Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos

Mejoramiento Genético Vegetal
Principios y Procedimientos
2014
C. A. Biasutti
M. C. Nazar
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Índice
Página
Introducción
3
Sistemas de Reproducción de las Plantas Cultivadas
7
Endocría y Heterosis
30
Recursos Genéticos Vegetales
41
Herencia Cuantitativa
54
Heredabilidad
66
Generación de Variabilidad
73
Selección
82
Interacción Genotipo Ambiente y Adaptación
91
Mejoramiento de Plantas Autógamas
102
Mejoramiento de Planta Asexuales
117
Mejoramiento de Poblaciones de Alógamas
123
Variedades Híbridas
145
Producción de Semilla
155
Biotecnología
168
2
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 1.
Introducción.
Los incrementos en la productividad en la agricultura resultan del amplio uso de
las modernas variedades de plantas. Las implicaciones de la transformación
agrícola para proveer de fuentes de alimento a un mundo más necesitado y la
importancia de conservar un ambiente no contaminado para las futuras
generaciones, mediante un empleo adecuado de los recursos genéticos
disponibles, marca la importancia de un adecuado conocimiento de los
procesos técnicos, legales y políticos que conllevan a la obtención y
diseminación de nuevos cultivares. Ejemplos como la llamada Revolución
Verde y, sus repercusiones sobre la adopción y el reemplazo de poblaciones
vegetales por nuevos cultivares, que no siempre cumplen su objetivo de
asegurar una producción sustentable, aumentan la importancia de un
conocimiento cabal cuando se deben adoptar nuevas tecnologías.
El 50% del incremento en la productividad de los principales cultivos, de los
cuales depende la alimentación de la humanidad, son debidos al mejoramiento
genético de dichos cultivos. En marzo de 2000, el premio Nobel Norman
Borlaug remarcó que las investigaciones en agricultura deben orientarse al
desarrollo y aplicación de tecnologías que incrementen, en forma económica y
ambientalmente sustentable, los rendimientos de granos en un 75% en los
próximos 25 años.
En este escenario, para que nuestro sector agropecuario fortalezca su
posicionamiento competitivo, es indispensable integrar a los programas de
mejoramiento de cultivos, con las nuevas biotecnologías y con las tecnologías
de análisis de información que contribuyan a acelerar la obtención de
materiales genéticamente superiores en un marco de sustentabilidad.
El Mejoramiento Genético Vegetal comprende la síntesis de conocimientos
adquiridos en lo concerniente a conceptos estadísticos, la metodología
experimental y un conocimiento fundamentado de la estructura genética y
reproductiva de las poblaciones vegetales. Lo anterior es imprescindible para
comprender el manejo adecuado de diferentes estructuras poblacionales que
resultan de la aplicación de los llamados métodos de selección que permiten
mejorar en sus frecuencias génicas a una población determinada.
El mejoramiento genético vegetal es considerado una ciencia, basada en la
observación, identificación, descripción, investigación experimental y
explicación teórica de los fenómenos naturales, y una tecnología, como la
aplicación de la ciencia a objetivos industriales o comerciales.
Antecedentes históricos
Se puede decir que la mejora genética vegetal comenzó con el inicio de la
agricultura sedentaria y la domesticación de los primeros cultivos. Los primeros
cultivos domesticados fueron los cereales, y en ellos se observa ya en los
primeros tiempos una rápida eliminación de características indeseables como
3
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
la dehiscencia o la latencia de sus semillas. Es lógico asumir que la necesidad
de recolectar los frutos, semillas y raíces para la alimentación humana, debió
de ir acompañada de un aumento en el conocimiento de la biología de las
plantas sobre todo de aquellas características relacionadas con el potencial
alimentario del cultivo.
Hasta el primer decenio de este siglo la mejora genética vegetal estaba en
manos de "expertos" que en muchos casos fueron incapaces de conseguir
grandes progresos debido a la falta de conocimientos científicos, siendo más
bien la mejora genética vegetal un "arte" basado más en la pericia o habilidad
del mejorador que en conocimientos científicos.
Uno de los eventos, quizá y con seguridad el de mayor trascendencia, fue el
redescubrimiento de los trabajos de Mendel (1865) por Tschremak, Correus y
Vries, entorno a 1900 en los que se determinaron las leyes de la herencia.
Estos autores ya indicaron la importancia de los mismos para el desarrollo de la
genética como disciplina independiente, así como para la mejora de los
organismos sobre la base de sus principios.
El nacimiento de la Genética estuvo íntimamente ligado con la Mejora Vegetal,
como lo demuestra el hecho de que, lo que hoy se consideran los tres primeros
congresos internacionales de genética tuvieran como títulos "International
Conference of Hibridization" (Londres, 1899), "Conference of Plant Breeding
and Hibridization" (New York, 1902) y "International Conference of Hibridization
and Plant breeding" (Londres, 1906). En este último congreso, Bateson afirmó
"que la actividad de los mejoradores de plantas y animales había dejado de ser
un misterio para convertirse en una ciencia" y propuso el nombre de Genética
para dicha ciencia.
Definiciones
Existen numerosas definiciones del Mejoramiento Genético Vegetal, la mayoría
de las cuales hace énfasis en la combinación de ciencia y arte:
“La ciencia cuyo objetivo es cambiar el genotipo, mejorándolo para un
determinado medio y según el aprovechamiento para el que se vaya a destinar
de acuerdo con las necesidades del hombre” (Frankel, 1958).
“El arte y la ciencia de mejorar el genotipo de las plantas en relación con su
utilización económica” (Smith, 1966).
“Es arte y ciencia, permitiendo cambiar y mejorar la herencia de las plantas”
(Phoelman, 1965).
“El arte y la ciencia de cambiar genéticamente las plantas” (Allard, 1967).
“En el mejoramiento se busca un buen rendimiento, si el rendimiento es bueno
todo lo demás es bueno” (Fasoulas, 1967).
4
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
“La utilización de un sistema organizado de manipulación genética para
modificar una especie vegetal, con el fin de hacerla más útil o aceptable para
un uso específico” (Johnson, 1981).
“Es el arte y la ciencia de mejorar genéticamente las plantas” (Fehr, 1987).
A partir de todas estas definiciones, estamos en condiciones de establecer las
tres premisas más importantes para el planteamiento de cualquier programa de
mejora genética vegetal:
1. La existencia de variabilidad o la posibilidad de crearla
2. La capacidad o habilidad de detectar la variabilidad
3. La capacidad para manipular la variación para producir un nuevo
cultivar.
Objetivos de la mejora genética vegetal.
El mejoramiento genético vegetal apunta a mejorar las características de la
planta para que sean más deseables agronómica y económicamente. Por lo
tanto, el objetivo principal de mejoramiento es desarrollar variedades
mejoradas de plantas de cultivo que serán comercialmente exitosas. En
general, una variedad exitosa es aquella que presenta un balance de los
rasgos que la hace más rentable para los productores que cualquier otra que
pueden elegir. Por esta razón los criadores son cautelosos acerca de enfatizar
una característica a la exclusión de los demás. Sin embargo, la mejora en
algunos rasgos específicos de determinados cultivos puede convertirse en un
objetivo prioritario por diversas razones agronómicas y económicas. Por lo
tanto, los objetivos específicos dependerán de las condiciones ambientales y
económicas. Los principales objetivos del mejoramiento pueden resumirse
como sigue:
Aumento de la producción
Rendimientos más altos: La mayoría de los programas de cría tienen como
objetivo mayor rendimiento de los cultivos. Esto se logra mediante el desarrollo
de genotipos más eficientes. Por ejemplo las variedades híbridas de maiz
Mejora de la calidad y valor nutricional
La calidad del cultivo determina su idoneidad para diversos usos. Por lo tanto,
la calidad es un aspecto importante para los criadores de plantas. Caracteres
de calidad como por ejemplo la granulometría, color, y cualidades para hornear
en trigo (Triticum aestivum); cocina de calidad en el arroz y garbanzo (Oryza
sativa, Cicer); malteado calidad en cebada (Hordeum vulgree), el tamaño, color
y sabor de frutas, manteniendo la calidad de hortalizas, contenido de proteína
en cereales y leguminosas; contenido de lisina en cereales, metionina y
triptófano contenidos en leguminosas, etc.
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Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Mejora de la adaptación a factores adversos
Las variedades resistentes ofrecen el método más económico y conveniente
para enfrentar enfermedades y ataque de insectos. En algunos casos, ofrecen
el único medio viable de control, Ejemplo las royas del trigo. Las variedades
resistentes no sólo incrementar la producción sino también la estabilizan. Lo
mismo puede decirse de la tolerancia a factores abióticos como la sequía, frío,
falta de nitrógeno etc.
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Sleper D. A. and J. M. Poehlman, 2006. Breeding Field Crops, 5th Edition,
Blackwell Publishing, 424 p.
6
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 2.
Sistemas de reproducción de las plantas cultivadas
Biología de la floración y su relación con la mejora genética de las
plantas.
El conocimiento de los mecanismos reproductivos de una especie, si es de
forma sexual y/o asexual, autógama, parcialmente alógama o alógama y su
biología floral constituye un conocimiento básico para que se pueda planear
convenientemente un plan de mejora. La biología floral y reproductiva inciden
en un programa de mejora porque:
a) Afectan a la manipulación del material vegetal durante el proceso de mejora.
b) Determinan fundamentalmente la estructura genética de una población
c) Delimitan en buena parte el tipo de nueva variedad: lineas puras, híbridos,
variedades sintéticas o de polinización libre, etc.
Además de la morfología floral existen otras características de las flores que
influencian la polinización y la fertilización:
La posición de los órganos masculinos y femeninos



Plantas Hermafroditas, los órganos masculinos y femeninos están en la
misma flor (>90% de las espcies).
Monoicas, los órganos masculinos y femeninos están en la misma
planta: maíz, cucurbitáceas.
Dioicas, los órganos masculinos y femeninos están en plantas
diferentes: palmera datilera, papaya, espárrago, pimienta negra.
Existen formas de transición como adromonoicas (flores masculinas y
hermafroditas en la misma planta), ginomonoicas (flores femeninas y
hermafroditas en la misma planta), androdioicas (plantas masculinas y
hermafroditas), ginodioicas (plantas femeninas y hermafroditas), etc.
El momento de actividad de los órganos

Homogamia: estigmas y polen maduran simultáneamente.
o Cleistogamia: polinización a flor cerrada
o Chasmogamia: polinización a flor abierta

Homostilia: Pistilo y estambres del mismo largo
o Heterostilia: pistilo y estambres con longitud diferente
o Herkogamia: pistilo y estambres dispuestos de manera de impedir
la autopolinización: Iris, Saintpaulia
o Anteras en forma de cono: pistilo y estambres dispuestos de
manera de promover la autopolinización: lechuga, tomate.
