Epidemiologia de doenças de plantas - Plant disease epidemiology

A epidemiologia de doenças de plantas é o estudo de doenças em populações de plantas. Muito parecido com as doenças de humanos e outros animais, as doenças das plantas ocorrem devido a patógenos, como bactérias , vírus , fungos , oomicetos , nematóides , fitoplasmas , protozoários e plantas parasitas . Os epidemiologistas de doenças de plantas se esforçam para compreender a causa e os efeitos das doenças e desenvolver estratégias para intervir em situações em que possam ocorrer perdas de safra. Métodos destrutivos e não destrutivos são usados ​​para detectar doenças em plantas. Além disso, compreender as respostas do sistema imunológico nas plantas irá beneficiar ainda mais e limitar a perda de safras. Normalmente, uma intervenção bem-sucedida levará a um nível de doença baixo o suficiente para ser aceitável, dependendo do valor da safra.

A epidemiologia das doenças de plantas é freqüentemente vista de uma abordagem multidisciplinar, exigindo perspectivas biológicas , estatísticas , agronômicas e ecológicas . A biologia é necessária para compreender o patógeno e seu ciclo de vida. Também é necessário para compreender a fisiologia da cultura e como o patógeno a está afetando adversamente. As práticas agronômicas freqüentemente influenciam a incidência de doenças para melhor ou para pior. As influências ecológicas são numerosas. As espécies nativas de plantas podem servir como reservatórios para patógenos que causam doenças nas lavouras. Modelos estatísticos são frequentemente aplicados para resumir e descrever a complexidade da epidemiologia de doenças de plantas, de modo que os processos de doenças possam ser mais facilmente compreendidos. Por exemplo, comparações entre padrões de progresso de doenças para diferentes doenças, cultivares, estratégias de manejo ou configurações ambientais podem ajudar a determinar como as doenças de plantas podem ser melhor gerenciadas. A política pode ter influência na ocorrência de doenças, por meio de ações como restrições às importações de fontes onde a doença ocorre.

Em 1963, JE van der Plank publicou "Plant Diseases: Epidemics and Control", uma obra seminal que criou um quadro teórico para o estudo da epidemiologia das doenças das plantas. Este livro fornece uma estrutura teórica baseada em experimentos em muitos sistemas de patógenos hospedeiros diferentes e moveu o estudo da epidemiologia de doenças de plantas rapidamente, especialmente para patógenos foliares fúngicos. Usando essa estrutura, podemos agora modelar e determinar limites para epidemias que ocorrem em um ambiente homogêneo, como um campo de cultivo monocultural.

Elementos de uma epidemia

Epidemias de doenças em plantas podem causar enormes perdas no rendimento das safras, bem como ameaçar exterminar uma espécie inteira , como foi o caso da Doença do Olmo Holandês e pode ocorrer com a Morte Súbita do Carvalho . Uma epidemia de requeima da batata, causada por Phytophthora infestans , levou à Grande Fome Irlandesa e à perda de muitas vidas.

Comumente, os elementos de uma epidemia são chamados de “triângulo da doença”: um hospedeiro suscetível, patógeno e ambiente propício. Para que uma doença ocorra, todos os três devem estar presentes. Abaixo está uma ilustração deste ponto. Onde todos os três itens se encontram, existe uma doença. O quarto elemento que falta nesta ilustração para que ocorra uma epidemia é o tempo. Enquanto todos esses três elementos estiverem presentes, a doença pode iniciar, uma epidemia só ocorrerá se os três continuarem presentes. Qualquer um dos três pode ser removido da equação. O hospedeiro pode crescer mais que a suscetibilidade com a resistência de plantas adultas em alta temperatura, o ambiente muda e não é propício para o patógeno causar doenças, ou o patógeno é controlado por meio de uma aplicação de fungicida, por exemplo.

Às vezes, um quarto fator de tempo é adicionado, já que o tempo em que uma determinada infecção ocorre, e o período de tempo que as condições permanecem viáveis ​​para essa infecção, também pode desempenhar um papel importante em epidemias. A idade das espécies de plantas também pode desempenhar um papel, pois certas espécies mudam em seus níveis de resistência a doenças à medida que amadurecem; em um processo conhecido como resistência ontogênica.

