Hibridación y selección en poblaciones F2 y F3 para resistencia al tizón en Pennisetum ciliare L. Hybridization and selection in F2 and F3 populations for blight resistance in Pennisetum ciliare L. Jorge R. González Domínguez y Susana Gómez Martínez1 Resumen Los pastizales de zacate buffel del sur de Texas y de México son altamente susceptibles al hongo Pyricularia grisea. En México el híbrido H17 es la única variedad desarrollada mediante hibridación y selección para resistencia al tizón, por lo que existe la necesidad de una mayor cantidad de variedades resistentes que permitan el uso de de mezclas varietales para reducir la vulnerabilidad genética de los sistemas de producción de forraje y prolongar la vida útil de los genes de resistencia. El objetivo de la presente investigación fue seleccionar genotipos con buena producción de forraje y resistencia a la enfermedad del tizón. Se hicieron cruzas entre el clon sexual TAM–CRD B1s como hembra y Común, Zaragoza 115 y H17 como machos apomícticos. Poblaciones F1, F2 y F3 fueron evaluadas durante 2000, 2001 y 2002 respectivamente, en Zaragoza, Coahuila. Las variedades Común (2001, 2002) y H17 (2002) fueron utilizadas como testigos. La selección en F1 y F2 fue realizada sin considerar la enfermedad que no se presentó en 2000 y 2001. En el 2002 hubo una fuerte incidencia de la enfermedad, todas las plantas de Común presentaron la enfermedad pero las plantas de H17 permanecieron sanas. Solo 27 familias F 3 fueron resistentes al tizón siendo susceptibles las 77 restantes. Los testigos Común y H17 produjeron 12,050 y 18,950 kg/ha de forraje verde, respectivamente. La variación entre las familias F3 fue de 3046 a 25859 kg/ha. Los testigos H17 y Común ocuparon las posiciones 18 y 68 respectivamente. Veinticinco familias F3 produjeron igual o más forraje que H17, ocho de ellas resistentes al tizón y con reproducción apomíctica. Se concluye que en el desarrollo de variedades de zacate buffel resistentes al tizón se deben desarrollar los protocolos necesarios para la inoculación artificial y eficientar así la selección. De las familias F3 estudiadas se pueden obtener híbridos más productores de forraje que Común con la ventaja adicional de la resistencia al tizón que hace posible usar mezclas varietales. Palabras Clave: Pennisetum ciliare L., resistencia al tizón, hibridación, apomixis. Abstract 1 Departamento de Fitomejoramiento, Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro. Buenavista, Saltillo, Coahuila. México. CP 25315. Tel: (844) 411-0296 Correo electrónico: [email protected]. * Autor responsable 376 Buffel grasslands in South Texas and Mexico are highly susceptible to blight. Fungus Pyricularia grisea was identified in 1999 as the pathogen causing this disease. In Mexico H17 is the only variety developed through hybridization and selection for blight resistance. It is necessary to create more resistant cultivars to make the use of cultivar mixtures possible in order to reduce the genetic vulnerability of forage production systems and to increase the durability of the resistance genes. The objective of this research was to select genotypes with good forage production and resistance to blight disease. Crossings were made using sexual clone TAM-CRD B1s as the female parent and Common, Zaragoza 115 and H17 as apomictic pollen parents. F1, F2 and F3 populations were evaluated in 2000, 2001 and 2002, respectively, in Zaragoza, Coahuila. Varieties Common (2001, 2002) and H17 (2002) were included as controls. F1 plants and F2 families were selected without taking into account blight because this disease was not present in 2000 and 2001. In 2002, blight was highly prevalent, all Common plants were diseased but all H17 plants were unaffected. Just 27 F3 families were blight resistant being the other 77 susceptible. Controls Common and H17 yielded 12,050 and 18,950 kg/ha of fresh weight forage, respectively. Variation among F3 families was from 3046 to 25859 kg/ha. Controls H17 and Common were number 18 and 68, respectively. Twenty