7
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos

Dicogamia: los estigmas y el polen no maduran simultáneamente.
o Protandria: polen madura primero: cebolla, zanahoria, maíz.
o Protoginia: los estilos maduran primero: té, cacao.
Reproducción sexual.
En la reproducción sexual, característica de los seres superiores, un gameto
femenino y un gamento masculino se fusionan para dar lugar al zigoto, el cual
por sucesivas divisiones dará un nuevo organismo. En las plantas superiores
implica la formación de gametos mediante la macrosporogénesis (gametos
femeninos) y la microsporogénesis (gametos masculinos) a través de la
meiosis, y la fecundación o fertilización a través de la polinización. La
reproducción sexual permite crear gran cantidad de variabilidad por
recombinación génica.
Analizaremos dos sistemas muy importantes que inciden sobre el manejo
reproductivo de la especie y sobre el tipo de cultivar a obtener, ellos son la
incompatibilidad y la macho-esterilidad.
Incompatibilidad.
Introducción
La incompatibilidad ocurre cuando determinadas plantas, las cuales producen
gametos perfectamente funcionales, no producen semillas mediante la
autopolinización. En la incompatibilidad las células sexuales son
completamente viables, en contraposición con la esterilidad, la cual se
caracteriza por la ausencia de gametos o la existencia de gametos no
funcionales. Podemos definirla entonces como la incapacidad de gametos
funcionales de efectuar la fertilización en combinaciones particulares entre
genotipos. La incompatibilidad puede estar dada por la incapacidad del tubo
polínico de penetrar el estigma o de crecer normalmente. En algunos casos el
tubo polínico crece tan lentamente que no alcanza a fecundar los óvulos antes
que estos sean no viables. La incompatibilidad impide la autofecundación y la
endocría, y por ende, promueve la fertilización cruzada, es de amplia
ocurrencia en plantas silvestres y cultivadas. La primera descripción de un
fenómeno de incompatibilidad fue realizada por Koelreuter 1764 en Verbascum
phoeniceum, por su parte, Darwin estudió el fenómeno y lo llamó
“autoesterilidad”. Los genes que intervienen en la manifestación de la
incompatibilidad son denominados como S-genes. La ocurrencia del fenómeno
de la incompatibilidad ha sido documentado en alrededor de 3000 especies,
pero se concentra predominantemente en unas pocas familias: compuestas,
crucíferas, gramíneas y leguminosas que contienen el 50%, aproximadamente,
del total de géneros que presentan incompatibilidad (Tabla 2.1).
Principales características de los sistemas de incompatibilidad.
Sistemas de Incompatibilidad
Los sistemas de incompatibilidad pueden ser clasificados de acuerdo a:
8
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
1. Sitio de expresión de la reacción de incompatibilidad
2. Asociación con la morfología floral
3. Nivel de interacción génica
1. Sitio de expresión
La reacción de incompatibilidad toma lugar en el período entre la deposición del
polen sobre el estigma y la fertilización. La inhibición del crecimiento del tubo
polínico puede ocurrir en tres diferentes niveles:
1.1
1.2
1.3
Inhibición en la superficie estigmática: Compositae, Cruciferae y
Gramineae
Barrera al tubo polínico en el estilo: Solanaceae, Leguminosae y
Scrophulariaceae
Barrera al tubo polínico en el ovario: Beta, Freesia, Cacao.
2. Asociación con la morfología floral
Dos sistemas diferentes: la Incompatibilidad Homomórfica: donde no es posible
distinguir ninguna diferencia morfológica entre apareamientos compatibles e
incompatibles. Este tipo es el más común entre las especies de plantas
autoincompatibles. En contraposición la Incompatibilidad Heteromórfica: en la
cual la incompatibilidad está asociada con diferencias en tamaño y con la forma
de las flores especialmente con relación a los órganos sexuales. Este tipo
ocurre en un pequeño número de especies comparado con la homomórfica, y
fue estudiado en el género Primula. En esta especie pueden ocurrir dos tipos
de flores, una con estilos largos y estambres cortos (tipo “Pin”), y flores con
estilos cortos y estambres en largos filamentos (tipo “Thrum”). Los tipos son
autoicompatibles pero compatibles entre ellos.
3. Nivel de interacción génica
De acuerdo al nivel de interacción génica podemos distinguir dos tipos de
incompatibilidad: Incompatibilidad Gametofítica (GI) e Incompatibilidad
Esporofítica (SI). La incompatibilidad en estos dos tipos está generalmente
controlada por un locus con varios alelos. Sin embargo, en Gramineae es
común un sistema gametofítico basado en 2 locus (S y Z). Los casos de control
poligénico son excepcionales, pero pueden ocurrir.
Incompatibilidad Gametofítica (GI)
Sistema GI 1-Locus
La incompatibilidad gametofítica (GI) está, en la mayoría de los casos,
gobernada por un locus con series alélicas múltiples. El número de alelos
puede ser considerablemente alto como en calabaza >50, ó en trébol rojo
>200. Los alelos son identificados como S1, S2.....Sn, de acuerdo a la
9
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
secuencia de su detección. No todos los alelos actúan al mismo nivel de
supresión de la compatibilidad. Estos varían en su “fuerza” para conferir
incompatibilidad, desde incompatibilidad completa (S-alelos “fuertes”),
existiendo algunos que admiten una fertilización ocasional (S-alelos “débiles”)
siendo éstos influenciados por el ambiente.
Tabla 2.1. Distribución de la ocurrencia de la incompatibilidad en distintas
familias y géneros de plantas.
Tipo de
Incompatibilidad
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
G
S
S
S
S
S
S
S
G: Gametofítica
Familia
Género
Solanaceae
Scrophulariaceae
Onagraceae
Papaveraceae
Bromeliaceae
Rosaceae
Commelinaceae
Liliaceae
Papillionaceae
Plantaginaceae
Gramineae
Ranunculaceae
Chenopodiaceae
Euphorbiaceae
Cupuliferae
Compositae
Lycopersicon, Nicotiana, Petunia, Solanum, Physalis
Antirrhimun, Nemesia, Veronica, Verbascum
Oenothera
Papaver
Ananas
Prunus, Malus, Pyrus
Tradescantia
Lilium, Hemerocallis
Trifolium, Medicago, Lotus
Plantago
Secale, Hordeum, Festuca, Phalaris, Lolium. Oryza
Ranunculus
Beta
Euphorbia
Castanea
Cosmos, Crepis, Chrysanthemun, Bellis, Helianthus,
Parthenium, Carthamus, Ageratum
Capsella, Iberis, Brassica, Raphanus, Cardamine
Theobroma, Cola
Primula
Lythrum
Armeria
Linum
Cruciferae
Sterculiaceae
Primulaceae
Lythraceae
Plumbaginaceae
Linaceae
S: Esporofítica
Características del Sistema GI 1-Locus
1. La inhibición del crecimiento del tubo polínico ocurre en el estilo
2. La incompatibilidad ocurre cuando el mismo S-alelo está presente en el
grano de polen y en el tejido estilar.
3. La reacción del polen es completamente determinada por el genotipo
haploide, no existe interacción con el esporofito.
4. Los S-alelos en el estilo actúan independientemente uno del otro.
5. Los granos de polen son casi siempre bicelulares.
6. La poliploidización suprime la incompatibilidad.
7. El número mínimo de S-alelos para mantener una población es 3.
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Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Posibles resultados a obtener con relación al número de S-alelos mutuos en el
sistema GI 1-Locus
(i) Dos alelos en común
♀ Sa Sb x Sa Sb ♂  No hay fertilización (100% incompatible)
(ii) Un alelo en común
♀ Sa Sb x Sa Sc ♂  Sa Sc + Sb Sc (50% incompatible)
(iii) Ningún alelo en común
♀ Sa Sb x Sc Sb ♂  Sa Sc + Sa Sd + Sb Sc + Sb Sd (100% compatible)
Cruzas recíprocas en (iii) dan idénticos resultados
Cruzas recíprocas en (ii), la composición de la progenie cambia
♀ Sa Sb x Sa Sc ♂  Sa Sc + Sb Sc
♀ Sa Sc x Sa Sb ♂  Sa Sb + Sb Sc
Como en (ii) el genotipo paterno aparece en la F1 (Sa Sc, Sa Sb).
La probabilidad de ocurrencia de incompatibilidad en un cultivo (población,
variedad) depende del número de S-alelos disponibles.
Índice de Incompatibilidad
I = 2 / n(n – 1)
Siendo n el número de S-alelos
Con 2, 3 ,4 y 5 S-alelos los valores del índice serán: 1, 1/3, 1/6 y 1/10. El efecto
de la incompatibilidad decrece rápidamente con el aumento del número de Salelos.
Sistema GI 2-Locus
El sistema de incompatibilidad gametofítica condicionado por 2 locus es menos
común que el sistema monofactorial. Se encuentra en Secale, y es común en
pastos: Hordeum bulbosum, Phalaris coerulescens, y en flores nocturnas:
Physalis ixocarpa, y en varias especies de Solanum Los S-Loci son
identificados como S y Z.
11
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Características del Sistema GI 2-Locus
1. La inhibición del crecimiento del tubo polínico ocurre en el estigma, no hay
penetración en el estilo.
2. La reacción del polen esta exclusivamente determinada por su genotipo en
relación al genotipo del pistilo diploide.
3. Existe ocurrencia de múltiple alelismo para ambos loci
4. Existe una acción complementaria entre los alelos S y Z. La
incompatibilidad ocurre cuando los granos de polen tienen un alelo en
común con el pistilo para ambos loci.
5. La Poliploidía no interfiere con este tipo de incompatibilidad.
6. El polen es usualmente tricelular
7. En principio 6 grupos de genotipos pueden resultar de la cruza,
dependiendo del número de alelos comunes presentes en ambos padres
(Tabla 2).
8. La homocigosidad puede ocurrir para uno de los locus.
9. Las cruzas recíprocas pueden dar resultados diferentes:
Sa Sb Zc Zd x Sa Sa Zc Zd  Incompatible
Sa Sa Zc Zd x Sa Sb Zc Zd  50% compatible
La probabilidad de obtener una combinación incompatible con el sistema GI 2Loci puede calcularse:
Número de S-alelos: ns
Número de Z-alelos: nz
Número de posibles S-genotipos: ns (ns + 1) / 2
Número de posibles Z-genotipos: nz (nz + 1) / 2
Consecuentemente:
Indice de Incompatibilidad: 1: { ns (ns + 1) / 2 x nz (nz + 1) / 2 - ns nz }
Con 3, 4 y 5 alelos S y Z en la población, la probabilidad de incompatibilidad es
1/27, 1/84 y 1/200.