Se todos os critérios não forem atendidos, como um hospedeiro suscetível e patógeno estão presentes, mas o ambiente não é propício para o patógeno infectar e causar doença, a doença não pode ocorrer. Por exemplo, o milho é plantado em um campo com resíduo de milho que tem o fungo Cercospora zea-maydis , o agente causal da Mancha cinzenta da folha do milho, mas se o tempo estiver muito seco e não houver umidade nas folhas, os esporos do fungo no resíduo não pode germinar e iniciar a infecção.

Da mesma forma, é lógico que se o hospedeiro é suscetível e o ambiente favorece o desenvolvimento da doença, mas o patógeno não está presente, não há doença. Tomando o exemplo acima, o milho é plantado em um campo arado onde não há resíduo de milho com o fungo Cercospora zea-maydis , o agente causal da Mancha cinzenta da folha do milho, presente, mas o clima significa longos períodos de molhamento foliar, há nenhuma infecção iniciada.

Quando um patógeno requer a disseminação de um vetor, para que ocorra uma epidemia, o vetor deve ser abundante e ativo.

  • Ilustração de triângulo de doença de planta

Tipos de epidemias

Os patógenos causam epidemias monocíclicas com baixa taxa de natalidade e mortalidade , o que significa que eles têm apenas um ciclo de infecção por estação. Eles são típicos de doenças transmitidas pelo solo, como a murcha de Fusarium do linho . As epidemias policíclicas são causadas por patógenos capazes de vários ciclos de infecção por estação. Na maioria das vezes, são causados ​​por doenças transmitidas pelo ar, como o oídio . Epidemias policíclicas bimodais também podem ocorrer. Por exemplo, na podridão parda de frutas de caroço, as flores e os frutos infectam-se em momentos diferentes.

Para algumas doenças, é importante considerar a ocorrência da doença ao longo de várias estações de cultivo, especialmente se cultivar as lavouras em monocultura ano após ano ou cultivar plantas perenes . Essas condições podem significar que o inóculo produzido em uma estação pode ser transportado para a próxima, levando a um aumento do inóculo ao longo dos anos. Nos trópicos, não há intervalos bem definidos entre as estações de cultivo, como ocorre nas regiões temperadas , e isso pode levar ao acúmulo de inóculo.

As epidemias que ocorrem nessas condições são chamadas de epidemias poliéticas e podem ser causadas por patógenos monocíclicos e policíclicos. O oídio da maçã é um exemplo de epidemia poliética causada por um patógeno policíclico e a doença de Dutch Elm, uma epidemia poliética causada por um patógeno monocíclico.

Detectando doenças

Existem muitas maneiras diferentes de detectar uma doença de forma destrutiva e não destrutiva. Para compreender a causa, os efeitos e a cura de uma doença, o método não destrutivo é mais favorável. São técnicas onde o preparo de amostras e / ou processos repetitivos não são necessários para medir e observar as condições de saúde das plantas. Abordagens não destrutivas podem incluir processamento de imagem, baseado em imagem, baseado em espectroscopia e sensoriamento remoto.

Fotografia, imagem digital e tecnologia de análise de imagens são ferramentas úteis para configurar o processamento de imagens. Dados valiosos são extraídos dessas imagens e, em seguida, são analisados ​​em busca de doenças. Mas antes que qualquer análise aconteça, a aquisição da imagem é o primeiro passo. E dentro desta etapa contém três estágios. Em primeiro lugar, é a energia que é a fonte de luz de iluminação do objeto de interesse. Em segundo lugar, é o sistema óptico, como uma câmera para focar na energia. Terceiro, é a energia medida pelo sensor. Para continuar com o processamento da imagem, existe um pré-processo onde se pode ter certeza de que não há fatores como fundo, tamanho, forma da folha, luz e efeitos da câmera na análise. Após o pré-processo, a segmentação da imagem é usada para dividir a imagem entre as regiões com doença e sem doença. Nessas imagens, há características de cor, textura e forma que podem ser extraídas e usadas para a análise. Juntas, essas informações podem ajudar a classificar as doenças.

