Factores climáticos y agronómicos que determinan la incidencia y distribución geográfica de nematodos fitoparásitos en olivar en Andalucía

Abstract

El análisis de la biodiversidad de la nematofauna presente en el suelo es esencial para incrementar el conocimiento sobre los procesos ecológicos que subyacen de la evolución y biogeografía de los organismos que viven en él. En un contexto fitopatológico, descifrar la diversidad de nematodos fitoparásitos (NF) que infestan los suelos de un ecosistema agrícola es una tarea esencial para el diseño eficaz de prácticas de manejo para el control de potenciales procesos de enfermedad que puedan ser ocasionados por nematodos. En general, la mayoría de las especies de NF que podemos encontrar en un agroecosistema son capaces de parasitar una amplia gama de plantas huésped incluyendo plantas silvestres y cultivadas (anuales o perennes). Asimismo, existen plantas que pueden albergar una amplia gama de especies de NF, como es el caso de la planta de olivo. De hecho, el olivo, ya sea en la forma silvestre o cultivada, ha sido descrito como un excelente huésped de una multitud de especies de NF, incluyendo especies endoparásitas, semiendoparásitas y ectoparásitas. Aproximadamente el 50% de la superficie total de la comunidad autónoma de Andalucía está ocupada por ecosistemas naturales y/o forestales, y el 44% por ecosistemas agrícolas, entre los cuales predominan los cultivos del olivo, vid y cereal. Aunque el olivo es el cultivo por excelencia de la Cuenca Mediterránea, la superficie ocupada por este cultivo en Andalucía asciende hasta 1,6 millones de hectáreas, lo que supone el 19% de la superficie total de la comunidad autónoma. Este hecho hace que el cultivo del olivo presente una elevada importancia económica y social en esta región. Por todo ello, el objetivo finalista planteado en la presente Tesis Doctoral fue determinar la diversidad de NF asociados al olivo que infestan el suelo en Andalucía, a partir de un muestreo sistematizado que fue caracterizado como el mayor esfuerzo nematológico descrito hasta la fecha para este cultivo. Para ello, se realizaron prospecciones fitonematológicas en un total de 376 parcelas comerciales de olivo cultivado, lo que permitió abarcar la amplia variabilidad ambiental en relación a propiedades climáticas, edáficas y topográficas, así como todos los sistemas de producción agrícola que exhibe el olivar andaluz. Se identificaron un total de 128 especies de NF, incluidas en 38 géneros y 13 familias, mediante un diagnóstico integrativo basado en estudios morfológicos y técnicas moleculares, lo que resultó en la mayor diversidad taxonómica de NF detectada en el olivo cultivado descrita hasta el momento. Además, este estudio ha incrementado la diversidad de NF asociados al olivo, incrementándose esta diversidad hasta las 250 especies a nivel mundial. Las tres familias detectadas con una mayor prevalencia fueron Tylenchidae, Paratylenchidae y Criconematidae; y aquellas con el mayor promedio de densidad encontrada fueron Meloidogynidae, Hoplolaimidae y Paratylenchidae. Otro dato de interés indicó que la familia Longidoridae presentó el mayor número de especies identificadas con un total de 28 especies diferentes. Por otro lado, la abundancia detectada en las parcelas comerciales de olivo varió entre 7 hasta cerca de los 20.000 especímenes por 500 cm3 de suelo. Helicotylenchus oleae y Ogma rhombosquamatum fueron las especies que mostraron la mayor densidad con 19.796 y 9.800 nematodos por 500 cm3 de suelo, respectivamente. Las especies con una mayor prevalencia fueron Merlinius brevidens (72.6%) y Xiphinema pachtaicum (70.4%). La presente Tesis Doctoral también proporciona nuevos conocimientos sobre la familia Longidoridae en la cuenca Mediterránea mediante el primer estudio detallado sobre la diversidad y distribución de especies de esta familia infestando suelos de olivo cultivado y silvestre en la comunidad autónoma de Andalucía. Aunque las especies de NF con un mayor impacto económico son las especies endoparásitas pertenecientes a los géneros Meloidogyne, Heterodera y Globodera, la importancia fitopatológica de los NF de la familia Longidoridae no solo subyace de su amplia gama de huéspedes y su distribución, sino porque algunas especies son vectores de virus fitopatógenos (género Nepovirus, familia Comoviridae), causando daños significativos y pérdidas de producción en multitud de cultivos. La familia Longidoridae es considerada como uno de los grupos de NF más evolucionados y diverso del filo Nematoda. Los nematodos longidóridos, incluidos en los géneros Xiphinema y Longidorus, son caracterizados también por presentar una elevada homogeneidad morfológica y una remarcable plasticidad fenotípica entre especies diferentes, así como la existencia de un elevado número de complejos de especies crípticas. La delimitación de especies dentro de la familia Longidoridae se ha basado en el uso de caracteres morfológicos y morfométricos. Sin embargo, la caracterización morfológica mediante el uso de medidas de los caracteres de diagnóstico es sumamente complicada aun siendo efectuada por parte de personal cualificado. Esto se debe al efecto del solapamiento morfológico entre especies debido al alto grado de variabilidad intraespecífica y las pequeñas diferencias entre especies en las medidas de los caracteres diagnósticos. De este modo, resulta fácil cometer errores de identificación entre especies dentro de la familia Longidoridae. En este estudio demostramos la utilidad del uso de la taxonomía integrativa disminuyendo el tiempo requerido para realizar un diagnóstico adecuado a nivel de especie, a pesar de la notable dificultad que caracteriza este aspecto en la familia Longidoridae. Además, este trabajo proporciona una nueva perspectiva en la identificación de especies del grupo americanum del género Xiphinema incluyendo métodos estadísticos de análisis multivariante en un enfoque de diagnóstico integrativo.

Unravelling of soil nematode biodiversity is an essential task in order to increase the knowledge about ecological phenomenon from the evolutionary, biogeographical and physical processes in soil ecosystems. In a phytopathological context, deciphering the diversity of plant-parasitic nematodes (PPN) infesting soils from an agricultural ecosystem is an essential task in order to design useful management practices for controlling potential nematode diseases. Overall, most of PPN have a broad range of host plants, natural plants or crops including annual, biannual or perennial plants. Similarity to their wide host range as generalist nematodes, there are plants that can host a wide range of PPN, as is the case for olive trees. In fact, olives, both in wild and cultivated forms, serve as hosts to a wide diversity of PPN, including endoparasitic, semiendoparasitc and ectoparasitic species. Approximately 50% of the total surface area of Andalusia region is covered with natural and forest vegetation, and 44% by agricultural areas which are associated with olive orchards, cereal crops and vineyards. Although cultivated olive is extensively grown in the Mediterranean Basin, in Andalusia this cultivated non-tropical fruit tree covers more than 1.6 million ha accounting for 19% of the total region surface area in an impressive monoculture, being culturally and economically very relevant in this region. In this research, we aimed to unravel the diversity of PPN associated with cultivated olive in southern Spain through the largest nematode sampling effort on olive. We conducted a systematic survey comprising 376 commercial olive orchards covering the diversity of cropping systems that characterize the entire olive area of Andalusia, including agroforestry stands, traditional groves and new intensive orchards as well as a wide range of ecological gradients related with topography, soil and climate. A total of 128 PPN species, belonging to 38 genera and 13 families, were recorded by using integrative taxonomy based on morphological and molecular approaches, which highlights a high taxonomical diversity of PPN communities and resulting in the greatest taxonomical diversity detected in cultivated olive. In addition, this increases the number of PPN associated with olive, being estimated about 250 species worldwide. Overall, the three most prevalent families in cultivated olive from Andalusia were Tylenchidae, Paratylenchidae and Criconematidae, and the nematode families with the highest average nematode densities were Meloidogynidae, Hoplolaimidae and Paratylenchidae. And the family with the highest number of species was Longidoridae with a total of 28 species identified. On the other hand, the PPN abundance in olive ranged from 7 to about 20,000 nematode specimens per 500 cm3 of soil. Helicotylenchus oleae and Ogma rhombosquamatum showed the highest nematode abundance with 19,796? and 9,800 nematodes per 500 cm3 of soil, respectively. The nematode species most prevalent were Merlinius brevidens (72.6%) and Xiphinema pachtaicum (70.4%). This research also makes available the first detailed analysis of the diversity and distribution of PPN belonging to Longidoridae infesting wild and cultivated olive in a wide-region in southern Spain as Andalusia, providing new insights of this family associated with olive in Mediterranean conditions. Although the most important nematodes economically include endoparasitic species such as root-knot nematodes (Meloidogyne spp.) and cyst nematodes (Heterodera spp. and Globodera spp.), the phytopathological importance of the ectoparasitic nematodes belonging to the family Longidoridae not only lies in its wide range of host and cosmopolitan distribution, but some species of this genus are vectors of several important plant viruses (genus Nepovirus, family Comoviridae), causing significant damage to a wide range of crops. The family Longidoridae is considered as one of the most evolved and diverse nematode group within the phylum Nematoda. Longidorid nematodes, including the genera Xiphinema and Longidorus, are also characterized by having a high intra- and inter-specific morphological homogeneity and pronounced phenotypic plasticity, and the existence of complex cryptic species. Species discrimination in this group has classically been based mainly on morphology and morphometrics of diagnostic features. However, morphologically based species characterization is complicated by a high degree of intraspecific variability within morphometrics, as well as small interspecific differences that lead to substantial overlapping among species and increase the risk of species miss-identification. Thus, we demonstrate the importance of using integrative taxonomic identification highlighting the time-consuming aspect and difficulty of correct identification at species level within the family Longidoridae. In addition, we provide a new insight in the identification of Xiphinema americanum-group species including statistical multivariate methods to the custom integrative taxonomical approach. We reveal a remarkable diversity and distribution of longidorid species infesting soils of olive trees (cultivated and wild olive) in Andalusia with a total identification of 32 and 13 species for Xiphinema and Longidorus, respectively; and diversity indexes were significantly affected by olive type. The species most prevalent and abundant within this family was Xiphinema pachtaicum, nematode species belonging to the X. americanum-group. As a consequence of this, the overall nematode abundance recorded in each sampling point was significantly higher for the X. americanum-group than X. non-americanum-group. However, the exceptional diversity recorded for the genus Xiphinema was mainly associated with the X. non-americanumgroup that showed a wide distribution in the whole surface occupied by olive in Andalusia, especially in the wild olive areas. In addition, the overall nematode abundance recorded in each sampling was also significantly higher for cultivated than wild olive. The results obtained in relation to the diversity detected between wild and cultivated olive revealed new insights about the influence of the natural environment and cultivated in the diversity and distribution of species belonging to family Longidoridae. Although differences in this regard were observed in the genus Longidorus, the analysis of biodiversity in the genus Xiphinema through the application of gamma diversity indexes (e.g. species richness index, Shannon or Hill indexes, among others) showed a significant influence by olive forms (cultivated and wild olive). In fact, our findings revealed a lower value of diversity indexes for wild than cultivated olive, especially in species index.