Temperature and Relative Humidity Drive Leaf Rust and Stripe Rust Incidence and Severity in Wheat Across Major Wheat-Growing Districts of Punjab, Pakistan

Resumen Técnico: La temperatura y la humedad relativa impulsan la incidencia y la severidad de la roya de la hoja y la roya de la raya en el trigo a través de los principales distritos productores de trigo de Punjab, Pakistán

Planteamiento del problema
El trigo (Triticum aestivum L.) es el principal cultivo básico en Pakistán, con la provincia de Punjab contribuyendo aproximadamente con el 75% de la producción nacional. Sin embargo, la productividad del trigo se ve cada vez más amenazada por estreses bióticos, específicamente la roya de la hoja (Puccinia triticina) y la roya de la raya (Puccinia striiformis f. sp. tritici). Estas enfermedades fúngicas pueden causar pérdidas de rendimiento de hasta un 40% en cultivares susceptibles bajo condiciones favorables. Si bien investigaciones previas se han centrado en la diversidad de patógenos, la resistencia del hospedero y la eficacia de los fungicidas, existe una comprensión limitada de cómo factores climáticos específicos —particularmente la temperatura y la humedad relativa— influyen cuantitativamente en la incidencia y la severidad de la enfermedad a través de las diversas zonas agroclimáticas de Punjab. Además, la rápida evolución de las razas de patógenos y el cambio climático requieren datos específicos de la región para mejorar el pronóstico y las estrategias de gestión de enfermedades.

Metodología
El estudio se llevó a cabo durante la temporada de cultivo Rabi 2024–2025 (noviembre de 2024 a abril de 2025) en ocho distritos principales de producción de trigo en Punjab, que representan las zonas agroclimáticas del Norte (Mandi Bahauddin, Kasur), Centro (Faisalabad, Toba Tek Singh) y Sur (Lodhran, Bahawalpur, Bahawalnagar, Sadiqabad/Rahim Yar Khan).

• Diseño de muestreo: Se empleó un enfoque de muestreo aleatorio sistemático, encuestando 20 campos de trigo por distrito (160 campos en total). Los campos se seleccionaron con una separación mínima de 5 km para asegurar la independencia.
• Etapas de crecimiento: Las evaluaciones se realizaron en tres etapas fenológicas críticas: ahijamiento (GS 20–29), elongación del tallo a espigamiento (GS 30–59), y floración a llenado de grano (GS 60–79).
• Cultivares: El estudio incluyó variedades cultivadas comercialmente: Akbar-19, MH-21 y Fareed-06.
• Evaluación de la enfermedad: La incidencia de la enfermedad (porcentaje de plantas infectadas) y la severidad (porcentaje de área foliar cubierta por pústulas) se midieron utilizando la Escala de Cobb Modificada y los protocolos estándar de CIMMYT.
• Datos ambientales: Los datos de temperatura media diaria y humedad relativa se obtuvieron de las Estaciones Meteorológicas Automáticas (AWS) más cercanas del Departamento Meteorológico de Pakistán.
• Análisis estadístico: Se utilizaron modelos de regresión lineal múltiple para cuantificar la relación entre las variables climáticas (Temperatura, $T$; Humedad Relativa, $RH$) y los parámetros de la enfermedad ($Y$). La estructura del modelo fue $Y = \beta_0 + \beta_1T + \beta_2RH + \varepsilon$. La robustez del modelo se evaluó mediante $R^2$, valores de $P$ y el Factor de Inflación de la Varianza (VIF) para verificar la multicolinealidad.