Incompatibilidad Esporofítica (SI)
El sistema de incompatibilidad esporofítica es generalmente monofactorial, con
excepciones en algunas compuestas: chrysantemum y girasol, la
incompatibilidad está controlada por 2 – 3 loci. En cacao se basa en 3 genes
complementarios y la barrera está en el ovario
12
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Tabla 2.2. Grupos de genotipos resultantes dependiendo del número de alelos
comunes presentes en ambos padres.
Combinación
Alelos diferentes
Sa Sb Za Zb x Sa Sb Za Zb
0
% Polen
compatible
0
Número de
Genotipos en F1
-
Sa Sb Za Zb x Sa Sb Za Zc
1
50
6
Sa Sb Za Zb x Sa Sc Za Zc
2
75
12
Sa Sb Za Zb x Sa Sb Zc Zd
2
100
12
Sa Sb Za Zb x Sa Sc Zc Zd
3
100
16
Sa Sb Za Zb x Sc Sd Zc Zd
4
100
16
Características del Sistema SI
1. La inhibición del crecimiento del tubo polínico ocurre en el estigma o en el
ovario (cacao).
2. Generalmente existe alelismo múltiple
3. El grano de polen es tricelular
4. La popliploidía no afecta el sistema de incompatibilidad
5. La reacción del polen no está determinada por su genotipo haploide sino
por la relación de dominancia en el esporofito
6. La reacción del pistilo está determinada también por relaciones de
dominancia intra-locus. Las relaciones de dominancia en el polen y el pistilo
pueden ser diferentes (Tablas 3 y 4)
7. La reacción de incompatibilidad ocurre cuando los mismos alelos se
expresan en el polen y en el pistilo.
Las interacciones entre los alelos S puede ser diferente en las anteras y en el
estilo de la misma planta. Además de las relaciones de dominancia pueden
existir relaciones de codominancia (Sx=Sy)
Tabla 2.3. Tipos de interacción entre los genes S presentes en el polen y el
pistilo
Relación de Dominancia
Polen
Sx < Sy
Sx < Sy
Sx = Sy
Sx = Sy
Sx > Sy
Pistilo
Sx < Sy
Sx = Sy
Sx < Sy
Sx = Sy
Sx < Sy
I
II
III
IV
V
Tipo de
Interacción
13
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Supresión de la Incompatibilidad
Con el objetivo de permitir la endocría y obtener líneas homocigotas, se han
desarrollado varios métodos para suprimir la incompatibilidad, algunos de los
cuales se detallan a continuación:
Polinización en botón floral. Es quizá el método más antiguo, consiste en la
polinización de estigmas inmaduros o de flores no abiertas. El efecto de esta
polinización en botón floral se atribuye a la ausencia o a la acción incompleta
de las substancias que impiden el desarrollo del tubo polínico. Se ha empleado
con éxito en Petunia, Nicotiana y Trifolium.
Retardo de la polinización. Consiste en la aplicación de polen fresco sobre
estigmas después de tres o más días a partir de antesis, cuando las
substancias inhibitorias han perdido su fuerza. Se ha probado con éxito en
especies de Lilium
Tratamientos físicos. Inmersión en agua caliente (~50 C) durante varios
minutos, en Oenothera, Lilium. En otras, Brassica, Raphanus, Lycopersicum, la
exposición de la planta a altas temperaturas (30 – 40 C) puede destruir el
mecanismo de incompatibilidad. La sensibilidad a la temperatura parece estar
controlada genéticamente.
Tabla 2.4. Posibles resultados de una cruza en el sistema SI dependiendo de la
relación interaalélica en ambos padres.
Cruza
Tipo de
Interacción
Compatibilidad
F1
S1 S2 x S2 S3
I
+
S1S2, S1S3, S2S2, S2S3
S2 S3 x S1 S2
I
+
S1S2, S1S3, S2S2, S2S3
S1 S2 x S2 S3
II
+
S1S2, S1S3, S2S2, S2S3
S2 S3 x S1 S2
II
-
-
S1 S2 x S2 S3
III
-
-
S2 S3 x S1 S2
III
+
S1S2, S1S3, S2S2, S2S3
S1 S2 x S2 S3
IV
-
-
S2 S3 x S1 S2
IV
-
-
Los alelos subrayados indican expresión.
Otros métodos que se han empleado contemplan la aplicación de reguladores
del crecimiento como cito quininas y auxinas en Petunia, Nicotiana, Trifolium,
Lilium, Lycopersicum y Raphanus, la Irradiación del estilo o del polen para
provocar mutaciones de los alelos S, someter las plantas a condiciones de
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Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
crecimiento subóptimas., en Prunus, Brassica, Oenothera. También se ha
empleado la compatibilidad de “fin de estación”, dado que se ha observado que
la reacción de incompatibilidad se torna más débil a medida que se acerca el
fin del ciclo reproductivo.
Utilización de la incompatibilidad en el mejoramiento y la obtención de
cultivares
La incompatibilidad puede utilizarse para la producción de cultivares híbridos
cuando la emasculación es muy compleja o muy costosa y no existan
mecanismos alternativos de macho esterilidad (CMS) disponibles.
Principalmente ha sido aplicada para la obtención de híbridos de Brassica
oleraceae: repollos de Bruselas, repollo, coliflor, brócoli y rábano (Sistema 1locus SI). La mayoría de los cultivares de colza en Japón, EEUU y en Europa
son híbridos basados en el sistema SI de incompatibilidad
Pasos para la producción de una variedad híbrida auto incompatible:
1. Colección de material (variedades, poblaciones) con buenas características
agronómicas.
2. Selección de plantas homocigotas para el alelo S. De ser necesario
mediante endocría forzada.
3. Elevar el nivel de homocigosis mediante repetidos procesos de
autofecundación o cruzas endogámicas
4. Cruzamiento entre las líneas y prueba de las F1 en diferentes localidades y
en diferentes años para la identificación de líneas con alta aptitud
combinatoria específica
5. Propagación en masa de las líneas selectas mediante reproducción
vegetativa y producción de semillas mediante cruzas entre líneas
Aspectos a considerar
Al utilizar líneas para la producción de híbridos no incluir alelos S “débiles”,
ellos pueden permitir cierto grado de autofecundación impurificando el híbrido.
Usualmente se encuentran líneas parentales en los híbridos a consecuencia de
compatibilidad de fin de estación o debido a condiciones de estrés. Para el
productor esto es no problemático siempre que no exceda un determinado
porcentaje. Por el contrario para el criador u obtentor si es problemático debido
a que sus líneas pueden ser “copiadas” por la competencia. Una solución a
esto es cosechar semilla sobre uno solo de los padres o producir híbridos
triples o dobles aunque para esto se requieren 3 a 4 líneas con alelos S
diferentes.
Producción de Híbridos
Un método simple es producir híbridos entre clones que son autoincompatibles
pero compatibles entre ellos. Se siembran en surcos adyacentes mediante
reproducción vegetativa y se permite su intercruzamiento. Utilizando clones que
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Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
difieran en los S alelos (sistema gametofítico) se han obtenido híbridos de
Bahíagrass o Pasapalum notatum (Poaceae). Este sistema también es utilizado
para la producción de semilla de variedades sintéticas y de híbridos simples de
alfalfa.
En el caso de especies que se propagan por semilla es necesario emplear
métodos que permitan la supresión de la incompatibilidad y de esta manera
obtener líneas endocriadas. En las plantas pertenecientes a las Brasicaceas,
que poseen el sistema esporofítico, se han desarrollado líneas endocriadas
dado que este sistema permite la obtención de genotipos homocigotos para el
alelo S. La producción de semilla para el mantenimiento de las líneas
parentales se realiza mediante polinización en botón floral.
Híbrido Simple
Sa Sa x Sb Sb = Sa Sb
Híbrido Triple
Sa Sa x Sb Sb = Sa Sb x Sc Sc = Sa Sc + Sb Sc
Híbrido Doble
Sa Sa x Sb Sb x Sc Sc x Sd Sd = Sa Sb x Sc Sd: Sa Sc + Sa Sd + Sb Sc + Sb
Sd
Los híbridos triples y los híbridos dobles ofrecen mayor protección al mejorador
en relación a la pérdida de líneas. Sin embargo los HS son preferidos debido a
que son más simples para producir, son más productivos y más uniformes,
permitiendo la cosecha mecánica y un manejo más eficiente de ésta, sobretodo
en especies hortícolas.
Macho Esterilidad
Introducción
La macho esterilidad es debida a la incapacidad de las plantas con flores de
producir o liberar polen funcional. También existe la esterilidad femenina, que
es la incapacidad de producir ovarios y o células madres funcionales.
Generalmente la esterilidad femenina ha sido menos estable que la macho
esterilidad. En las plantas que poseen macho esterilidad, estas no producen
anteras funcionales o no producen polen viable, pero los ovarios son
perfectamente funcionales. La macho esterilidad, es un mecanismo que
favorece la polinización y fecundación cruzada, siendo esto de gran
importancia y utilidad en el mejoramiento genético vegetal para la producción
de semilla hibrida sin necesidad de emasculación. Esto es de mucha
importancia en el caso de plantas autógamas en las cuales la remoción de los
estambres es muy laboriosa y como resultado muy costosa.
16
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Ocurrencia de la Macho Esterilidad
La macho esterilidad está ampliamente distribuida entre las plantas con flores y
formas hereditarias de macho esterilidad se han encontrado en mas de 600
especies y cruzas interespecíficas. Los casos descriptos de macho esterilidad
se concentran en 5 familias a saber: Gramineae (21 géneros), Leguminosae
(17 géneros), Compositae (11 géneros), Solanaceae (6 géneros) y Cruciferae
(6 géneros).
Causas
Existen varias causas de macho esterilidad. Puede ser inducida por
condiciones ambientales extremas como bajas temperaturas, baja intensidad
lumínica y otros tipos de estrés. Cuando cesa el estrés esta esterilidad
fenotípica, que puede provocar fallas a nivel de anteras y de la
microsporogénesis, se torna no operativa.
Las formas de macho esterilidad que pueden ser aprovechadas para la
producción de semilla híbrida son aquellas cuya causa sean de origen genético
y por ende heredables, por ejemplo la condicionada por la acción de genes
nucleares recesivos o de citoplasma estéril.
Clasificación
De acuerdo a si la esterilidad es causada por genes nucleares o por aquellos
situados en el citoplasma podemos clasificar los sistemas de macho esterilidad
en:

Macho Esterilidad Génica

Macho Esterilidad Citoplásmica Génica
Macho Esterilidad Génica
Está condicionada por genes nucleares recesivos que provienen de mutaciones
espontáneas o inducidas, cuya acción impide el normal desarrollo de las
anteras. La expresión de estos genes puede ser completa, es decir no hay
producción de polen viable ni producción de semillas en las plantas con flores
macho estériles, o parcial, en la cual hay formación de polen fértil y producción
de semillas. La expresión de los genes que condicionan la macho esterilidad
puede variar frente a cambios en el ambiente.
