Registro:
| Documento: | Tesis Doctoral |
| Título: | Modelado de la dinámica temporal de Dalbulus maidis, vector del achaparramiento del maíz |
| Título alternativo: | Modeling the temporal dynamics of Dalbulus maidis, vector of Corn stunt disease |
| Autor: | Barriga Rubio, Raúl Hernán |
| Editor: | Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales |
| Fecha de defensa: | 2024-07-12 |
| Fecha en portada: | 12 de julio del 2024 |
| Grado Obtenido: | Doctorado |
| Título Obtenido: | Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas |
| Departamento Docente: | Departamento de Física |
| Director: | Otero, Marcelo Javier |
| Consejero: | Solari, Hernán Gustavo |
| Jurado: | Caridi, Délida Inés; Fernández, María Laura; Bergero, Paula |
| Idioma: | Español |
| Palabras clave: | SISTEMAS COMPLEJOS; DINAMICA ESTOCASTICA; PROCESO DE POISSON; AGROECOLOGIA; DALBULUS MAIDIS; Zea mays LCOMPLEX SYSTEMS; STOCHASTIC DYNAMICS; POISSON PROCESS; AGROECOLOGY; DALBULUS MAIDIS; Zea mays L |
| Formato: | PDF |
| Handle: |
http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7624_BarrigaRubio |
| PDF: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7624_BarrigaRubio.pdf |
| Registro: | https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7624_BarrigaRubio |
| Ubicación: | FIS 007624 |
| Derechos de Acceso: | Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Barriga Rubio, Raúl Hernán. (2024). Modelado de la dinámica temporal de Dalbulus maidis, vector del achaparramiento del maíz. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7624_BarrigaRubio |
Resumen:
El achaparramiento del maíz o Corn Stunt Disease (CSD) es una de las enfermeda des transmitidas por vectores potencialmente más serias del cultivo del maíz (Zea mays L.) y puede causar pérdidas parciales o totales en la producción. Uno de los agentes causales del achaparramiento es el mollicute Spiroplasma kunkelii, el cual puede encontrarse en forma aislada o en asociación con el virus: Maize Rayado Fino Virus (MRFV) y/o con el fitoplasma: Maize Bushy Stunt Phytoplasma (MBSP). Los tres patógenos, solos o en combinación, causan la enfermedad CSD y presentan un vector común: la chicharrita Dalbulus maidis. Dalbulus maidis es el principal vector de CSD del continente americano y el único vector conocido en Argentina y dado que la enfermedad no se transmite por contacto directo, polen o semillas, la presencia de la enfermedad está directamente relacionada con la presencia del vector. El desarrollo de modelos estocásticos de la dinámica poblacional de este vector permite estudiar cuáles son los factores (ecológicos, medioambientales y/o relacionados con la actividad humana) que influyen en su dinámica temporal y en la propagación de las enfermedades de las cuales es vector. A su vez, esto permitirá desarrollar a futuro herramientas de control de las poblaciones de los vectores y así atenuar o erradicar las enfermedades que transmiten. Este trabajo presenta un modelo dinámico estocástico del sistema Zea mays L. - Dalbulus maidis (Huésped - Vector) a través de una cadena de Markov de variable discreta y tiempo continuo. En él, las poblaciones, discretas, son sub-divididas en estadios de desarrollo cuyas transiciones son modeladas por la ocurrencia de eventos de interés biológico. Debido a la naturaleza discreta de este tipo de modelos, la integración en el tiempo suele ser costosa y en la literatura se pueden encontrar diferentes propuestas de como abordarlo. En un trabajo conjunto de nuestro grupo e investigadores de la Universidad de Lund, desarrollamos la Aproximación Multinomial que utilizamos para todas nuestras simulaciones. Esta aproximación, a la ecuación de Kolmogorov (Kolmogorov Forward Equation), explota la naturaleza discreta de las poblaciones y el efecto de los eventos de una población sobre el resto, características propias de modelos de desarrollo por estadios, y aproxima la distribución real a partir de la concatenación de distribuciones multinomiales para cada población, de allí recibe su nombre. En relación con el sistema Zea mays L. - Dalbulus maidis, se desarrollaron modelos, dependientes de la temperatura, para cada uno y el acoplamiento entre ellos. En el caso de Zea mays L., se plantea un modelo de tasas de desarrollo lineales en estadios de maduración del ciclo de vida de la planta (desde su germinación, a su maduración y ciclo reproductivo) y se estudia su comportamiento bajo diferentes suposiciones de variabilidad vegetativa, contrastando los resultados en diferentes condiciones climáticas y experimentales. Este modelo plantea un diseño de modelos cuya estrategia ha sido poco explorada para el estudio sistemas acoplados entre diferentes especies en agroecología. Por otro lado, el modelo poblacional de Dalbulus maidis se plantea en una estructura cíclica en su versión de tasas lineales (caso sin control de población) y en su versión acoplada con el modelo de Zea mays L. con mecanismos de regulación intraespecífica. Dentro del modelo se consideran los estadios inmaduros (huevo y ninfas I a V) y los de adultos (machos y hembras preoviposicionales y fecundadas) cuyas tasas de desarrollo o transición y mortalidades han sido estimadas a partir de información bibliográfica local. En su versión no lineal, incorporando términos de regulación de población, se plantea un mecanismo de regulación ninfal debido a densodependencia intraespecífica y disponibilidad de recursos, ya que Dalbulus maidis es un especialista de Zea mays L.. Estos modelos han simulado satisfactoriamente el desarrollo de Dalbulus maidis en experiencias de laboratorio bajo condiciones controladas y también en estudios de campo. Sin embargo, con el objetivo de mejorar la descripción de la dinámica en situaciones próximas a la extinción, se ha incorporado la calidad de disponibilidad de alimento en los modelos, diferenciando tres regímenes alimenticios: presencia de maíz, presencia de otras fuentes de alimento alternativas de menor calidad nutricional y la ausencia total de alimento. Se ha estudiado la supervivencia, la probabilidad de extinción y la distribución de tiempos de extinción para cada régimen alimenticio a distintas temperaturas y finalmente se simularon distintos estudios de campo en forma altamente satisfactoria.