Resultados clave

1. Análisis a nivel de distrito (Roya de la hoja):

   • Temperatura: Se observó una correlación positiva estadísticamente significativa entre la temperatura y la incidencia y severidad de la roya de la hoja en los ocho distritos. Los coeficientes de regresión ($\beta$) para la temperatura oscilaron entre 7.15 y 12.61 para la incidencia y entre 3.48 y 7.78 para la severidad. Esto indica que por cada aumento de 1 °C en la temperatura, la incidencia de la enfermedad aumentó aproximadamente entre 4.3 y 12.7 puntos porcentuales, y la severidad aumentó entre 3.5 y 7.8%, dependiendo del distrito.
   • Humedad relativa: La humedad relativa no mostró un efecto estadísticamente significativo sobre la incidencia o la severidad de la roya de la hoja en ninguno de los modelos a nivel de distrito ($P > 0.05$).
   • Desempeño del modelo: Los modelos para Kasur, Toba Tek Singh y Faisalabad demostraron el mayor poder explicativo ($R^2$ de hasta 74.43% para la incidencia).

2. Análisis a nivel de distrito (Roya de la raya):

   • Temperatura: La temperatura fue identificada como el principal motor para la incidencia y la severidad de la roya de la raya. Se encontraron asociaciones positivas significativas en la mayoría de los distritos, con valores $\beta$ para la incidencia que oscilaron entre 4.29 y 12.70.
   • Humedad relativa: Al igual como con la roya de la hoja, la humedad relativa tuvo un impacto insignificante y estadísticamente no significativo en el desarrollo de la roya de la raya en los modelos a nivel de distrito.
   • Desempeño del modelo: El poder explicativo ($R^2$) osciló entre 48.59% y 69.72%, siendo Mandi Bahauddin el que mostró la mayor correlación para la incidencia.

3. Análisis específico por cultivar:

   • Gradiente de susceptibilidad: Entre los tres cultivares, Akbar-19 exhibió la mayor sensibilidad a las variables climáticas, mostrando los coeficientes de regresión más grandes tanto para temperatura como para humedad, respecto tanto a la incidencia como a la severidad. MH-21 mostró una sensibilidad intermedia, mientras que Fareed-06 demostró los coeficientes más bajos, indicando mayor estabilidad y tolerancia a las fluctuaciones ambientales.
   • Ajuste del modelo: Para la roya de la raya, los modelos de regresión explicaron una alta proporción de la varianza (hasta 88.69% para la incidencia de Akbar-19), mientras que los modelos de la roya de la hoja explicaron una varianza moderada (aproximadamente 50–58%).

Contribuciones y afirmaciones clave
El artículo afirma ser la primera evaluación exhaustiva a escala de distrito en Punjab que cuantifica simultáneamente la influencia de la temperatura y la humedad relativa sobre la roya de la hoja y la roya de la raya utilizando regresión lineal múltiple. Las principales contribuciones incluyen:

• Identificación del motor primario: El estudio establece definitivamente la temperatura como el factor climático dominante que impulsa las epidemias de roya del trigo en Punjab, encontrando que la humedad relativa es insignificante bajo las condiciones semiáridas prevalecientes.
• Variabilidad regional: La investigación destaca la heterogeneidad espacial significativa en la respuesta a la temperatura, con distritos como Kasur y Toba Tek Singh mostrando una mayor sensibilidad que los distritos del sur como Rahim Yar Khan.
• Desempeño de los cultivares: El estudio proporciona evidencia empírica que clasifica la susceptibilidad de los principales cultivares comerciales, identificando a Akbar-19 como el más vulnerable y a Fareed-06 como el más resiliente ante la presión de la enfermedad impulsada por la temperatura.

Significancia
Los autores sostienen que estos hallazgos proporcionan una base científica para integrar modelos de pronóstico basados en la temperatura en los sistemas de rutina de vigilancia de enfermedades del trigo. Al identificar la temperatura como el predictor clave, el estudio apoya el desarrollo de sistemas de alerta temprana para optimizar la aplicación de fungicidas y guiar el despliegue de cultivares resistentes. Los resultados son particularmente relevantes para la gestión de enfermedades con enfoque de adaptación climática, sugiriendo que a medida que las temperaturas globales aumenten, la frecuencia y la severidad de las epidemias de roya en Punjab probablemente aumentarán, lo que requiere un cambio hacia estrategias de resistencia duradera y protocolos de gestión adaptados al clima. El estudio concluye que, si bien los genes de resistencia son vitales, su despliegue debe estar informado por los impulsores climáticos locales para asegurar una producción de trigo sostenible.