Genes que condicionan la macho esterilidad
En el caso más común, existe un gen recesivo que es denominado
comúnmente como ms, el alelo recesivo. El alelo dominante Ms condiciona la
producción normal de anteras y polen. En el caso de una especie diploide, el
genotipo ms ms resultará en macho estéril mientras que los genotipos Ms Ms y
Ms ms serán fértiles.
17
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Uno de los problemas de la macho esterilidad génica es su condición recesiva,
dado que esto impide que se pueda mantener una población pura de plantas
macho estériles. Los genes para macho esterilidad pueden ser mantenidos en
una población en la cual coexisten genes para esterilidad y fertilidad. Si se
cosechan las semillas producidas sobre plantas macho estériles, ms ms, estas
pueden ser polinizadas tanto por plantas Ms Ms o Ms ms, lo que permitirá la
segregación de los genes ms.
En el caso de la obtención de híbridos será necesaria la remoción de plantas
fértiles, lo que complica el proceso (Figura 1). Para facilitar lo anterior se
debería contar con marcadores genéticos que se expresen antes de floración y
así poder eliminar las plantas fértiles.
Genes para macho esterilidad se ha detectado en maíz, cebada, sorgo, arroz,
soja, trigo, tomate, cebada, pimiento y algodón. La incorporación de los genes
para macho esterilidad se puede realizar a través de la retrocruza. Dado lo
laborioso y el tiempo necesario para transformar una línea fértil en macho
estéril, solo se justifica si el cultivar a transformar será utilizado en cruzas por
varios años.
Figura 2.1. Utilización de la macho esterilidad génica para la producción de
híbridos y el mantenimiento de las líneas parentales.La línea madre y el
18
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
mantenedor deben ser isogénicas. El polinizador no debe estar relacionado
genéticamente con las líneas I y II. Las plantas Ms ms deber ser removidas
antes de floración.
Macho Esterilidad Citoplásmica Génica (CMS)
Este tipo de macho esterilidad está controlada por el citoplasma y por la
interacción entre el ADN citoplásmico y el que se encuentra en los
cromosomas. Su expresión fenotípica es igual que en el caso de la esterilidad
génica, la no producción de polen viable o malformaciones en las anteras. El
citoplasma que condiciona la CMS se lo denomina citoplasma estéril (CMS o S)
en contraposición con el citoplasma normal (N o F), el cual permite el desarrollo
normal de anteras y polen. El origen de estos citoplasmas esterilizantes a
menudo es el resultado de cruzas interespecíficas, es decir, la introducción de
cromosomas en un citoplasma diferente. En sorgo se obtuvo esterilidad
citoplásmica al cruzar milo x kafir. Debido a que el citoplasma es transferido
solamente mediante la célula huevo, la CMS es de herencia materna, es decir
el citoplasma estéril solo es transferido por la madre.
Figura 2.2. Herencia de macho esterilidad citoplásmica en sucesivas cruzas. La
CMS permanece en reiteradas retrocruzas.
La esterilidad citoplásmica puede ser modificada por la acción de genes
restauradores de la fertilidad (Rf) que están localizados en los cromosomas del
núcleo. Cuando está presente un alelo Rf en estado dominante (Rf Rf o Rf rf),
la esterilidad citoplásmica no es operativa, y las flores producen anteras y polen
de manera normal. Para la obtención de un híbrido fértil es necesario utilizar
una línea que al ser CMS actuará como madre y una línea macho que posea
los Rf en estado dominante.
Los genes nucleares y el citoplasma interactúan para producir plantas macho
estériles y macho fértiles. La existencia de los genes Rf solamente se detecta
cuando se cruzan con una madre CMS. Asumiendo que un solo gen Rf es
necesario para restaurar completamente la fertilidad, las cruzas por una madre
CMS darán tres tipos de progenies:
19
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
(S)rfrf x (F)rfrf
(S)rfrf 100% estéril
(S)rfrf x (F)Rfrf
(S)rfrf 50% estéril
(S)Rfrf 50% fértil
(S)rfrf x (F)RfRf
(S)Rfrf 100% fértil
En maíz y en trigo son necesarios dos genes dominantes (Rf1 y Rf2) para
restaurar la fertilidad, además de genes modificadores cuya acción permite una
total restauración de la fertilidad a través de una gran variedad de ambientes.
Figura 2.3. Obtención de una F1 y F2 de la cruza entre un progenitor macho
estéril y uno fértil con genes Rf.
Para la obtención de un híbrido utilizando CMS son necesarias tres líneas: la
línea A: CMS madre, el polinizador R, fértil y la línea B mantenedora de A
(Figura 2.4)
La CMS ha sido empleada extensivamente en la producción de semilla híbrida
en maíz, sorgo, girasol y remolacha azucarera. En EEUU la utilización de la
CMS ha reemplazado al sistema de eliminación a mano de la panoja en los
campos de producción de semilla híbrida de maíz (Figura 2.5).
Problemas con la CMS
La inestabilidad de CMS frente a cambios ambientales puede provocar
autofecundación o intercruzamiento de la línea madre, lo que resultaría en una
mezcla de individuos híbridos y líneas parentales. Como se mencionó antes, la
restauración de la fertilidad es generalmente controlada por más de un gen Rf,
con lo que el proceso de obtención de un macho con todos los genes Rf
necesarios y los genes modificadores, es complicado por el número de
retrocruzas necesarias. A su vez, la expresión de los Rf es afectada por la
carga genética de los progenitores y también son susceptibles a la influencia
ambiental. Algunos tipos de citoplasmas esterilizantes, como el S en maíz,
pueden causar anormalidades en el desarrollo en ciertos cultivos. En el caso de
20
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
especies autógamas como arroz y cebada, se han reportado una producción
incompleta de semillas.
Macho esterilidad inducida por agentes químicos
Aquellos componentes químicos cuya acción elimine el polen ofrecen al
mejorador una alternativa a la utilización de la macho esterilidad, ya sea génica
o citoplásmica. Estos agentes se han denominado colectivamente como
gametocidas o supresores de polen. Un gametocida con un efecto total y
absoluto sobre el polen fue y es el sueño dorado de cualquier mejorador. La
posibilidad de transformar una línea con flores completas, trigo, soja, en una
línea madre simplemente con rociar un químico antes de la floración, eliminaría
la necesidad de cruzas y retocruzas para obtener una línea macho estéril. Sin
embargo, para que un gametocida sea aplicable debe poseer ciertos requisitos:

Debe sctuar sobre el polen y no tener efecto sobre la fertilidad del óvulo

No ser mutagénico

De aplicación fácil y económica

No debe ser peligroso para el hombre ni para las plantas

Debe ser repetible
Figura 2.4. Esquema de producción de un híbrido simple y mantenimiento de
las líneas parentales utilizando esterilidad citoplásmica génica. A y B son líneas
isogénicas. El carácter CMS se introduce mediante retrocruzas repetidas
utilizando el material de cría como recurrente
21
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Al presente ninguno de los distintos gametocidas ensayados en diferentes
cultivos no han dado los resultados esperados por lo la investigación en este
sentido continua hasta el presente.
Figura 2.5. Obtención de híbridos dobles en maíz utilizando CMS. Alternativas:
Substitución de línea 3 por (S)RfRf o (F)RfRf. Emasculación de línea 3.
Utilización de (S)RfRf por (F)RfRf en línea 4
Reproducción asexual.
Propagación Vegetativa
La reproducción asexual consiste en la reproducción de individuos a partir de
porciones vegetativas de la planta. Los cultivos que se pueden propagar
vegetativamente son, generalmente, altamente heterocigóticos y poliploides
(papa, batata, banana). En algunos casos son aneuploides como en la caña de
azúcar. En otros la capacidad de florecer y producir semillas ha desaparecido
como en ajo.
Las especies que se pueden propagar clonalmente, en general son alógamas,
las cuales muestran intolerancia a la endocría. La alta heterocigocidad presente
en cada clon individual permite descubrir y explotar la presencia de heterosis.
Es decir se puede fijar la heterosis observada en un clon en particular
simplemente con su reproducción agámica.
La coexistencia de la reproducción sexual y la propagación vegetativa en un
individuo, presenta una ventaja evolutiva. La reproducción sexual permite la
22
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
evolución y la conquista de nuevos ambientes, mientras que la multiplicación
vegetativa posibilita la fijación de genotipos adaptados a un ambiente.
Tabla 2.5. Especies de reproducción asexual
Especie
Frutilla
Plátano
Piña
Papa, Batata
Cebolla, Ajo, Tulipán
Cítricos, Café, Cacao
Caña de Azúcar
Piretro
Multiplicación
Estolones
Rizoma
Hijuelo
Tubérculo
Bulbo
Injerto
Tallos
División de plantas
CLONACION
Concepto de Clon
Material genéticamente uniforme derivado de un solo individuo y que se
propaga de forma exclusiva por medios vegetativos. También es correcto
definir a un clon como: Un conjunto de individuos genéticamente idénticos
provenientes de la multiplicación vegetativa de una planta madre o de un
conjunto de individuos pertenecientes a un clon precedente.
En tanto el medio permanezca razonablemente constante, un clon mantendrá
estabilidad en la expresión de sus características. Sin embargo, ante cambios
drásticos de las condiciones ambientales, una especie propagada clonalmente
estará en desventaja, debido a que no tiene oportunidad de desarrollar nuevas
formas mejor adaptadas mediante la recombinación genética.
Técnicas In-vitro
La propagación de plantas mediante técnicas in-vitro permite incrementar la
propagación vegetativa, permitir el saneamiento de cultivares con virosis, y en
algunos casos, aplicar la propagación vegetativa a cultivos que normalmente se
propagan por semilla. También se puede utilizar el cultivo de tejidos in-vitro
para generar variabilidad genética, llamada variación somaclonal o
gametoclonal.
La propagación in-viro también permite la conservación de germoplasma en
forma de tejidos en especies tropicales que no se pueden conservar mediante
semillas ortodoxas (semillas recalcitrantes).
Causas de Variación
La posible variación genética entre los individuos pertenecientes a un clon
(dentro de un clon) se debe fundamentalmente a dos causas: mutagénesis y
23
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
variación somaclonal. Estas pueden ser naturales o inducidas por el hombre
para aumentar la variabilidad genética.
Muchos de los cultivares de plantas frutícolas y hortícolas se han debido a
mutaciones de yema u otros órganos de crecimiento. Entre éstos se
encuentran la papa variedad Bintje, en Peral la variedad Williams; en manzano
la variedad Golden Delicius y en ajo la variedad Rosado Paraguayo.
