Introducción

La papa (Solanum tuberosum L.) es uno de los cuatro cultivos más importantes en el mundo ^{(FAO, 2019)}. Los programas de fitomejoramiento se encuentran condicionados al seleccionar variedades por la alta interacción genotipo-ambiente ^{(Tirado et al., 2018)}, lo que dificulta generar genotipos con altos rendimientos, calidad y resistencia a plagas y enfermedades.

El cultivo de papa se encuentra amenazado por la bacteria Candidatus Liberibacter solanacearum (CaLso), debido a que todas las variedades comerciales en México son susceptibles ^{(Hernández-Deheza et al., 2018)}; ésta es una bacteria filamentosa limitada a los tubos cribosos del floema, asociada con la enfermedad conocida como Zebra chip (ZC) o manchado de la pulpa del tubérculo ^{(Camacho-Tapia et al., 2016}; ^{Rashed et al., 2015)}, que ocasiona síntomas como achaparramiento, formación de tubérculos aéreos, clorosis, mayor concentración de almidón en la hoja, entrenudos cortos, terminación de las hojas de color rosado, amarillamiento parecido al causado por los psílidos o la punta morada originada por fitoplasmas, entre tres y cuatro semanas después de la infección ^{(Gao et al., 2016)}, con reducciones potenciales del rendimiento de 50 a 85 % ^{(Munyaneza et al., 2011)}. Los tubérculos infestados exhiben decoloración en el parénquima de reserva, el cual es más evidente al freír o cocinar, como resultado de la reacción de Maillard ^{(Maillard, 1912}; ^{Vázquez-Carrillo et al., 2013)}. Este síntoma en los tubérculos está asociado con la acumulación de compuestos polifenólicos (lignina), fenólicos, peroxidasas, aminoácidos y azúcares libres (sacarosa, glucosa y fructosa), así como con la disminución en el nivel de almidón, por lo que esta enfermedad causa una respuesta hipersensible que conduce a una muerte celular programada en los tubérculos ^{(Gao et al., 2016}; ^{Miles et al., 2010)}. La variación de la incidencia de ZC incluye al vector (cuatro haplotipos) con diferencias en tamaño, fecundidad, presencia de endosimbiontes, comportamiento de alimentación y preferencia del hospedero, y al patógeno (siete haplotipos) con tres de ellos en Norteamérica. Los haplotipos A y B se asocian con la infección de solanáceas en los Estados Unidos, México y Centroamérica; los síntomas más severos, las mayores tasas de desarrollo de los síntomas y la mayor reducción del rendimiento se observan en plantas infectadas con el haplotipo B ^{(Swisher Grimm et al., 2020)}.

En el Programa de Papa del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), en Metepec, Estado de México, se mejoran variedades para adquirir resistencia a enfermedades por hibridación con materiales silvestres; el interés es conocer si además presentan resistencia a CaLso. Los clones experimentales Real 14 y T05-20-11 de este programa presentaron los menores porcentajes de manchado del tubérculo cuando se inocularon con los haplotipos LsoB y LsoAB de CaLso ^{(Hernández-Deheza et al., 2018)}, aunque existen otros materiales experimentales que pudieran presentar resistencia genética a la bacteria. ^{Rubio-Covarrubias et al. (2017)} detectaron tolerancia a ZC en varias líneas avanzadas de papa, en comparación con la variedad comercial Atlantic, al presentar menores cantidades de compuestos fenólicos; sin embargo, los genotipos exhibieron manchado en la fritura de cortes de tubérculo de papa infectadas con CaLso, asociado con el aumento de azúcares reductores, por lo que las líneas experimentales podrían ser útiles sólo para producir tubérculo para consumo en fresco. El objetivo de esta investigación fue evaluar el daño foliar, la biomasa seca y la calidad de tubérculos de diferentes genotipos de papa inoculados con CaLso.

Materiales y métodos

Resultados

El factor inoculación (I) fue altamente significativo (P ≤ 0.01) en las variables PSTb, PSR y BT, excepto en PSH y PST (P > 0.05). Las plantas inoculadas con la bacteria presentaron mayor PSR, mientras que las plantas sin inocular presentaron mayores medias de PSTb y BT (Cuadro 1).

La interacción entre los genotipos y la inoculación fue significativa (P ≤ 0.05) en PSTb y PSH, y altamente significativa (P ≤ 0.01) en PST, BT y PSR. La variedad Fianna, susceptible a CaLso, fue el genotipo que presentó el mayor PSTb en plantas sin inocular, aunque esta variable fue 45 % menor en las plantas inoculadas. También Fianna sin inocular presentó la mayor BT, aunque disminuyó en 40 % en plantas inoculadas, esto en parte se debió a que el PSH fue mayor en 33 % en plantas inoculadas. Solanum demissum presentó las medias más altas de PSH, PST y PSR, aunque los mayores PST y PSR fueron en plantas inoculadas, mientras que PSH no fue afectado por la inoculación; en cambio, el PSTb presentó el menor valor, independientemente de si las plantas se inocularon o no (Cuadro 2). Los clones T05-13-21 y T90-1-63 presentaron medias iguales en PST, PSR y PSTb, sin variar por efecto de la inoculación. El mayor PSH se presentó en T90-1-63, aunque tanto en éste como en T05-13-21, no hubo efecto en esta variable por la inoculación; sin embargo, en la variable BT, T05-13-21 presentó mayor media sin inoculación, mientras que en T90-1-63 fue mayor en las plantas inoculadas.

La inoculación fue significativa (P ≤ 0.05) en el número de tubérculos por planta (NTP), número de tubérculos de calidad grande y número de tubérculos de cuarta calidad. Las plantas sin inocular presentaron medias más altas de peso de biomasa fresca de tubérculos por planta y número de tubérculos de primera, segunda y tercera calidad, mientras que las plantas inoculadas presentaron las mayores medias de NTP y número de tubérculos de cuarta calidad (Cuadro 3).

La interacción entre los genotipos y la inoculación fue altamente significativa (P ≤ 0.01) en el rendimiento de tubérculo, número de tubérculos de calidad grande, número de tubérculos de primera calidad y número de tubérculos de cuarta calidad, mientras que la significancia de las diferencias entre tratamientos en el número de tubérculos de segunda y el número de tubérculos de tercera fue de P ≤ 0.05. La media del rendimiento de tubérculo de Fianna fue 18 % mayor en plantas que no se inocularon; además, Fianna fue el genotipo que presentó el mayor rendimiento, aun entre las plantas infectadas con CaLso. Solanum demissum y T90-1-63 presentaron mayor rendimiento de tubérculo, 25 y 35 %, respectivamente, en plantas inoculadas que en plantas sin inocular, mientras que el rendimiento de T05-13-21 no fue afectado por la inoculación.

El número de tubérculos por planta de S. demissum fue significativamente mayor (39 %) en las plantas inoculadas, que superaron a los demás genotipos en 10 a 13 veces en las plantas sin inocular y en 15 a 30 veces (T05-13-21) en las plantas inoculadas. En los demás genotipos la inoculación no afectó el número de tubérculos (Cuadro 4).

En cuanto a la calidad de tubérculo, las plantas de Fianna sin inocular produjeron el doble de tubérculos grandes que las plantas inoculadas, mientras que los demás genotipos no alcanzaron esta categoría. En contraste, el número de tubérculos de primera calidad fue 28 % mayor en Fianna inoculada con la bacteria. El número de tubérculos de segunda calidad de T05-13-21 fue 28 % mayor en plantas sin inocular, mientras que las medias de esta variable en los demás genotipos fueron iguales entre plantas inoculadas y sin inocular. La inoculación no afectó el número de tubérculos de tercera calidad en los genotipos, excepto en T90-1-63 con 30 % más tubérculos en plantas inoculadas. Solanum demissum sólo produjo tubérculos de cuarta clase.

El porcentaje de daño del área foliar como resultado de la inoculación con CaLso se presenta en la Figura 1. Fianna presentó porcentaje de daño foliar mayor en 20 % en relación con los demás genotipos, mientras que S. demissum mostró el menor daño foliar a través del periodo de evaluación.

Figura 1 Daño foliar en los genotipos evaluados inoculados con la combinación de los haplotipos LsoA + Lso B (LsoAB) de Candidatus Liberibacter solanacerum. 

En la prueba del clasificador con redes neuronales artificiales para identificar la proporción de superficie con manchado se obtuvo 99 % de precisión global con 97 % de sensibilidad para identificar píxeles de la superficie de la rodaja de tubérculo con manchado y 100 % de sensibilidad para identificar píxeles de la superficie sana. Sólo se obtuvieron valores en cuatro categorías de la escala para evaluar la severidad de la reacción o intensidad de daño (excepto en la Categoría 2). Se encontraron diferencias altamente significativas (P ≤ 0.01) en tres de las categorías de la escala para evaluar el porcentaje de manchado de la pulpa del tubérculo (Mtb) por efecto de la inoculación y la interacción entre los genotipos y la inoculación; en cambio, el efecto de la inoculación en la Categoría 3 no fue significativo (P > 0.05). Cabe mencionar que no se observaron valores de Mtb en la Categoría 2. En plantas sin inocular, la superficie sana calculada fue mayor de 96 %, mientras que los tubérculos de las plantas inoculadas presentaron cerca de 50 % de Mtb en porcentajes similares entre las Categorías 4 y 5; en la Categoría 3 no se observó diferencia por efecto de la inoculación y la superficie de las rodajas de papa en esta categoría fue menor de 1 % (Cuadro 5).

El porcentaje de superficie sana, calculado de las rodajas de tubérculo de los genotipos, fue mayor de 97 %, excepto en T90-1-63 que fue 7 % menor; esta superficie, como era de esperarse, fue consistentemente menor en plantas inoculadas (Categoría 1). Solanum demissum presentó la mayor reducción de la superficie sana (70 %) por efecto de la inoculación, mientras que la inoculación en T90-1-63 sólo redujo la superficie sana en 11 %, por lo que estos tubérculos alcanzaron cerca de 80 % de superficie sana en plantas inoculadas. Los valores de superficie sana de tubérculos de Fianna inoculados fueron similares a los encontrados en T05-13-21, con reducciones en superficie sana de 42 a 49 %.

Como se había mencionado, la Categoría 3 de Mtb presentó superficies menores de 1 %; sólo disminuyó cuando se inocularon las plantas de Fianna y en cambio aumentó en plantas inoculadas de T90-1-63. Los mayores porcentajes de Mtb fueron en las Categorías 4 y 5. Los genotipos T90-1-63 y T05-13-21 presentaron los menores valores (< 20 %) de Mtb en la Categoría 4 entre genotipos inoculados. Sólo en las rodajas de las plantas inoculadas de T90-1-63 se observaron Mtb bajos (3.2 %), en la Categoría 5 (Cuadro 6).

Discusión

Fianna es una variedad de origen holandés introducida al país, que produce tubérculos de calibre grande a muy grande, con características deseables para el mercado fresco e industrial y produce follaje de cobertura media a alta ^{(Secretaría de Fomento Agropecuario, 2009)}. En esta investigación, Fianna (testigo susceptible) presentó el mayor porcentaje de severidad, con 100 % de senescencia foliar en plantas inoculadas con CaLso, aunque el rendimiento en plantas sanas fue significativamente mayor que el obtenido en los otros genotipos evaluados; cuando las plantas de este genotipo se infectaron con CaLso el rendimiento disminuyó en 18 %. ^{Munyaneza et al. (2011)} encontraron rendimientos de variedades comerciales infectadas con CaLso menores de 43 % hasta 93 %, y ^{Gao et al. (2016)}, observaron que éstos se redujeron de 7.8 % a 66.7 % cuando las plantas se infectaron en una etapa temprana de desarrollo (cuarta semana después de la germinación). Otro factor asociado con la reducción del rendimiento es el haplotipo. ^{Swisher Grimm et al. (2020)} encontraron que los haplotipos LsoA y LsoB causan menores tasas de emergencia y retrasan la emergencia, lo que conduce a obtener menor rendimiento y número de tubérculos; además, el haplotipo LsoB parece ser más virulento, ya que produjo menor rendimiento y número de tubérculos. Por otro lado, ^{Hernández-Deheza et al. (2018)} encontraron que la combinación de los haplotipos LsoA y LsoB causaban mayor severidad de daño y área bajo la curva de progreso de la enfermedad que cuando el haplotipo LsoB se inoculaba individualmente, por lo que estos autores consideraron efectos sinérgicos por la combinación de los haplotipos de CaLso. En esta investigación sólo se evaluó la combinación de los haplotipos LsoA y LsoB y se observó reducción en el rendimiento de tubérculo, aun cuando la temperatura (12 a 22 °C) fue menor que el intervalo óptimo para el desarrollo de la bacteria (27 a 32 °C), mientras que el promedio de temperatura (17 °C) fue el mínimo requerido para la movilidad de CaLso ^{(Camacho-Tapia et al., 2016}; ^{Munyaneza et al., 2012)}.

^{Gao et al. (2016)} consideran que el bronceado, el curveado y la clorosis de las hojas son resultado de la exposición a B. cockerelli, como causas de la disminución en la tasa fotosintética y sus consecuencias en el flujo de carbohidratos a los tubérculos. En esta investigación no se encontraron diferencias en la tasa instantánea de fotosíntesis neta del foliolo central de la primera hoja completamente extendida de plantas infectadas y sin infectar, después de 22 días de la inoculación (datos no publicados).

La presencia de 52 % de manchado interno de la pulpa (Mtb) en las clases con mayor grado de oscurecimiento (4 y 5) en tubérculos de Fianna confirma la susceptibilidad al obscurecimiento del tejido vascular y medular de tubérculos infectados de Fianna, más evidente en el freído, con consecuencias en la calidad de papas destinadas a la producción industrial. El oscurecimiento elevado se atribuye al contenido alto de aminoácidos y azúcares reductores que, al exponerse al calor, forman acrilamida, como resultado de la reacción de Maillard ^{(Rashed et al., 2014)}; además, se asocia con la acumulación de compuestos polifenólicos (lignina), fenólicos y peroxidasas, así como con una menor concentración de almidón ^{(Gao et al., 2016}; ^{Miles et al., 2010)}. En particular, el aumento en las concentraciones de compuestos fenólicos y en los niveles de polifenol oxidasa, encargada de convertir los compuestos fenólicos en productos de color café obscuro, causan oscurecimiento oxidativo al exponerse al aire los cortes de tubérculo ^{(Rashed et al., 2013}, ^{Wallis et al., 2015a)}. Los compuestos fenólicos son los precursores de los taninos y la lignina, los cuales permiten engrosar las paredes celulares para dificultar la penetración de los microorganismos a los tejidos del hospedante, y poseen efectos antibióticos contra patógenos ^{(Wallis et al., 2015b)}; además, el aumento en la concentración de prolina en hoja puede servir para proteger a las plantas enfermas de especies oxidantes reactivas, así como para fortalecer la pared celular. Este conjunto de respuestas de defensa de la planta de papa carece de efectividad para evitar la infección por CaLso, aunque el efecto del patógeno no sea tan severo en el hospedero ^{(Wallis et al., 2015a)}. El mejoramiento genético podría obtener genotipos de papa con menor contenido de asparagina, lo que disminuiría la formación de acrilamida; sin embargo, sería más deseable la reducción en la concentración de azúcares reductores en tubérculo en plantas infectadas con CaLso ^{(Wallis et al., 2014)}.

Los clones T05-13-21 y T90-1-63, resultado de un programa de fitomejoramiento en el INIFAP, con criterios de selección como rendimiento, precocidad y calidad industrial, e incorporación de resistencia a plagas y enfermedades, fueron menos susceptibles a la infección de CaLso que la variedad comercial en la acumulación de biomasa de las estructuras vegetales y número de tubérculos, aunque la biomasa seca total de plantas sin inocular fue mayor en T05-13-21 y menor en T90-1-63 que en plantas inoculadas. En particular, las plantas inoculadas del clon T90-1-63 presentaron el menor porcentaje de manchado de tubérculo (20 %) y también el menor porcentaje en la clase con el Nivel 4 de obscurecimiento; es decir, el daño fue de menor intensidad, mientras que las plantas del clon T05-13-21 inoculadas con CaLso duplicaron el porcentaje de manchado de tubérculo, que correspondió a la clase de mayor nivel de oscurecimiento (Categoría 5). Ambos clones presentaron 83 % de daño en área foliar en plantas inoculadas, el cual fue 17 % menor que en Fianna y 8 % mayor que en S. demissum.

Estos resultados permiten sugerir la necesidad de investigar la presencia de genes de resistencia en el clon T90-1-63, con la capacidad de reducir los síntomas de la infección por CaLso. ^{Hernández-Deheza et al. (2018)} encontraron que Atlantic desarrolló mayor porcentaje de severidad a la enfermedad, mientras que el clon experimental Real 14 presentó los menores porcentajes de severidad, menor decoloración del tubérculo y mayor rendimiento. ^{Rashidi et al. (2017)} observaron tolerancia relativa de algunos genotipos, comparados con Russet Burbank, porque encontraron variación significativa en la severidad de los síntomas de tubérculos sin freír y también después del freído. También, ^{Cruzado et al. (2020)} encontraron varios genotipos con baja susceptibilidad a CaLso y síntomas leves de zebra chip, aunque el tiempo de infección (etapa de desarrollo) tiene efecto en el grado de resistencia. Algunos genotipos, como Russet Burbank, muestran baja susceptibilidad a CaLso, pero son altamente intolerantes a la infección, debido a la alta expresión de los síntomas.

^{Wallis et al. (2015a)} consideran que bacterias del tipo Liberibacter, como CaLso, existen como parásitos endofíticos no causantes de enfermedades en especies hospedantes silvestres. La expansión de la agricultura comercial, donde el mejoramiento genético se enfoca a obtener variedades que respondan a necesidades comerciales, permitió la colonización, desarrollo y reproducción de la bacteria, lo cual dio como resultado una respuesta del tipo patosista y el desarrollo de síntomas. La ausencia de cambios bioquímicos y la disminución en el progreso de la infección en plantas inoculadas con CaLso pueden ser mecanismos de resistencia a zebra chip ^{(Wallis et al., 2015a)}.

En México existe una gran diversidad de papas silvestres, aunque con tubérculos de menor tamaño que las papas cultivadas ^{(Rodríguez y Villa, 2010)}, que poseen genes para la expresión de características de resistencia a plagas en hojas y tubérculos ^{(Vleeshouwers et al., 2008)}. La respuesta de algunas especies de papa a los agentes patógenos es formar una gran cantidad de estolones para aumentar el número de tubérculos y garantizar la supervivencia de la especie ^{(Veitía y Leyva, 2004)}. En este estudio, las plantas sanas de S. demissum produjeron el mayor número de tubérculos por planta, aunque de menor tamaño que los de otros genotipos evaluados y que los de materiales registrados por ^{Vossen et al. (2016)}; en consecuencia, sus rendimientos y categorías de calidad fueron más bajas (tubérculos de 4a calidad); sin embargo, el rendimiento y el número de tubérculos por planta inoculada aumentaron significativamente, aunque con 73 % de manchado interno de la pulpa y con mayores porcentajes en las clases de mayor grado de oscurecimiento (Categorías 4 y 5).

Conclusiones

Candidatus Liberibacter solanacearum afectó la producción de biomasa seca, el rendimiento y la calidad comercial del tubérculo. Las plantas de Solanum demissum se caracterizaron por invertir en producción de biomasa seca de hoja, mientras que las plantas infectadas de este genotipo aumentaron el número de tubérculos con un tamaño pequeño y su consecuente incremento en el rendimiento de tubérculo en fresco, aunque presentaron el valor más bajo de superficie sana del tubérculo. Los clones experimentales T05-13-21 y T90-1-63 presentaron tolerancia a CaLso; en particular, T90-1-63 presentó los valores más altos de superficie sana de tubérculo y los valores más bajos en las clases de mayor intensidad del manchado interno de la pulpa del tubérculo.