Etiology, epidemiology and control of Fusarium crown and foot rot of zucchini caused by Fusarium solani f. sp. cucurbitae

Abstract

RESUMEN: El calabacín (Cucurbita pepo L.) es una de las hortalizas más importantes a nivel mundial. Esta especie es, en general, poco susceptible a enfermedades causadas por hongos de suelo con síntomas en las raíces y base del tallo, sin embargo, en la primavera 2007 se detectó por primera vez en la provincia de Almería una enfermedad telúrica que causaba marchitez, clorosis, necrosis en la base del tallo, y finalmente la muerte de las plantas. El agente causal fue identificado como Fusarium solani (Mart.) Sacc. f. sp. cucurbitae (Snyder y Hans). Este hongo ascomiceto tiene una especificad parasitaria sobre las cucurbitáceas, y es capaz de infectar en condiciones de campo a melón, sandía, pepino y calabaza. Puede transmitirse a través de las semillas y producir clamidosporas para conservarse en el suelo. La presente tesis doctoral se centra en el estudio de esta forma especializada de Fusarium solani, así como de diversos métodos para su control. De esta forma, en el Capítulo II se comienza con la realización de una prospección fitopatológica en invernaderos de la provincia de Almería, principalmente dedicados al cultivo de calabacín, aunque también se visitaron invernaderos donde se cultivaban pepino, melón o sandía. Una vez confirmada la extensión de la enfermedad a lo largo de la provincia de Almería, se obtuvo una colección de aislados, y se realizó un estudio detallado de una selección de éstos. Para ello en primer lugar se estudió el poder patógeno sobre plantas y frutos de calabacín. Todos los aislados de F. solani estudiados, excepto uno, fueron altamente patógenos causando enfermedad en todas las plantas inoculadas, y una elevada tasa de mortandad. Además, todos los aislados fueron capaces de producir podredumbre en los frutos. A partir de estos resultados se seleccionó un aislado moderadamente agresivo y un aislado muy agresivo, y se estudió su patogenicidad sobre varias especies de cucurbitáceas, así como varias especies pertenecientes a otras familias botánicas ampliamente cultivadas en la provincia de Almería. Los resultados confirmaron la especificidad parasitaria de esta forma especializada sobre las cucurbitáceas, que resultaron todas susceptibles frente a la enfermedad, mientras que el resto de las especies ensayadas no resultaron ser hospedadoras. Se observaron diferencias entre las distintas especies, resultando elpepino significativamente menos susceptible que el resto de cucurbitáceas. Posteriormente, se describieron las principales características morfológicas de F. solani f. sp. cucurbitae, entre las que destacan la producción de fiálidas largas y verticiladas, la formación de macroconidias relativamente largas y finas, así como la producción de largas cadenas de clamidosporas. Por último, a partir de las secuencias del factor de elongación traslación 1-α (EF 1-α) y de la segunda mayor subunidad de la RNA polimerasa II (RPB2) se realizó un estudio filogénico y se confirmó el encuadre de estos aislados dentro del complejo de especies de Fusarium solani (FSSC), mostrando que los aislados forman un grupo monofilético situado en el clado 3 del FSSC. En el Capítulo III se describe la primera detección de la podredumbre de la base del tallo del melón en España; y en el Capítulo IV se describe la primera detección de Phytophthora capsici causando podredumbre de la base del tallo del calabacín en España, una enfermedad de síntomas similares a los causados por F. solani f. sp. cucurbitae. Por último, en el Capítulo V se estudian diversos métodos para el control de la podredumbre de la base del tallo del calabacín. En primer lugar, se investigó la conservación del hongo durante 18 meses en sacos de perlita infestados con el patógeno. Una vez se verificó la capacidad del mismo para sobrevivir en los sacos, se evaluaron varios métodos para el control de la enfermedad. En primer lugar se estudió el control genético mediante la caracterización de la susceptibilidad de una serie de cultivares comerciales de calabacín frente a le enfermedad, quedando patente que todos ellos fueron altamente susceptibles. Se ensayaron diversos productos químicos y formulados microbiológicos, entre los que se detectaron tres sustancias, procloraz, metil-tiofanato y carbendazima como altamente eficaces para su control, aunque su uso no está actualmente autorizado en calabacín en la Unión Europea. Por último, se probó la solarización y biosolarización de invernaderos con sistema de enarenado para la eliminación