Apomixis.
Cuando la reproducción asexual se realiza por semilla y la misma no proviene
de una unión sexual, ya que existen modificaciones o supresión de los
procesos fundamentales como la meiosis y/o mitosis, esa semilla se denomina
apomíctica (Amphimixis: reproducción sexual, Apomixis: sin reproducción
sexual).
En la reproducción apomíctica, los embriones se derivan de una división
mitótica de la célula madre de las megáspora o célula somática del óvulo.
La meiosis y fertilización no están comprometidas en el desarrollo del embrión
y la progenie de plantas apomícticas son réplicas exactas de la planta madre.
De esta manera la apomixis provee de un método para clonar plantas a través
de su semilla y tiene una implicancia importante como herramienta de mejora
genética de plantas.
Una ventaja de la apomixis es que no transmite enfermedades causadas por
virus, las cuales son uno de los mayores problemas en la propagación
vegetativa.
Ocurrencia de la Apomixis
Se la ha detectado en al menos 40 Familias, Gramíneas, Rosáceas y
Compuestas principalmente. También existen 125 pastos apomícticos
aproximadamente, ej.: Poa pratensis y Cenchrus ciliaris. La gran mayoría de
las sp apomícticas son alopoliploides, permitiendo la reproducción exitosa de
estos genotipos que normalmente tienen una reducida fertilidad sexual. En sp
naturales en las cuales coexisten individuos diploides y poliploides, las plantas
diploides se reproducen casi exclusivamente por medios sexuales, mientras
que los poliploides tienen una marcada tendencia a la reproducción apomictica.
Ejemplos: Paspalum y Tripsacum dactyloides.
Clasificación
I. Propagación por semilla
1. Desarrollo de la célula huevo (Oosfera) no fertilizada.
1.1 Oosfera reducida
Partenogénesis Haploide
1.2 Oosfera no reducida (Diplosporia)
Partenogénesis Diploide
1.3 Célula somática no reducida (Aposporia)
“
“
24
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
2. Desarrollo de otras células del saco embrionario
2.1 Reducida
2.2 No Reducida
3. Desarrollo del núcleo masculino en la Oosfera
3.1 Núcleo femenino eliminado
Androgénesis
3.2 Quimera de tejidos masculino y femenino Semigamia
4. Desarrollo de células somáticas
adventicia
Embrionía
II. Propagación por partes vegetativas en la zona floral
1. Órganos vegetativos en lugar de flores
2. Órganos vegetativos junto con flores
Viviparidad
Seudoviviparidad
En cuanto a la ocurrencia, las formas más comunes son la partenogénesis
diploide, la Embrionía adventicia y la seudoviviparidad.
* Partenogénesis es el desarrollo de un embrión a partir de una CM no
fertilizada. En sp diploides la CM es haploide y, por lo tanto el embrión será
haploide y estéril (partenogénesis haploide). Debido a la esterilidad de estos
haploides existe una selección natural negativa en contra de la partenogénesis.
Si se trata de sp poliploides la progenie tiene mayores chances de sobrevivir.
La selección natural en contra de la partenogénesis puede ser reducida
cuando, además de los embriones haploides, otros embriones somáticos
adicionales (a partir de la nucela o de otros tejidos diploides) son producidos:
Poliembrionia. Esta situación es común en pastos. La partenogénesis haploide
se ha reportado en gramíneas como trigo, centeno y cebada, y en solanaceas
como papa, tabaco y tomate.
Además de la partenogénesis autónoma (en la cual el polen no toma parte)
existe una forma de partenogénesis en la cual es necesaria la fertilización de la
célula central (formación del endospermo), como un estimulo para el
crecimiento de la CM no fertilizada. Esto se denomina partenogénesis
pseudogamica , se encuentra en el genero Solanum, y mediante ella se puede
obtener plantas 2x de papa Solanum tuberosum.
* La partenogénesis diploide ocurre cuando una CM diploide se desarrolla en
un embrión sin fertilización. El estado diploide es debido a fallas en la reducción
del numero de cromosomas. En algunos casos en vez de producirse 4 células
haploides, se forman 2 células diploides. Este fenómeno se denomina
Diplosporia, ej.: Taraxacum y Poa.
* En la Androgénesis la gameta masculina penetra en la célula femenina, pero
no se fusiona con la célula huevo, si no que se desarrolla en un embrión. Este
embrión tiene posee un genotipo paterno y un plasmotipo materno.
25
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
* Semigamia puede ser definida como una combinación de partenogénesis y
androgénesis. La célula madre y el núcleo espermático del polen no se
fusionan y, se dividen en forma autónoma y producen tejidos haploides que,
juntos forman un embrión y planta quimérico, ej.: Gossypium.
GENES QUE CONTROLAN LA APOMIXIS
El descubrimiento de la sexualidad total o parcial en las plantas de especies
apomícticas usualmente provee todo lo que se necesita para la manipulación
del modo de reproducción en el mejoramiento de estas especies. En los
cultivos sexuales, el problema sería más complejo, ya que primero sería
necesario encontrar apomixis en las especies o en cruzas compatibles con
parientes silvestres. La transferencia de la apomixis desde un pariente silvestre
puede requerir una cierta investigación para establecer la relación filogenética y
para superar las diferencias en el nivel de ploidía, relación entre los genomas, y
"pools" de genes.
Los genes que controlan altos u obligados niveles de apomixis se encuentran
en especies silvestres emparentadas de algunas plantas cultivadas. Por
ejemplo en Elymus rectisetus, un pariente del trigo (T. aestivum L.); Tripsacum
dactyloides L., un pariente cercano del maíz y algunas especies silvestres de
Pennisetum emparentados con el mijo. En las especies forrajeras tropicales y
subtropicales tales como las del género Eragrostis; Paspalum; y Cenchrus. Se
conoce que existe apomixis en las especies silvestres de remolacha (Beta
vulgaris L ), frutilla y mango.
La transferencia de los genes que controlan la apomixis desde las especies
silvestres a sus parientes cultivadas y la utilización de estos genes en el
mejoramiento de plantas es posible, pero ello no sería ni rápido ni fácil. Algunos
progresos, en este sentido, se han logrado en mijo y maíz. Para producir
exitosamente híbridos, el proceso de transferencia necesita comprender la
manipulación de la ploidía tanto en el nivel de las silvestres como en la
cultivada. Puede ser necesario efectuar cruzamientos puentes para lograr éxito.
La transferencia exitosa de esos genes que controlan la apomixis desde las
especies cultivadas requerirá poblaciones grandes y métodos de selección
eficientes. Las nuevas técnicas de transformación genética a través del cultivo
y regeneración de plantas desde protoplastos, parecen ser herramientas
importantes en la transferencia de genes en el futuro. No obstante, se necesita
mas información sobre el control genético de la apomixis y su interrelación con
marcadores genéticos, antes que la técnica de biología molecular pueda ser
utilizada.
Altos niveles de reproducción apomíctica no se encuentran generalizadamente
en las especies cultivadas. Es común en el genero Citrus donde se ha utilizado
eficientemente para producir pies libres de virus. Se ha reportado la existencia
de apomixis facultativa en sorgo y mijo. El desarrollo de cultivares apomícticos
en Poa pratensis y Cenchrus ciliaris han demostrado la potencialidad de su uso
en el mejoramiento vegetal.
26
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
INDICADORES DE APOMIXIS
La apomixis expresada en diversos grados, es probablemente más común en
las especies cultivadas de lo que se ha reportado, puede ser pasado fácilmente
por alto como causada por una segregación no tradicional o por el resultado de
un cruzamiento. Hay algunos indicadores de apomixis que pueden ser
chequeados con pruebas adicionales de cruzamientos, pruebas de progenie,
y/o métodos citológicos. Las desviaciones en el comportamiento normal de un
material de cría que puede sugerir una posible apomixis, tanto en plantas
cultivadas como silvestres pueden incluir las siguientes comparaciones:
 Progenie uniforme o idéntica a las plantas madres, en especies de
polinización cruzada. Una prueba de progenie utilizando semillas de
inflorescencia en polinización libre, provee un medio rápido de analizar un
número grande de accesiones.
 Tipos maternal distintos entre las progenies F1. La confirmación de la
apomixis puede requerir estudios citológicos del material materno
 Variación genética limitada o ausente en una progenie F2 de una cruza entre
dos plantas distintas.
 Genotipos recesivos a partir de una cruza entre un genotipo supuestamente
apomíctico con un gen recesivo, polinizado con un padre que es homocigoto
dominante para ese marcador genético.
 Inusual alta fertilidad de semillas en aneuploides, triploides, cruzamientos
amplios, u otras plantas para las que se espera una descendencia estéril.
 Número cromosómico aneuploide o heterocigosidad estructural que
permanece constante desde los padres a la progenie.
 Múltiples plántulas por semillas, múltiples estigmas por óvulos, múltiples
óvulos por flores, ovarios dobles o fusionados.
La detección de uno o más de estos indicadores de apomixis debe continuarse
con pruebas más detalladas y precisas. Estas pueden incluir la utilización de
polen de plantas homocigotas dominantes para un marcador genético para
polinizar plantas supuestamente apomícticas recesivas para ese marcador
genético. Será necesario emplear algún tipo de emasculación. El porcentaje de
plantas con los genes recesivos en la progenie de estas cruzas indica el grado
de reproducción apomíctica o maternal. Observaciones citológicas también se
pueden utilizar para confirmar la reproducción apomíctica o para determinar el
mecanismo de apomixis.
27
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Tipos de cultivares en relación al modo de reproducción.
Factores que afectan el tipo de cultivares a obtener
Los factores que afectan el tipo de cultivar son: el tipo de acción génica
predominante, aditiva o dominante o ambas, la presencia de Incompatibilidad,
lo que impediría la endocría, presencia de macho esterilidad, importante para la
obtención de cruzas, si es factible endocriar el material para lograr líneas
puras, si existe heterosis y en que nivel, si la especie se reproduce
asexualmente y si existe apomixis. De acuerdo a la existencia de algunos de
los factores mencionados o, una combinación de ellos es posible elegir el tipo
de variedad a obtener por selección (Tabla 2.6)
Tabla 2.6. Sistema Reproductivo, modo de propagación y tipo de variedades
Sexual
Sistema
Reproductivo
Autogamia
Modo de
Propagación
Autogamia
Tipo de Variedad
Parcialmente
Autógamo
Parcialmente
Alógamo
Cruza
controlada de
padres
Variedades Híbridas
Propagación
Vegetativa
Apomixis
Variedades Clonales
Asexual
Línea
Híbridos Apomícticos
Líneas Puras
Las líneas puras son características de los cultivos autógamos. El concepto de
línea implica alta homocigosis: 90% o más. Estos cultivares se obtienen por
endocría combinada con diferentes métodos de selección a partir de
poblaciones F2. En F6 o F7 ya se consideran líneas puras.
Cultivares de polinización abierta
Constituyen poblaciones heterogéneas compuestas de plantas genéticamente
diferentes, con un alto porcentaje de heterocigosis. Son casi exclusivos de
especies alógamas y se obtenienen por diferentes esquemas de selección
masal, por progenies o recurrente.
Cultivares Híbridos
Estos cultivares son homogéneos y altamente heterocigotos. Pueden obtenerse
híbridos simples, triples o dobles. Existen dos etapas: obtención y evaluación
28
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
de líneas endocriadas parentales y cruzamiento entre líneas superiores para
obtener los híbridos con alta heterosis.
Cultivares Clonales
Los cultivares clonales son ltamente heterocigotas obtenidos por reproducción
vegetativa. Las variedades clonales se desarrollan a partir de la cruza o de la
autofecundación. La reproducción sexual se utiliza para crear variabilidad para
selección pero no para reproducción. Las líneas o clones son mantenidas
asexualmente
Cultivares Sintéticos
Estos cultivares resultan del entrecruzamiento de un número determinado de
líneas, clones o poblaciones. Estos parentales han sido seleccionados en base
a su aptitud combinatoria. Han sido particularmente exitosos en cultivos con
cierto grado de autoincompatibilidad: alfalfa, centeno, mijo.
Multilíneas
Son mezclas de líneas isogénicas de especies autógamas. Su utilidad primaria
fue para la resistencia a enfermedades. Cada línea difiere en la resistencia
cualitativa a un mismo patógeno. El objetivo es reducir la posibilidad que el
patógeno quiebre los diferentes alelos para resistencia.
Compuestos
Son el resultado del cruzamiento o la mezcla de dos o mas cultivares o líneas.
Un compuesto siempre está cambiando su constitución (adaptación al
ambiente). La constitución original no puede ser mantenida por el mejorador.
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Cubero, J., 1999. Introducción al mejoramiento genético vegetal. Mundiprensa,
Madrid, 365 pp.
Hayward, M. D., Bosemark, N. O., Romagosa, 1994. Plant Breeding: Principles
and Prospects. I. Chapman and Hall Ltd.
Marrewijk, G.A.M., 1994. Flowering biology and hybrid varieties. I Flowering and
pollination. Wageningen Agricultural University, Wageningen, 132 pp.
Sleper, D. A. and J. M. Poehlman, 2006. Breeding field crops. Fifth edition.
Blackwell Publishing, 424 pp.
29
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 3.
Endocría y Heterosis
Endocría
Introducción
La endocría es definida como el apareamiento entre individuos relacionados
por poseer un ancestro en común (Falconer y Mackay, 1996). Es el
apareamiento entre individuos que están más estrechamente relacionados
entre sí que en comparación con aquellos individuos que se aparean al azar
dentro de una población. De acuerdo a Sleper y Poehlman (2006), podemos
definirla también como cualquier sistema de apareamiento que conduce a la
homocigosis.
Primeros trabajos
Los primeros en experimentar con la endocría o endogamia fueron algunos
botánicos como Koelreuter en 1763, quien describió los efectos de la
endogamia y vigor en tabaco. Charles Darwin (1868), experimentó con algunas
especies incluso con el maíz y de acuerdo a sus descripciones sobre los
efectos perjudiciales de la endogamia el concluyó que: “..la naturaleza
aborrece la autofecundación perpetua..”. En Estados Unidos, los investigadores
G. Shull y East (1908) y Jones (1918), experimentaron y describieron efectos
de la endogamia y vigor híbrido en maíz, sentando las bases para el desarrollo
y diseminación de los cultivares híbridos en USA. Shull en 1952, estableció la
autofecundación como el procedimiento para el desarrollo de líneas puras
(endocriadas) para su utilización como progenitores de híbridos.
Tipos de apareamientos consanguíneos.
Existen cuatro sistemas de apareamiento para incrementar la homocigosis en
una población en mejoramiento: autopolinización, hermanos completos, medios
hermanos y retrocruzas. La autopolinización ocurre cuando las gametas
femeninas y masculinas que provienen del mismo individuo se unen para
producir el embrión. Los hermanos completos se obtienen cuando se aparean
dos plantas de la población. Cuando un individuo o planta es polinizado
aleatoriamente por el polen de la población se obtienen medios hermanos.
Finalmente, la retrocruza es el cruzamiento de un individuo por uno de sus
padres en sucesivas generaciones. La forma más extrema de endocría es el
apareamiento de un individuo por sí mismo, es decir la autopolinización (Figura
3.1).
Consecuencia de la endocría
Como consecuencia del apareamiento consanguíneo, en particular debido a la
autofecundación de individuos heterocigotos, irán apareciendo homocigotos
recesivos para genes deletéreos, aquellos que reducen la eficacia biológica del
individuo, por ejemplo: disminución de la fertilidad, reducido vigor, etc. También
30
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
pueden surgir letales que directamente impiden el desarrollo y la reproducción
del individuo.
Coeficiente de endocría.
Definición: La probabilidad que dos genes en el mismo locus sean iguales por
descendencia (Malecot, 1948).
Coeficiente de endocría en especies diploides: El coeficiente de endocría es
calculado para determinar el nivel de homocigosis en una generación
específica:
En el caso de autofecundación F = ½ (1 + F´)
F: coeficiente de endocría.
F´: coeficiente de endocría de la generación precedente.
F = 1 homocigosis completa
F = 0 Población en panmixia
En una población en apareamiento al azar de plantas no endocriadas, por
ejemplo una población de maíz, F=0. Luego de una generación de
autofecundación:
F = ½ (1 + 0) = 1/2 o 0,5
Considerando el valor de F en la ley de Hardy-Weimberg:
Genotipo
AA
Aa
aa
Frecuencia
p2 (1 – F) + pF
2pq (1 – F)
q2 (1 – F) + qF
F= 0 Panmixia
p2
2 pq
q2
F=1 Endogamia
p
0
q
Propósitos de la endocría.
Uno de los principales propósitos de la endocría es el desarrollo de genotipos
que puedan ser mantenidos a través de numerosas generaciones de
producción de semillas. Los cultivares de plantas autógamas, trigo, soja, por
ejemplo, son reproducidos por muchas generaciones sin que ocurran cambios
en su composición genética (líneas puras). En alógamas, en el caso de la
producción de híbridos, es indispensable el mantenimiento y reproducción de
las líneas parentales homocigotas (líneas endocriadas) para la obtención del
cultivar híbrido.
La endocría permite reducir la frecuencia de alelos recesivos deletéreos en
genotipos que luego podrán utilizarse como progenitores de una variedad
sintética o de un cultivar de propagación asexual.
31
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
% Homocigosis
Al permitir la expresión de alelos recesivos, la endocría incrementa la varianza
genética entre individuos de una población, y de esta forma mejora la eficiencia
de selección, al poder eliminar alelos que codifican para características no
deseables.
1
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0
MH
HC
A
1
3
5
7
10
Generaciones
Figura 3.1. Porcentaje de homocigosis con relación al número de generaciones
de endocría para tres sistemas de apareamiento: MH: medios hermanos, HC:
hermanos completos y A: autofecundación.
Depresión por endocría
Wright, ya en 1922, estableció que la relación entre el comportamiento medio y
la reducción de la heterocigosidad debería ser lineal, independientemente del
grado de dominancia (parcial, completa o sobredominancia) a menos que están
involucrados efectos epistáticos o de ligamiento. El grado de depresión por
endocría está en función de la frecuencia alélica, la existencia de dominancia y
del número de loci segregantes.
En maíz se han observado claramente los efectos de la consanguinidad:
pérdida de vigor, plantas deficientes en clorofila, tallos frágiles y quebradizos,
plantas enanas, espigas pequeñas, panojas malformadas y reducción en la
productividad.
La disminución general en el vigor del organismo o Depresión por Endocría, se
puede calcular mediante la relación entre las generaciones F1 y F2:
DE(%) : 100.
( F1  F 2)
F1
DE: depresión por endocría, estima la carga de genes deletéreos. A mayor
diferencia entre la F1 y la F2 mayor será la carga de genes deletéreos. F1:
32
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
individuos heterocigotos, F2: individuos segregantes por autofecundación de la
F1.
Endocría en especies poliploides.
En autotetraploides son necesarios cuatro alelos idénticos por locus para
completa homocigosis comparados con los dos necesarios en una especie
diploide, por lo tanto la homocigosis es alcanzada más tardíamente en
autotetraploides que en diploides. Debido a este multialelismo, las especies
autopoliploides pueden acumular una gran cantidad de alelos deletéros en
comparación con las diploides. Esto puede producir una mayor depresión por
endocría en estas especies.
Respuesta a la endocría
De acuerdo a la depresión por endocría es posible clasificar a las distintas
especies de acuerdo a su tolerancia a la endocría:
Cultivos poco tolerantes: Alfalfa: tras 2-3 generaciones de autofecundación las
mayorías de las líneas se pierden. Remolacha azucarera y zanahoria son
también muy sensibles a la endocría.
Cultivos tolerantes: Las cucurbitáceas en general parecen poco afectadas, o
sea que poseen alta tolerancia a la endocría.
El maíz tiene una posición intermedia: 20-30 % de las líneas llegan a altos
niveles de homocigosis con respecto a la población original.
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Falconer, D. S. y T. Mackay, 2001. Introducción a la genética cuantitativa. Ed.
Acribia, 494 p.
Malecot, 1948. Les mathematiques de l´heredité. Masson. Paris
Sleper, D. A. and J. M. Phoelman, 2006. Breeding Field Crops. Blacwell, 424
pp.
Wright, S., 1922. The effects of inbreeding and cross breeding on guinea pigs.
US Dept Agric. Bull 1121.
33
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Heterosis
Introducción
Es el incremento en vigor, tamaño, rendimiento o de una función determinada
de la progenie híbrida en relación a sus padres. También llamada vigor híbrido
que resulta de la cruza de padres genéticamente diferentes.
Heterosis es el comportamiento superior de los individuos híbridos en
comparación con los padres. Fenotípicamente es la manifestación de vigor en
la F1 para uno o varios caracteres superando a los padres
Primeros trabajos.
Koelreuter (1776) reportó el incremento en el crecimiento en híbridos con
especies de Nicotiana. Darwin (1862) trabajó con varias especies con
autofecundaciones y cruzamientos incluyendo al maíz. Beal (1880) en EE.UU
reportó incrementos en el vigor de plantas en cruzas entre poblaciones de maíz
de distintos orígenes. Shull (1917) denominó a este fenómeno como “heterosis”
y lo definió como la superioridad del híbrido sobre las poblaciones parentales.
Estos y otros investigadores supusieron que la condición híbrida ejercía un
efecto estimulante sobre los mecanismos fisiológicos de la planta lo que
redundaba en un mayor crecimiento y vigor.
Teorías que explican la heterosis
Existen dos teorías que tratan de explicar el fenómeno de la heterosis, aunque
hasta el presente no existe suficiente evidencia experimental para determinar
cuál es la principal responsable de la ocurrencia de la heterosis. Más aun, se
considera que las dos no parecen ser totalmente adecuadas para explicar el
fenómeno.
Teoría de la Dominancia
Esta teoría asume que el vigor híbrido resulta de la acumulación de un gran
número de genes favorables y con efecto de dominancia. De acuerdo a esto,
los alelos que contribuyen al incremento en vigor son dominantes, mientras que
los recesivos son de efecto neutral, perjudicial o deletéreo en el genotipo. Si los
alelos dominantes de un padre se complementan con los alelos del otro padre
en el híbrido (F1), la F1 poseerá una mejor combinación de genes favorables
que cualquiera de los padres (Figura 3.1).
De acuerdo a esta teoría sería posible obtener, mediante endocría en una
población heterocigota como por ejemplo el maíz, una línea que fuera tan
productiva como un híbrido. Dicho de otro modo, que en una línea se puedan
concentrar todos los genes favorables en estado homocigoto. Esto no has sido
posible hasta el momento y constituye lo que se considera una debilidad de
esta teoría. Esto parcialmente es explicado como que, en una especie de
polinización cruzada como el maíz, existen un gran número de alelos
deletéreos para que sea posible obtener una línea con todos los suficientes loci
34
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
en estado homocigota dominante para que el vigor de la línea sea comparable
al del híbrido. Cuando los padres difieren en un gran número de alelos que
controlan un carácter cuantitativo, la probabilidad de obtener todos los alelos
favorables en un solo individuo es muy remota.
Teoría de la Sobredominancia
De acuerdo a la sobredominancia, los loci heterocigotos contribuyen más al
vigor híbrido que los homocigotos. El híbrido más vigoroso será el que posea el
mayor número de loci heterocigotos, o sea que existe un mayor valor
genotípico del heterocigota comparado con ambos homocigotas para un locus
particular. Esta teoría supone que existen alelos contrastantes para un locus
simple, ejemplo: dos alelos, a1 y a2, a1 produce el polipéptido p1, a2 produce
el polipéptido p2, una planta homocigota producirá un polipéptido (p1 o p2)
mientras que una planta heterocigota producirá ambos productos (p1 + p2), por
lo tanto los heterocigotos son superiores a los homocigotas (Figura 1).
Argumentos en contra de esta teoría es la escasa evidencia encontrada en
caracteres cuantitativos y que, generalmente, un gen es activo a la vez.
En general, la teoría de la dominancia es sindicada como la forma más
plausible de explicar la heterosis y no existe evidencia de otra acción génica
responsable como podría ser la epistasia dominante. La teoría de la dominacia
es consistente con evidencia genómica reciente acerca de la diferencia en
contenido génico en líneas endocriadas de maíz. La heterosis depende de la
sumatoria de los efectos dominantes y de las diferentes frecuencias génicas
entre los padres:
HF1 = Σ dy2
HF1: heterosis en la F1.
d: efectos dominantes
y2: diferencias en la frecuencia génica entre las líneas endocriadas.
La magnitud de la heterosis dependerá de la distribución de las frecuencias
alélicas entre los genotipos que darán lugar al híbrido. Por lo tanto si se
producen individuos con diferentes frecuencias alélicas para un gran número
de loci, la probabilidad de obtener híbridos con heterosis será mayor. Esto es
lograr, mediante el mejoramiento, ejemplo: endocriando plantas de maíz,
obteniendo líneas endocriadas con diferentes alelos para un mismo locus y con
relación de dominancia entre ellos.
Medición de la Heterosis
El comportamiento de un híbrido con relación a sus padres puede ser
expresado de dos formas. Heterosis media es el comportamiento del cultivar
híbrido con relación al comportamiento promedio de sus padres. La heterosis
con respecto al padre mayor es la comparación del híbrido con el
comportamiento del mejor padre, este tipo de heterosis también se la denomina
heterobeltiosis.
35
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La heterosis es generalmente expresada en porcentaje de acuerdo a las
siguientes fórmulas:
Heterosis media (%):
(F1 – Xi) / Xi x 100
Xi: Media de los padres (P1 + P2)
Heterosis con respecto al padre de mayor expresión (%):
(F1 – P)/P x 100
F1: Valor del híbrido
P: Padre de mayor expresión
Ejemplo:
F1: 90; P1: 60; P2: 80
Heterosis media = (90 – 70/70) x 100 = 28,6%
Heterosis con relación al padre mayor = (90 – 80/80) x 100 = 12.5%
(Heterobeltiosis)
AAbbCC
10 + 6 + 8 = 24
X
AABBcc
10 + 12 + 4 = 26
No Dominacia
AABbCc
10 + 9 + 6 = 25
No heterosis
Dominancia
10 + 12 + 8 = 30
Heterosis
Sobredominancia
Bb>BB o bb
Bb>12
Cc>8
AABbCc
10 + 13 + 9 = 32
Heterosis
Figura 3.1. Ejemplo numérico de las teorías de la dominancia y
sobredominancia como explicación de la heterosis.
Tipo de variedades y heterosis.
Cultivares diploides
En una especie diploide con dos alelos por locus, la heterosis promedio de una
cruza es mayor en las cruzas simples debido que el número de loci con un
alelo dominante es mayor. En un híbrido triple la heterosis depende de la
frecuencia de los loci que retengan un alelo dominante. Esto está en función de
las relaciones genéticas entre el híbrido simple y la tercera línea que formarán
36
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
el híbrido triple. La frecuencia de loci con alelos dominantes generalmente es
menor en un híbrido triple que en uno simple. En el caso de un híbrido doble la
frecuencia de loci con alelos dominantes será menor que en el híbrido triple. Al
incrementar el número de líneas que forman una cruza, aumenta la
probabilidad que algunos loci sean homocigotas para genes recesivos lo que
disminuirá la heterosis, de acuerdo a lo expuesto en las teorías que explican el
fenómeno de la heterosis.
Cultivares autopoliploides
En número de alelos diferentes en un locus de una especie autotetraploide
puede ir de uno a cuatro. Se ha postulado que la máxima heterosis es
expresada por un locus tetragénico (abcd), y declinara en un trigénico (abcc),
digénico (aaab) y en un locus monogénico (aaaa) (Busbice & Wilsie, 1966). De
acuerdo a esto, un sistema de mejoramiento que maximice la frecuencia de loci
con alelos múltiples maximizará la heterosis. La frecuencia de loci con alelos
múltiples en un híbrido está asociada con el nivel de endocría de los padres. Lo
híbridos dobles tendrán mayor número de loci multialélicos que los híbridos
simples si los padres son endocriados (Figura 3.2).
Diploides
AABBccdd
X
aabbCCDD
Híbrido Simple
AaBbCcDd
Máxima heterosis
AaBbCcDd
X AABBccdd
Híbrido Triple
AaBbCcDd; AABbccDb;
AABBccDd; etc
Aparecen loci en homocigosis y disminuye la heterosis
Autopoliploides
aaaa x bbbb
cccc x dddd
aabb x ccdd
abcd
Máxima heterosis
Figura 3.2. Heterosis en cultivos diploides y autopoliploides cuando los padres
son líneas endocriadas homocigotas.
37
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Implicancias de la heterosis en el Desarrollo de Cultivares
La posibilidad de utilizar híbridos como producto final del mejoramiento para la
producción comercial ha sido examinada en casi todas las especies. Los
motivos excluyentes son la elevada productividad y uniformidad y la certeza de
poseer un producto que debe ser adquirido todos los años por el agricultor,
dado que no es posible su reproducción sin perder mucha de la productividad y
uniformidad.
Si el producto final es un híbrido, el sistema de mejoramiento deberá prever,
principalmente si la obtención del híbrido se justifica, es decir, si la heterosis
compensará el costo extra de la obtención de la semilla híbrida. La facilidad o
no obtención de líneas endocriadas u homocigotas, si el sistema reproductivo
de la especie lo permite. Estas líneas deberán ser evaluadas en combinaciones
híbridas preliminares para descartar aquellas que no posean buena aptitud
combinatoria. Finalmente para la producción comercial la facilidad de obtener
semilla híbrida a gran escala.
El fenómeno de la heterosis varía en las diversas especies. Generalmente es
mas frecuente e intenso en alógamas que en autógamas, por ejemplo: 10% en
trigo, 200% en maíz (Tablas 3.1 y 3.2).
Tabla 3.1. Heterosis promedio en cereales y leguminosas
Cultivo
Heterosis %
Trigo
Autógama
10
Soja
“
13
Arroz
Colza
“
“
15
30 – 60
Girasol
Alógama
40
Maíz
“
100
Estrategias comerciales para la explotación de la heterosis
Desde la perspectiva de las empresas semilleros se deberá tener en cuenta si
los híbridos van ha satisfacer las necesidades del cliente. El retorno a la
inversión debe ser, al menos, 3 veces el costo de la semilla híbrida. El precio
de la semilla híbrida debe ser suficientemente alto para permitir un retorno del
10-15% (compañías privadas), y permitir una inversión del 5 – 10% de las
ventas para investigación.
Integrar variables - clave para el éxito.
En síntesis para que la obtención de variedades con heterosis el mejorador
debe tener en cuenta las siguientes variables:
38
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
1. El sistema de polinización del cultivo
2. Las opciones para manipular el sistema de polinización
3. El Costo de la emasculación u otros preparativos para la hibridación
4. El Rendimiento del cultivo
5. El Valor comercial del cultivo por unidad de tierra
6. La producción de semillas del cultivo
7. El rendimiento en semillas en el campo de producción de semilla híbrida.
8. El rendimiento extra esperado debido a la heterosis
9. La uniformidad del híbrido
10. La facilidad de mejorar el cultivo para otros caracteres (ej.: tolerancia)
11. La facilidad de demostrar la superioridad del híbrido
12. La disponibilidad de líneas públicas o privadas
Tabla 3.2. Heterosis promedio en cultivos hortícolas
Cultivo
Heterosis (%)
Pimiento
Autógama
35
Tomate
“
60
Brocoli
Alógama
12 - 15
Repollo
“
12 - 15
Cebolla
“
14 – 67
Espinaca
“
16 - 20
Espárrago
Dioica
25 - 38
Consideraciones Finales
La heterosis es el fenómeno opuesto a la depresión por endocría y depende
principalmente de efectos de dominancia y posiblemente de tipos de epistasia
dominante. Si la acción génica predominante es estrictamente aditiva no se
detectará heterosis con relación a los padres. En general cruzas entre
genotipos con gran divergencia genética (frecuencias génicas distintas)
muestra una F1 con alta heterosis. La manifestación de la heterosis depende
del grado de endocría de los padres. Las causas genéticas, las teorías, de la
manifestación de la heterosis son aún motivo de debate. Por último, sigue
vigente el interrogante de porqué existe heterosis en algunas especies y en
otras no.