five F3 families yielded as much or more than H 17, being eight of them resistant to blight and apomictic for reproduction mode. We conclude that in the development of buffel grass varieties resistant to blight, artificial inoculation must be used in order to make selection more efficient. From the studied F3 families, it is possible to derive several hybrids with higher forage production than Common and the additional advantage of blight resistance that makes it possible to use cultivar mixtures or blends. Key Words: Pennisetum ciliare L., blight resistance, hybridization, apomixis. Introducción El zacate buffel Pennisetum ciliare L. es una gramínea forrajera perenne que se reproduce asexualmente por semilla mediante el mecanismo apomíctico conocido como aposporia y pseudogamia (Fisher et al., 1954; Snyder et al., 1955). Como regla general esta especie se reproduce por apomixis obligada pero la hibridación es posible desde que se descubrió la sexualidad (Bashaw, 1962). El clon sexual TAM-CRD B-1s es heterocigoto para el método de reproducción y puede usarse como progenitor hembra en cruzamientos con plantas apomícticas (Bashaw, 1969). El tizón del zacate buffel es una enfermedad causada por el hongo identificado recientemente como Pyricularia grisea (Rodríguez et al., 1999). En México, en 1990, esta enfermedad fue observada por primera vez en Ocampo, Coahuila, una de las partes más áridas del desierto Chihuahuense con una precipitación anual promedio de 270 mm (Gómez, 1994). Durante la última década del siglo XX, se ha constatado que esta enfermedad es una seria amenaza para los pastizales del zacate buffel de las zonas áridas y semiáridas de México (González, 2002). Estos pastizales ocupan más de cuatro millones de hectáreas en el sur de Texas y México, y presentan alta vulnerabilidad genética ya que el 99 377 % del área es ocupada por la variedad Común la cual es extremadamente susceptible (Ocumpaugh y Rodríguez, 1998). Esta variedad fue liberada en 1949 (Holt, 1985) y ha sido utilizada en México a partir de su introducción de Estados Unidos en 1955 aproximadamente. El híbrido apomíctico H-17 es actualmente la única variedad de zacate buffel seleccionada, entre otras características, por su resistencia al tizón. Esta variedad híbrida fue obtenida en el Programa de Mejoramiento de Zacate Buffel de la Universidad Autónoma Agraria Antonio Narro (González, 1998). El uso de un reducido número de variedades resistentes, en extensas superficies implica el riesgo de reducir la variabilidad genética, condición que puede propiciar el desarrollo de una epifitia bajo la presencia de alguna nueva raza fisiológica que supere la resistencia genética de H-17 y en condiciones ambientales favorables para el desarrollo de la enfermedad. Perrot y Chakraborty (1999) han demostrado la existencia de razas fisiológicas de Pyricularia grisea en Australia. Es necesario el desarrollo de variedades resistentes adicionales que permitan el uso de estrategias como las mezclas varietales para dar mayor estabilidad a los sistemas de producción y para prolongar la vida útil de los genes de resistencia. El objetivo de la investigación fue generar variabilidad genética para detectar y seleccionar genotipos con buen potencial forrajero y resistencia al tizón. Metodología experimental Los cruzamientos se realizaron en 1999 entre el clon sexual TAM CRD B-1s como hembra y las variedades apomícticas Común, Zaragoza-115, y H-17 como machos. La variedad Común es extremadamente susceptible al tizón del zacate buffel y los otros tres progenitores son resistentes. Los cruzamientos fueron realizados en invernadero mediante emasculación y polinización manual. Las semillas F1 fueron sembradas en charolas de poliuretano en el invernadero; posteriormente, las plantas F1 se transplantaron en el Campo Experimental de Zaragoza, Coahuila en Junio del 2000, la distancia entre plantas F 1 fue de 1 metro en surcos espaciados 80 cm con 10 plantas por surco. En octubre del mismo año se seleccionaron visualmente cerca de 600 plantas F1 cuya semilla fue cosechada por planta individual. En marzo del 2001 la semilla F2 fue preparada sembrada en charolas en el invernadero y transplantadas las plantas obtenidas en surco por familia F 2 en junio del 2001 en el mismo Campo Experimental de Zaragoza, Coahuila. Se transplantaron ocho plantas por familia F2 en dos repeticiones. En cada repetición se transplantaron 350 plantas de la variedad Común distribuidas uniformemente con el propósito de que sirvieran como fuente de inóculo del tizón para evaluar la reacción de las familias F2 al patógeno. A fines del 2001 se seleccionaron por su uniformidad cerca de 100 familias F2, presumiblemente de reproducción apomíctica y también un número reducido de familias variables, presumiblemente de reproducción sexual para un total de 104 selecciones. El tizón no se presentó durante 2001 de manera que en la selección de familias F 2 no se incluyó la resistencia al tizón del zacate buffel como criterio de selección La semilla F3 de las 104 selecciones F2 fue sembrada en charolas el 17 y 20 de mayo de 2002. Las charolas fueron colocadas en el invernadero donde se 378 regaron diariamente. Una vez por semana se aplicó fertilizante en el agua de riego utilizando al principio la fórmula 9-45-15 y más tarde la fórmula 20-30-10. Se sembró también semilla de las variedades Común y H-17 que fueron los testigos para susceptibilidad y resistencia respectivamente. El 7 de agosto se realizó el transplante en Zaragoza, Coahuila en parcelas de un surco con ocho plantas por parcela espaciadas 50 cm, con una distancia entre surcos de 80 cm. Se utilizó un diseño experimental de bloques completos al azar con dos repeticiones. En cada repetición se transplantaron 112 plantas del testigo Común y 84 plantas del testigo H-17 distribuidas de manera uniforme. La proporción de plantas susceptibles de Común a plantas F3 fue de 1 a 8. El 14 de septiembre se registró el dato de plantas establecidas y la reacción de las plantas al tizón fue registrado el 22 y 23 de noviembre. El 6 de diciembre se registró la uniformidad de las progenies F 3 y se midió la producción de forraje verde. La cosecha de semilla se realizó únicamente en las progenies F3 sobresalientes para varias características agronómicas. Resultados y discusión En las tres generaciones estudiadas el porcentaje de establecimiento de las plántulas transplantadas fue excelente. En la generación F3, de un total de 224 parcelas se tuvo una población perfecta de ocho plantas en 201 de ellas, hubo 21 parcelas con siete plantas, una parcela con seis plantas y una parcela con cinco plantas. El número total de fallas fue de 26 para un establecimiento de 98.54%. La producción de forraje verde varió de 3046 a 25859 kg/ha. El testigo H17 ocupó la posición número 18 con una producción de 18,950 kg/ha en tanto que el testigo Común tuvo una producción de 12,050 kg/ha inferior a la media general de 13,511 kg/ha de forraje verde ocupando la posición número 68. El testigo Común fue superado en 57% por el testigo H17. A su vez el testigo H17 fue superado numéricamente por 17 familias F3 pero solamente las familias que ocuparon el primero y segundo lugar fueron estadísticamente diferentes. La diferencia mínima significativa fue de 5656 kilogramos. Una unidad animal consume 5000 kg de materia seca por año y una tonelada de forraje verde rinde aproximadamente el 50% de materia seca; para relacionar la producción de forraje verde de las familias F3 con el número de unidades animal que podrían alimentarse por hectárea se formaron grupos de familias F3 y se usó una cantidad de 5500 kg de forraje verde para diferenciar los grupos como se muestra en el Cuadro 1. Con base en los datos obtenidos, Común y los genotipos más productores podrían alimentar aproximadamente 1.0 y 2.5 unidades animal por hectárea, respectivamente. En el Cuadro 1 se presenta además el número de familias F3 en cada grupo de producción así como el número de familias F3 resistentes y susceptibles al tizón y de reproducción apomíctica y sexual. En el año 2001 al evaluar las poblaciones F2, la variedad Común no mostró la enfermedad, no obstante la extrema susceptibilidad de esta variedad al tizón. Por el contrario, en el año 2002 las 112 plantas de esta variedad sufrieron severas infestaciones en ambas repeticiones. Las 84 plantas de cada repetición del híbrido H17 el cual es resistente, no tuvieron presencia del patógeno durante todo el ciclo. 