Abstract:
Corn stunt disease (CSD) is one of the most potentially serious vector-borne diseases of corn (Zea mays L.) and can cause partial or total losses in production. One of the causal agents of stunting is the mollicute Spiroplasma kunkelii, which can be found in isolation or in association with the virus: Maize Rayado Fino Virus (MRFV) and/or with the phytoplasma: Maize Bushy Stunt Phytoplasma (MBSP). The three pathogens, alone or in combination, cause CSD disease and have a common vector: the leafhopper Dalbulus maidis. Dalbulus maidis is the main vector of CSD on the American continent and the only known vector in Argentina and since the disease is not transmitted by direct contact, pollen or seeds, the presence of the disease is directly related to the presence of the vector. The development of stochastic models of the population dynamics of this vector allows us to study which factors (ecological, environmental and/or related to human activity) influence its temporal dynamics and the spread of the diseases for which it is a vector. In turn, this will allow the future development of tools to control vector populations and thus mitigate or eradicate the diseases they transmit. This work presents a stochastic dynamic model of the system Zea mays L. - Dalbulus maidis (Host - Vector) through a Markov chain of discrete variable and continuous time. In it, discrete populations are subdivided into stages of development whose transitions are modeled by the occurrence of events of biological interest. Due to the discrete nature of this type of models, integration over time is usually costly and different proposals can be found in the literature on how to approach it. In a joint work of our group and researchers from Lund University, we developed the Multinomial Approximation that we use for all our simulations. This approximation, to the Kolmogorov equation (Kolmogorov Forward Equation), exploits the discrete nature of populations and the effect of events of one population on the rest, characteristics of development models by stages, and approximates the real distribution from the concatenation of multinomial distributions for each population, hence its name. In relation to the system Zea mays L. - Dalbulus maidis, temperature-dependent models were developed for each one and the coupling between them. In the case of Zea mays L., a model of linear development rates is proposed in maturation stages of the plant’s life cycle (from its germination, to its maturation and reproductive cycle) and its behavior is studied under different assumptions of vegetative variability, contrasting the results in different climatic and experimental conditions. This model proposes a model design whose strategy has been little explored for the study of coupled systems between different species in agroecology. On the other hand, the population model of Dalbulus maidis is proposed in a cyclical structure in its version of linear rates (case without population control) and in its version coupled with the model of Zea mays L. with intraspecific regulation mechanisms. Within the model, the immature stages (egg and nymphs I to V) and the adult stages (males and preovipositional and fertilized females) are considered, whose development or transition rates and mortalities have been estimated from local bibliographic information. In its non-linear version, incorporating population regulation terms, a nymphal regulation mechanism is proposed due to intraspecific density-dependence and resource availability, since Dalbulus maidis is a Zea mays L. specialist. These models have successfully simulated the development of Dalbulus maidis in laboratory experiments under controlled conditions and also in field studies. However, with the aim of improving the description of the dynamics in situations close to extinction, the quality of food availability has been incorporated into the models, differentiating three feeding regimes: presence of corn, presence of other alternative sources of food of lower quality nutritional status and the total absence of food. Survival, probability of extinction and distribution of extinction times have been studied for each dietary regime at different temperatures and finally different field studies were simulated in a highly satisfactory manner.
Citación:
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Barriga Rubio, Raúl Hernán. (2024). Modelado de la dinámica temporal de Dalbulus maidis, vector del achaparramiento del maíz. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7624_BarrigaRubio
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Barriga Rubio, Raúl Hernán. "Modelado de la dinámica temporal de Dalbulus maidis, vector del achaparramiento del maíz". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2024.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7624_BarrigaRubio
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