, luego de 14 días de incubación, o la producción a 0,95 aw, 25 ºC y 21 días de incubación. El resto de las condiciones resultaron en una acumulación significativamente menor de DON. En cambio, para 3-ADON, las condiciones de máxima producción (0,99 aw, 30 ºC y 21 días) resultaron en una cantidad de toxina significativamente mayor que para el resto de las condiciones estudiadas. Lo mismo se observó para 15-ADON, para el cual las condiciones óptimas de producción fueron de 0,99 aw, 10 ºC y 7 días de incubación y la cantidad de toxina acumulada difirió significativamente con la que se detectó en el resto de las condiciones de estudio. De acuerdo a estudios realizados los últimos años, se demostró que el quimiotipo 3- ADON está desplazando rápidamente al quimiotipo 15-ADON en poblaciones de F. graminearum del oeste de Canadá. Estudios efectuados en invernadero demostraron que aislamientos pertenecientes al quimiotipo 3-ADON producían concentraciones de DON superiores a los aislamientos pertenecientes al quimiotipo 15-ADON, lo cual es motivo de preocupación para los productores de granos y las industrias relacionadas. Tanto la distribución geográfica de las especies como de los quimiotipos está influenciada fuertemente por los factores climáticos, el calentamiento global tendrá entonces un gran impacto en esta distribución. Por este motivo, el estudio del efecto de los factores climáticos (temperatura y actividad acuosa) sobre la producción relativa de tricotecenos por Fusarium graminearum permitirá predecir el riesgo al que están expuestos los cultivos susceptibles en este nuevo escenario.Wheat is one of the most important crops in Argentina, either for local consumption or export. One of the major diseases affecting the crop is the Fusarium Head Blight (FHB). It is an endemic disease in our country caused by Fusarium graminearum, the most common agent of Fusarium head blight (FHB) around the world. The infection is strongly influenced by environmental parameters and occurs mostly when there are favorable conditions of moisture and temperature during wheat anthesis or flowering. This destructive disease affects wheat, barley and other small grains and has the capability of destroying crops, causing great economic losses due to reduced grain quality, and accumulating significant levels of mycotoxins such as trichothecenes. This thesis involved the study of the influence of temperature and aw on growth and mycotoxins biosynthesis, using a strain of Fusarium graminearum producing deoxynivalenol (DON), 3- and 15 acetyldeoxynivalenol (3- and 15-ADON). The analyses showed that environmental factors greatly influenced the relative synthesis of the acetylated derivatives, this influence being more pronounced in the case of temperature. The interactions between these factors: aw, temperature and incubation time were significant on DON production and 3-ADON. However, aw showed no significant effect on the production of 15-ADON, although temperature and incubation time incubation were significant, as well as their interactions. The different conditions studied showed that there are no significant differences between the amount of DON produced under optimal conditions (0.99 aw, 30 °C, 14 days) and those at the same aw, 25 and 20 °C, after 14 days of incubation, or 0.95 aw, 25 °C and 21 days of incubation. The rest of the conditions resulted in significantly lower accumulation of DON. In contrast, for 3-ADON, the maximum production conditions (0.99 aw, 30 and 21 days) resulted in a significantly greater amount of toxin than for the rest of the conditions studied. The same effect was observed for 15-ADON, for which the optimal production conditions were 0.99 aw, 10 °C and 7 days of incubation, and the amount of accumulated toxin differed significantly with those detected in the rest of the studied environmental conditions. According to studies conducted in recent years, it was demonstrated that the 3-ADON chemotype is rapidly displacing the 15-ADON chemotype of F. graminearum populations from western Canada. Greenhouse studies showed that isolates belonging to 3-ADON chemotype produced higher concentrations of DON than isolates belonging to the 15-ADON chemotype, which is of concern to grain producers and related industries. Both the geographical distribution of species and chemotypes is strongly influenced by climatic factors, and thus global warming will have a major impact on this distribution. For this reason, the study of the effect of climatic factors (temperature and water activity) on the relative production of trichothecenes by Fusarium graminearum will allow to predict the risk to which susceptible crops are exposed in this new scenario.Fil:Ramírez Albuquerque, L. Diana. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina