Transcriptomics technologies and their potential for pine pitch canker management

Abstract

Pine pitch canker (PPC) is a serious disease of Pinus spp. and Pseudotsuga menziesii globally. The infection of its causal agent, Fusarium circinatum, causes pitch or resin-soaked cankers on trunks and lateral branches of mature hosts, which may eventually die due to girdling or stem breakage. In nurseries, the main symptoms are damping-off and tip dieback of seedlings. However, the pathogen, with a hemibiotrophic nature, can remain endophytic in pine seedlings that do not show symptoms of infection and even inconspicuous in some herbaceous species. Since the first report in 1945 in North America, the presence of F. circinatum has been notified in 14 countries in America, Asia, Africa and Europe. Several factors have contributed to the spread of the disease to all these continents, the most important being globalization in terms of trade in reproductive plant material. Wind, raindrops and forest insects associated with pines contribute to the local dispersion of the pathogen. Despite its importance, no effective measures are available to eradicate or control PPC disease either in nurseries or in the field. The main objective of this doctoral thesis was to shed light on effective regulatory mechanisms for the control of PPC disease. For this purpose, firstly, a review focused on collecting current information on pathways of pathogen spread and proposing preventive mechanisms to avoid its introduction into disease-free areas was elaborated. The multiple pathways of spread make F. circinatum challenging to prevent, exacerbated by the recent discovery of its endophytic colonization of non-reported host species that illustrates the importance of the biological and ecological knowledge for the design of effective intervention strategies. In addition, eradication of the disease may be feasible only if its entry is detected at a very early stage. In this regard, new methods for detection and diagnosis for the prompt detection of F. circinatum in seeds, plants, and vector insects are urgently needed. For that, it is essential the collaboration between phytosanitary authorities and researchers through interdisciplinary networks that allows increasing knowledge of the disease and raising awareness of the risks and mitigation measures among crucial target groups. The review also identified weak points in current regulations and provided suggestions for implementation.

El chancro resinoso del pino (PPC, por sus siglas en inglés) es una grave enfermedad que afecta a Pinus spp. y Pseudotsuga menziesii en todo el mundo. La infección por su agente causal, Fusarium circinatum, provoca chancros de resina en los troncos y ramas laterales de los huéspedes maduros, que pueden acabar muriendo por anillamiento o rotura del tronco. En los viveros, los principales síntomas son el puntisecado, marchitamiento y muerte de las plántulas. Sin embargo, el patógeno, de naturaleza hemibiotrófica, puede permanecer endofítico en plántulas de pino sin mostrar síntomas de infección e incluso ser inadvertido en algunas especies herbáceas. Desde el primer registro en 1945 en Norteamérica, se ha notificado la presencia de F. circinatum en 14 países de América, Asia, África y Europa. Varios factores han contribuido a la propagación de la enfermedad a todos estos continentes, siendo el más importante la globalización en lo que respecta al comercio de material vegetal de reproducción. El viento, las gotas de lluvia y los insectos forestales asociados a los pinos contribuyen a la dispersión local del patógeno. A pesar de su importancia, no se dispone de medidas eficaces para erradicar o controlar la enfermedad del PPC ni en los viveros ni en el monte. El objetivo principal de esta tesis doctoral fue esclarecer los mecanismos de regulación eficaces para el control de la enfermedad PPC. Para ello, en primer lugar, se llevó a cabo una recopilación de información actual sobre las vías de propagación del patógeno, proponiendo mecanismos preventivos para evitar su introducción en zonas libres de la enfermedad. Las múltiples vías de propagación hacen de F. circinatum un reto a prevenir, agravado por el reciente descubrimiento de su colonización endofítica de especies no contampladas previamente como hospedantes que ilustra la importancia del conocimiento biológico y ecológico para el diseño de estrategias de intervención eficaces. Además, la erradicación de la enfermedad puede ser factible sólo si se detecta de forma inmediata a su introducción. En este sentido, se necesitan urgentemente nuevos métodos de detección y diagnóstico para la pronta detección de F. circinatum en semillas, plantas e insectos vectores. Para ello, es fundamental la colaboración entre las autoridades fitosanitarias y los investigadores a través de redes interdisciplinarias que permitan aumentar el conocimiento de la enfermedad y sensibilizar a los agentes implicados sobre los riesgos y las medidas de mitigación. En este trabajo también se identificaron los puntos débiles de la normativa actual y se aportaron sugerencias para su aplicación.