Un estudio publicado recientemente en la revista técnica American Journal of Enology and Viticulture, de investigadores estadounidenses, busca desentrañar la progresión de los síntomas de la Mancha Roja de la Vid (GRBD, por sus siglas en inglés). La investigación proporciona evidencia de que la infección causa acumulación de almidón en las hojas infectadas, lo que puede tener efectos posteriores en el metabolismo del carbono de las hojas y en la maduración antes de la aparición de síntomas visibles.
El virus de la mancha roja de la vid (GRBV, por sus siglas en inglés) es un patógeno importante de Vitis vinifera L. que causa la enfermedad también denominada mancha roja de la vid (GRBD). Esta enfermedad se caracteriza por una reducción en la asimilación de carbono en las hojas y un retraso en la maduración de las bayas, lo que resulta en una disminución de la calidad del fruto.
Trabajos recientes sugieren que el virus altera el metabolismo de carbono en las hojas antes de la aparición de los síntomas visibles. Sin embargo, la manifestación fisiológica de este metabolismo alterado aún se desconoce. Por lo tanto, se realizó un experimento para desentrañar la progresión de los síntomas de la GRBD en vides de pinot noir cultivadas en campo.
Métodos y hallazgos clave
Se realizaron mediciones diurnas y estacionales para cuantificar los cambios en el balance de carbono de las hojas y cronologizar la progresión de los síntomas en hojas y frutos. La fisiología a nivel de hoja se midió en función de las relaciones hídricas, la fotosíntesis y los carbohidratos no estructurales en un viñedo comercial que contenía vides tanto sanas como infectadas. Además, se monitoreó la acumulación de azúcares y antocianinas en el fruto durante la maduración.
La infección por el virus redujo la asimilación de carbono antes y después de la veraison (cambio de color de las bayas), pero el efecto fue más pronunciado después de la veraison y durante la tarde. De manera similar, la infección por el virus aumentó significativamente la concentración de almidón en las hojas antes y después de la veraison. Los gránulos de almidón se acumularon en los cloroplastos y causaron un daño aparente a su integridad estructural y funcional. El virus no tuvo un impacto sostenido sobre la fluorescencia de clorofila, lo que sugiere que los cambios en la fluorescencia fueron una respuesta transitoria a la reducción de la asimilación y exportación de carbono.
Este estudio proporciona evidencia de que la infección por GRBV causa acumulación de almidón en las hojas infectadas, lo que puede tener efectos posteriores en el metabolismo del carbono de las hojas y en la maduración antes de la aparición de síntomas visibles.
El virus de la mancha roja de la vid (GRBV)
Es un virus monopartito limitado al floema de la vid (Vitis vinifera L.) de la familia Geminiviridae (Sudarshana et al. 2015) y es el agente causal de la enfermedad de la mancha roja de la vid (GRBD, por sus siglas en inglés) (Yepes et al. 2018). La GRBD fue documentada por primera vez en viñedos de California en 2008 (Calvi 2011), y posteriormente se ha identificado el GRBV en numerosas regiones vitivinícolas alrededor del mundo (Rumbaugh et al. 2021). La GRBD reduce significativamente la calidad del fruto, principalmente al afectar la acumulación de azúcar en la baya y, en el caso de cultivares de frutos rojos, al disminuir la acumulación de antocianinas en la piel (Girardello et al. 2019, Martínez-Lüscher et al. 2019, Levin y KC 2020, Kurtural et al. 2023). Con el comercio mundial de vino valorado en más de 40 mil millones de dólares (OIV 2023), los impactos fisiológicos de esta enfermedad perjudicial requieren estudios continuos para mejorar las estrategias de manejo.
Los síntomas visibles primarios de la GRBD en la planta consisten en el característico enrojecimiento foliar (manchas rojas), acompañados de una asimilación de carbono (Anet) y maduración del fruto (Martínez-Lüscher et al. 2019, Levin y KC 2020) afectadas. Blanco-Ulate et al. (2017) informaron que el GRBV afecta la maduración al obstaculizar la regulación transcripcional de la biosíntesis de antocianinas y alterar las vías de señalización hormonal de ácido abscísico, etileno y auxinas. Martínez-Lüscher et al. (2019) midieron concentraciones aumentadas de carbohidratos no estructurales (NSC) en las hojas junto con menores sólidos solubles totales (TSS) al momento de la cosecha y concluyeron que la reducción en la acumulación de azúcar en las bayas se debía a la alteración de la translocación de azúcares desde la fuente hacia el sumidero.
La coincidencia de NSC foliar aumentados y antocianinas foliares incrementadas sugiere una inhibición por retroalimentación de la Anet, en la cual el exceso de NSC actúa como señal para disminuir la Anet y sintetizar flavonoides fotoprotectores (Lee y Gould 2002). Tal mecanismo se ha implicado en otros sistemas patógenos de virus en la vid, como el virus de enrollamiento de la hoja de la vid (Halldorson y Keller 2018), y con otros patógenos limitados al floema de cultivos lechosos perennes como Liberibacter spp., el agente causal del huanglongbing (HLB; bacteriosis de los cítricos) en los cítricos (Etxeberria et al. 2009).
Experimentos de anillado han demostrado que las lesiones mecánicas al floema provocan una acumulación de NSC foliares y una posterior reducción de la Anet (Roper y Williams 1989). En respuesta al estrés biótico de los patógenos, se activan respuestas defensivas del huésped como la formación de calosa alrededor de los plasmodesmos en el floema para evitar la infección sistémica (Lewis et al. 2022) y también podría causar una acumulación excesiva de NSC foliares.
Un aumento en NSC foliares —principalmente el almidón acumulado en el estroma de los cloroplastos como gránulos semicristalinos insolubles— también ocurre bajo deficiencias de nutrientes, como con nitrógeno (Bondada y Syvertsen 2005) y calcio (Duan et al. 2020). Se ha sugerido además que la reducción de la Anet y las tasas de translocación contribuyen a otros síntomas reportados de la GRBD, como la reducción de la conductancia estomática (gs) y el aumento del potencial hídrico del tallo (Ψstem) (Martínez-Lüscher et al. 2019, Levin y KC 2020). Sin embargo, estas asociaciones se han inferido solo a partir de los cambios estacionales en la Anet y las mediciones tardías de NSC, sin cuantificar los cambios en la translocación de azúcares.
Estudios recientes de roble rojo (Quercus rubra) y vid han presentado un enfoque de balance de masas para estimar la exportación de carbono que puede utilizarse de manera similar para cuantificar la inhibición de la translocación de azúcares en las vides infectadas por GRBV (Gersony et al. 2020, Dayer et al. 2021). En vides sanas, hay una variación diurna tanto en la composición como en la síntesis de los NSC foliares, una alteración de la cual podría constituir el impacto del GRBV en la producción y exportación de carbohidratos durante el día (Chaumont et al. 1994, Yu et al. 2009). Dayer et al. (2021) y Gersony et al. (2020) integraron estos parámetros para demostrar que existe una considerable variación diurna en la tasa de exportación de carbono en la vid y el roble rojo, respectivamente.
La fluorescencia de clorofila (ChlF) podría ayudar a esclarecer el efecto del GRBV sobre la fotosíntesis. Los parámetros de ChlF exhiben una variación diurna similar a la de la Anet (Ding et al. 2006) que podría ser alterada por el GRBV. La síntesis de flavonoides fotoprotectores como las antocianinas en las hojas infectadas puede indicar un efecto del GRBV sobre el fotosistema II (PSII) (Feild et al. 2001). Además, parámetros específicos de ChlF, como la eficiencia fotochemical máxima del PSII (Fv/Fm), indican si hay daño sostenido al fotosistema atribuible al daño biótico o abiótico irreversible (Maxwell y Johnson 2000, Gallé y Flexas 2010).