379 En las poblaciones F3 se encontraron familias resistentes y familias susceptibles al tizón. Cuadro 1. Producción de forraje verde, reacción al tizón y modo de reproducción de 104 familias F3 de zacate buffel en Zaragoza, Coah. Forraje kg/ha Familias F3 Reacción al tizón No. Resistentes Susceptibles Reproducción Apomícticas Sexuales 3000-6500 6501-12000 1200117500 1750123000 2300126000 Totales 9 35 35 1 6 12 8 29 23 5 31 33 4 4 2 20 5 15 20 0 5 3 2 5 0 104 27 77 94 10 Las cruzas con los machos Común, H 17 y Z-115 produjeron progenies resistentes al tizón en 5, 33 y 61% respectivamente. Puesto que el clon utilizado como hembra muestra resistencia, su cruza con Común es una cruza de resistente por susceptible, en tanto que las otras dos cruzas son cruzamientos de resistente por resistente. Solamente nueve poblaciones F3 provienen de la cruza donde el híbrido H17 fue el macho debido al bajo número de cruzamientos realizados en 1999 por la naturaleza exploratoria de esta cruza. La mayor parte de las familias F3 provienen de la cruza donde la variedad susceptible Común se utilizó como macho por lo cual solo 27 familias F3 mostraron resistencia al tizón. La cruza involucrando a Z-115 como macho se realizó por primera vez en 1989 (Gómez y González, 1997) y tiene el problema de producir híbridos con baja producción de semilla. Es evidente que la falta de condiciones ambientales favorables para el desarrollo de la enfermedad durante el otoño del 2001, permitió que pasara desapercibida la susceptibilidad al tizón del 74% de las familias F 2 seleccionadas. Ello sugiere la conveniencia de desarrollar tecnología para la inoculación artificial de las familias F2 en el invernadero para continuar únicamente con familias resistentes y evitar todos los inconvenientes del manejo innecesario de familias susceptibles. La cruza de sexual por apomíctico segrega para el modo de reproducción desde la generación F1 puesto que se cruzan plantas heterocigotas (Taliaferro y Bashaw, 1966; Read y Bashaw, 1969). Con respecto al modo de reproducción los resultados concuerdan con los de otras investigaciones y reportes que señalan que las plantas apomícticas son más vigorosas y por lo tanto mejores productoras de forraje que las plantas de reproducción sexual (Gómez y González, 1997). La reproducción apomíctica de los genotipos buenos productores de forraje y resistentes al tizón garantiza la estabilidad de su composición genética en las 380 siguientes generaciones incluyendo la fase de incremento de los materiales que lleguen a producción comercial. Conclusiones El proceso de obtención de variedades de zacate buffel resistentes al tizón debe de incluir la inoculación artificial en invernadero para mejorar la eficiencia de la selección para esta característica. Es posible derivar de las poblaciones F3 estudiadas híbridos resistentes al tizón y con una producción de forraje entre 50 y 100% superior al de la variedad Común. También es factible desarrollar híbridos con capacidad de producción forrajera igual a la de la variedad Común pero resistentes a la enfermedad del tizón. Literatura citada Bashaw, E. C . 1962. Apomixis and sexuality in buffelgrass. Crop Sci. 2:412-415. Bashaw, E. C. 1969. Registration of buffelgrass germplasm. Crop Sci. 9:396. Fisher, W. D., E C. Bashaw and E. C. Holt. 1954. Evidence for apomixis in Pennisetum ciliare and Cenchrus setigerus. Agron. J. 46:401-404. Gómez M., S. y J.R. González D. 1997. Modo de reproducción y potencial forrajero de híbridos de zacate buffel. Agraria 13: 22-33. González D., J. 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