del inóculo del suelo durante periodos de seis semanas, demostrándose que ambos métodos son eficaces para la eliminación del inóculo del suelo y por tanto son adecuados para prevenir la enfermedad en posteriores cultivos. ABSTRACT: Zucchini (Cucurbita pepo L.) is one of the most important crops produced worldwide. This species is generally not very susceptible to fungal soilborne diseases, however, in the spring of 2007, a telluric disease causing wilt, chlorosis, crown necrosis, and finally the death of the plants was detected for the first time in the province of Almería. The causal agent was identified as Fusarium solani (Mart.) Sacc. f. sp. cucurbitae (Snyder and Hans). This ascomycete fungus has host specificity on cucurbits, being able to infect melons, watermelons, cucumbers and squashes in field conditions. The pathogen may be seed-transmitted and it produces chlamydospores which can survive in the soil after the incidence of the disease. This doctoral thesis has focused on the study of this forma specialis of F. solani, as well as in the assessment of several methods for disease control. Chapter II starts conducting a disease survey in greenhouses within the province of Almería, most of them dedicated to the cultivation of zucchini, although we also visited greenhouses dedicated to the cultivation of cucumber, melon and watermelon. Once the spread of the disease throughout the province of Almería was confirmed, a collection of isolates was obtained, and a detailed study of a selection of them was carried out. For this purpose, their pathogenicity on plants and fruits of zucchini was first studied. All isolates of F. solani studied except one were highly pathogenic to zucchini plants, causing disease in all inoculated plants, and a high mortality rate. In addition, all the isolates were able to produce fruit rot. From these results, a moderately aggressive isolate and a very aggressive one were selected, and their pathogenicity was studied on the main species belonging to the cucurbit family, as well as several species belonging to other botanical families that are widely cultivated in the province of Almeria. The results confirmed the host specificity of this special form on cucurbits, which were all susceptible to the disease, while the rest of the species tested were not hosts of the disease. Differences in susceptibility among the different cucurbits were observed, being cucumber significantly less susceptible to the disease. In addition, the main morphological characters of F. solani f. sp. cucurbitae were described, among which the production of long and verticillate phialides, the formation of relatively long and slender macroconidia, as well as the production of long chlamydospore chains were the most remarkable characters. Finally, from the sequences of the translation elongation factor 1-α (EF 1-α) and the second largest subunit of RNA polymerase II (RPB2), a phylogenetic study was conducted which confirmed the classification of these isolates within the Fusarium solani species complex (FSSC), showing that the isolates form a monophyletic group within clade 3 of the FSSC. Chapter III describes the first detection of the Fusarium crown and foot rot of meloncaused by F. solani f. sp. cucurbitae in Spain; and Chapter IV describes the first detection of Phytophthora capsici causing Crown and root rot in zucchini in Spain, a disease with similar symptoms to those caused by F. solani f. sp. cucurbitae. Finally, Chapter V discusses various methods for controlling the Fusarium crown and foot rot of zucchini. First, the survival of the fungus in infested bags of perlite was assessed for 18 months. Once its ability to survive in the bags was verified, several methods for disease control were studied. First, genetic control was investigated by characterizing the susceptibility of several commercial zucchini cultivars to the disease, confirming that all of them were highly susceptible. Also, various chemical products and microbiological formulations were tested, among which three substances, prochloraz, thiophanate- methyl and carbendazim were highly effective in the control of the disease, although its use is not currently authorized in zucchini in the European Union. Finally, six-week periods of solarization and biosolarization of greenhouses with the so-called enarenado system for elimination of the inoculum in the soil were tested, and their efficacy for reducing the inoculum from the soil was demonstrated, and therefore they can be considered effective tools for preventing a disease outbreak in subsequent crops