As abordagens baseadas em imagens para a detecção têm dois métodos principais, imagens de fluorescência e imagens hiperespectrais. As imagens de fluorescência ajudam a identificar as condições metabólicas da planta. Para isso, uma ferramenta é usada para iluminar o complexo de clorofila da planta. A imagem hiperespectral é usada para obter imagens refletidas. Tais métodos consistem na divergência de informação espectral (SID), onde pode avaliar a refletância espectral olhando para as bandas de comprimento de onda.

Outra abordagem não destrutiva é a espectroscopia. É aqui que o espectro eletromagnético e a matéria se envolvem. Existem espectroscopia visível e infravermelha, espectroscopia de fluorescência e espectroscopia de impedância elétrica. Cada espectroscopia fornece informações, incluindo os tipos de energia de radiação, os tipos de material, a natureza da interação e muito mais.

Finalmente, a última abordagem não destrutiva é a aplicação de sensoriamento remoto em doenças de plantas. É aqui que os dados são obtidos sem a necessidade de estar com a planta durante a observação. Existe hiperespectral e multiespectral no sensoriamento remoto. O hiperespectral ajuda a fornecer alta resolução espectral e espacial. O sensoriamento remoto multiespectral fornece a gravidade da doença.

A partir de 2015, há uma necessidade de maior desenvolvimento de anticorpos - e testes de marcadores moleculares para novos patógenos e ocorrência de patógenos conhecidos em novos hospedeiros, e também uma necessidade de maior integração global de quarentena e vigilância .

Sistema imunológico

As plantas podem apresentar muitos sinais ou evidências físicas de infecções fúngicas, virais ou bacterianas. Isso pode variar de ferrugem ou bolores a não mostrar nada quando um patógeno invade a planta (ocorre em algumas doenças virais em plantas). Os sintomas que são efeitos visíveis de doenças na planta consistem em alterações na cor, forma ou função. Essas mudanças na planta se coordenam com sua resposta a patógenos ou organismos estranhos que estão afetando negativamente seu sistema. Embora as plantas não tenham células que possam se mover e lutar contra organismos estranhos e não tenham um sistema imunológico adaptativo somático, elas têm e dependem da imunidade inata de cada célula e de sinais sistêmicos.

Em resposta às infecções, as plantas têm um sistema imunológico inato de duas ramificações. O primeiro ramo deve reconhecer e responder a moléculas que são semelhantes às classes de micróbios, isso inclui os não patógenos. Por outro lado, o segundo ramo responde a fatores de virulência do patógeno, direta ou indiretamente ao hospedeiro.

Os receptores de reconhecimento de padrões (PRRs) são ativados pelo reconhecimento de patógenos ou padrões moleculares associados a micróbios, conhecidos como PAMPs ou MAMPs. Isso leva à imunidade desencadeada por PAMP ou imunidade desencadeada por padrão (PTI), em que os PRRs causam sinalização intracelular, reprogramação transcricional e biossíntese de uma resposta de saída complexa que diminui a colonização.

Além disso, os genes R, também conhecidos como imunidade desencadeada por efetor, são ativados por "efetores" de patógenos específicos que podem desencadear uma forte resposta antimicrobiana. Tanto o PTI quanto o ETI auxiliam na defesa da planta por meio da ativação do DAMP, que é composto por danos associados. Mudanças celulares ou mudanças na expressão gênica são ativadas através do canal iônico, explosão oxidativa, mudanças redox celulares ou cascatas de proteína quinase através dos receptores PTI e ETI.

Impacto

Ao longo de 2013, as doenças invasivas das árvores mataram cerca de 100 milhões de olmos combinados no Reino Unido e nos Estados Unidos e 3,5 bilhões de castanheiros americanos .

Veja também

Referências

Leitura adicional

Epidemiologia de doenças de cultivo

links externos