El presente estudio se llevó a cabo para cuantificar los cambios en el balance de carbono foliar, probar la hipótesis de que el GRBV reduce la exportación de carbono en las hojas y proporcionar evidencia sobre el papel de la acumulación de NSC foliares en los efectos posteriores de la GRBD. Además, se planteó la hipótesis de que existe variación diurna respecto al impacto del GRBV sobre el metabolismo de carbono en las hojas y la ChlF.
Se cuantificaron el potencial hídrico de las hojas (Ψleaf), el intercambio gaseoso, la ChlF y los NSC en vides sanas e infectadas cultivadas en campo. La exportación de carbono en las hojas se estimó utilizando un enfoque de balance de masas que integra la Anet y los cambios en los NSC.
Se monitoreó la acumulación de azúcares y antocianinas en los frutos de vides sanas e infectadas durante el período de maduración. Finalmente, se utilizaron muestras de hojas de vides infectadas para obtener imágenes microscópicas del mesófilo de la hoja y la ultraestructura de los cloroplastos relacionadas con la acumulación de NSC.
Este estudio tuvo como objetivo cronologizar aún más los efectos del GRBV sobre la fisiología de la vid y la maduración del fruto, al tiempo que proporciona una base fisiológica para una posible detección temprana del virus para el manejo de la enfermedad.
Discusión
Se utilizaron estrategias de muestreo estacionales y diurnas en combinación con un enfoque de balance de masas para probar la hipótesis de que la infección por GRBV reduce directamente la exportación de carbono en las hojas, lo que conduce a la acumulación de almidón y contribuye a la inhibición de la fotosíntesis.
Los resultados apoyan esta hipótesis y demuestran además que los impactos de la infección por GRBV en el metabolismo del carbono foliar varían de manera estacional y diurna, con los efectos adversos más fuertes ocurriendo después de la veraison y en la tarde, cuando el estrés hídrico y térmico es mayor.
Evidencia microscópica adicional confirma que el almidón se acumula en los cloroplastos de las vides infectadas (RB+) y causa, al menos, daño físico al aparato fotosintético. Finalmente, los resultados sugieren una cronología del desarrollo de los síntomas que comienza con la acumulación temprana de almidón en las hojas y es seguida por una reducción en la exportación de carbono en las hojas, la Anet, la acumulación de azúcar en las bayas, la síntesis de antocianinas en las pieles de las bayas y, finalmente, la síntesis de antocianinas en las hojas.
Conclusión
Este estudio delimita una cascada de síntomas fisiológicos mediados por GRBV, comenzando con una acumulación de almidón foliar, seguida por la reducción de la Anet, la alteración de la exportación de carbono, la disminución en la acumulación de azúcares y la síntesis de antocianinas en el fruto, y finalmente, la síntesis de antocianinas foliares. Hasta donde sabemos, este es el primer informe sobre tal progresión cronológica del GRBV en las vides.
También se demostró que la infección por GRBV causa una considerable variación diurna en la asimilación y exportación de carbono, revelando la naturaleza transitoria del impacto de GRBV sobre el metabolismo del carbono de toda la planta. El impacto negativo del virus (y la subsiguiente expresión de los síntomas) probablemente sea causado por la inhibición de la fotosíntesis por retroalimentación de los productos finales, la cual es modulada por el estrés ambiental abiótico. Además de ampliar el entendimiento sobre el GRBV, este estudio proporciona información sobre el desarrollo de síntomas “invisibles” (por ejemplo, la acumulación de almidón), lo que podría guiar futuras detecciones hiperespectrales de la enfermedad antes de la aparición de síntomas visibles en las hojas.
Fuente: American Journal of Enology and Viticulture. Autores: Cody R. Copp, Joseph B. DeShields, Suraj Kar, Ricky W. Clark, Achala N. KC, Bailey Hallwachs, Alexander D. Levin de la Oregon State University (EEUU) y Bhaskar Bondada de Washington State University (EEUU).