Perspectivas
A pesar que la base genética no está bien dilucidada aún, el desarrollo de
nuevas técnicas podrá proveer de información adicional sobre los tipos de
acción génica importantes en la expresión de la heterosis (Hallauer, 1999).
Empleo de marcadores moleculares para predecir heterosis, identificando
39
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
grupos heteróticos, antes de la evaluación a campo. Estudiar la correlación
entre la distancia genética y la heterosis puede permitir la elección de las líneas
de mayor divergencia.
Localización de la acción génica: loci individualizados con sobredominancia
(Molecular y QTL mapping): Genes duplicados, es posible detectar subregiones
con las misma actividad sobre uno o varios caracteres cuantitativos. A nivel de
ADN se están estudiando la posible influencia de cambios en contenido,
supresión, activación, paramutaciones, amplificaciones y cross-over
desbalanceado para desentrañar las causas de la heterosis.
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Falconer, D. S. y T. Mackay, 2001. Introducción a la genética cuantitativa. Ed.
Acribia, 494 p.
Hallauer, A. R., 1999. Heterosis. What have we learned? What have we done?
Where are we headed? In: The genetics and exploitation of heterosis in crops.
ASA, CSSA.
Hallauer, A.R. and J.B. Miranda, F.O., 1988. Quantitative Genetics in Maize
Breeding. 2nd ed., Iowa State University Press, Ames, IA, USA.
Sleper D. A. and J. M. Poehlman, 2006. Breeding Field Crops, 5th Edition,
Blackwell Publishing, 424 p.
Sprague, G.F., 1983. Heterosis in maize. Theory and practice. In: Monographs
on Theoretical and Applied Genetics, Vol 6 Heterosis, R. Frankel (ed.), pp 47 70.
Van Marrewijk, G. A. M., 1994. Heterosis, In: Flowering Biology and Pollination,
Wageningen Agricultural University, The Netherlands, 136 pp.
40
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 4.
Recursos Genéticos Vegetales
Importancia de los Recursos Genéticos Vegetales
En la agricultura existe un proceso que se repite continuamente, el reemplazo
de variedades existentes en cultivo por otras con mejores aptitudes. Las
variedades reemplazadas no son cultivadas por los agricultores, se convierten
en obsoletas y, si no se mantienen de alguna manera pueden llegar a perderse.
Las causas por las que una variedad es reemplazada por otra son
fundamentalmente:
1. Su rendimiento es menor que las variedades modernas o recientes.
2. Son susceptibles a nuevas razas de un patógeno determinado
3. El consumidor ha cambiado su demanda
Sin embargo, muchas características de la variedad reemplazada como
contenido y/o composición de proteína, tolerancia a estrés, resistencia a
determinadas razas de patógenos, pueden ser de considerable valor para la
obtención y el mejoramiento de nuevas variedades. Las variedades obsoletas
pueden poseer caracteres que no son de importancia actual, pero pueden
convertirse en una inestimable fuente de variabilidad o de caracteres
específicos para modernas variedades en el futuro. Por esta razón es que las
variedades obsoletas que se han retirado del cultivo deben ser mantenidas en
colecciones para su utilización cuando las condiciones o requerimientos así lo
demanden.
Los mejoradores de plantas manejan un número reducido de colecciones de
germoplasma de una especie que posee caracteres de interés para los fines
específicos del mejorador. Por razones de tiempo, costo y espacio, los
mejoradores no pueden mantener grandes colecciones de germoplasma. Si el
mejorador cambia el objetivo de la mejora, por ejemplo necesita incorporar
tolerancia a una determinada enfermedad, todo el material que disponía hasta
ese momento puede tornarse de poco valor para él. Si ese material no se
reproduce adecuadamente, puede perder su viabilidad y ser desechado. Sin
embargo, este material, como hemos visto es fuente de variación genética y
debe conservarse para su posible uso posterior por otros mejoradores. Los
estudios de filogenia, evolución natural o artificial y taxonomía de las plantas
también necesitan de acceso a material, sobre todo aquel no domesticado o
salvaje, por lo que no solo los mejoradores se benefician de la conservación de
los recursos genéticos.
La tarea de colección y mantenimiento del germoplasma queda o debe quedar
en manos de instituciones nacionales e internacionales para su utilización
posterior. Estos bancos de germoplasma conservan y documentan el material,
el cual debe ser de libre acceso a las personas o instituciones interesadas en
el.
41
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Distribución de los Recursos Fitogenéticos
Vavilov en 1920 fue el primero en identificar áreas con características
geográficas similares donde se encontraba la mayor variabilidad genética para
la mayoría de las especies cultivadas. Zhukovsky (1965), un asociado de
Vavilov, identificó 12 centros de diversidad de las plantas cultivadas (Tabla
4.1).
Fuentes de Variación Genética
Variedades Modernas
Las variedades modernas se cultivan a gran escala y están compuestas por
líneas puras en el caso de las autógamas, híbridos en alógamas y clones en
aquellas especies de reproducción asexual. Estas variedades son
genéticamente homogéneas, la línea pura consta de un único genotipo
homocigota, los híbridos de la F1 de dos líneas (ej.: maíz), y los clones de
material heterocigota pero homogéneos, es decir todas las plantas de la
variedad presentan la misma constitución genética. Estas variedades cuando
son reemplazadas se convierten en variedades obsoletas.
Tabla 4.1. Plantas cultivadas y sus centros de diversidad.
1.
2.
3.
4.
Región
Chino-Japonesa
Indochina - Indonesia
Australia
Indostán
5. Asia Central
6. Medio Oriente
7. Mediterráneo
8. África
9. Europa-Siberia
10. América del Sur
11. América Central y México
12. América del Norte
Plantas Cultivadas
Soja, Citrus, Durazno, Bambú, Te.
Arroz, Cucurbitáceas, Mango, Banana, Árbol del Pan, Lima,
Eucaliptus, Acacia,
Arroz, Pimienta Negra, Pimienta Verde, Garbanzo, Yute,
Zapallo, Sésamo, Caña de Azúcar,
Trigo, Centeno
Ajo, Cebolla, Espinaca,
Lenteja, Garbanzo
Manzano, Castaño, Almendro, Pistacho, Melón.
Lúpulo, Cannabis, Sésamo,
Trigo (T. durum; T. aestivum), Cebada, Centeno
Garbanzo, Lenteja
Trigo (T. durum; T. turgidum), Avena
Lechuga, Colza
Olivo, Trifolium, Lupino, Apio
Trigo
Arroz Africano, Sorgo,
Durazno, Manzano
Papa, Batata, Xanthosoma.
Amaranto, Chenopodium, Cucurbita, Tomate, Tabaco, Lupino
Maíz, Papa, Cucurbita, Pimienta/Chilli, Amaranto,
Chenopodium, Tabaco, Sisal, Algodón
Girasol, Frutilla
42
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Variedades Obsoletas y Antiguas
La variedades obsoletas comprenden variedades locales (landraces) y
variedades mejoradas que fueron reemplazadas por nuevas variedades. En
algunos países existen y todavía son cultivadas las denominadas tipos
primitivos o variedades primitivas que poseen muchas características que no
han sido mejoradas por selección. Esto es frecuente en países que no cuentan
con estaciones de mejoramiento o en los cuales no se han introducido
variedades modernas. En otros países estas landraces han sido reemplazadas
por variedades mejoradas y se han convertido en variedades obsoletas. Sin
embargo, estas pueden ser todavía cultivadas por agricultores que no tienen
acceso a las nuevas. Variedades antiguas, en un tiempo las variedades
antiguas fueron variedades modernas que fueron reemplazadas por nuevas y
mejores variedades. Las variedades antiguas fueron las que reemplazaron a
las variedades locales. Ellas fueron obtenidas por selección de líneas dentro de
una variedad local o por la cruza de dos variedades locales, luego de la cual se
practicó selección. En las especies alógamas la selección masal fué la
responsable de la obtención de las primeras variedades mejoradas a partir de
las variedades locales (land varieties).
Malezas
Las malezas crecen junto a los cultivos domesticados. En general, ellas se
originaron de la adaptación de tipos salvajes a tipos adaptados al manejo del
hombre, de cruzamientos entre tipos salvajes y domesticados o a partir de
involución de tipos domesticados. La convivencia de las malezas y de los
cultivos domesticados puede formar un canal para el flujo génico entre los tipos
salvajes y domesticados.
Debido a los modernos métodos de eliminación de malezas y de purificación de
semillas, las malezas pueden disminuir su presencia en el fututo. Sin embargo,
en los sistemas agrícolas altamente desarrollados algunos tipos salvajes
pueden persistir. Un ejemplo lo constituye una forma salvaje de la remolacha
azucarera en Europa y América del Norte. Tipos derivados de la cruza entre
domesticados y salvajes son anuales, ellos producen semillas antes que el
cultivo domesticado es cosechado (bianual). Las semillas del tipo salvaje tienen
una larga dormición, por alrededor de 10 años, los cual va ha producir tipos
salvajes en los cultivos de remolacha.
Ancestros salvajes y especies relacionadas.
La ancestros de las plantas domesticadas deben ser preservadas debido a que
poseen muchos genes que condicionan características relevantes. La
preservación puede realizarse mediante la colecta de semillas o mediante la
preservación de ejemplares en su lugar (in situ) impidiendo su extinción por la
naturaleza o el hombre. Para asegurarse que un tipo salvaje puede ser de
utilidad, se debe investigar la posibilidad de que se cruce con un tipo
domesticado, la existencia de barreras a la hibridación, etc.
43
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Tabla 4.2. Posibilidad de encontrar recursos genéticos y su valor para el
mejoramiento.
Área
Tipo de
Recurso
Genético
Centro de
Diversidad
Área de
Cultivo
Estación
de Mejora
Estación de
Investigación
Valor para el
Mejoramiento
Cultivares
Modernos
Ausente/
Posiblemente
presente
Presente
Presente
Posiblemente
presente
Complejos génicos
de alto valor. Sin
variación genética
Cultivares
Obsoletos
Ausente/
Posiblemente
presente
Presente
Presente
Posiblemente
presente
Complejos génicos
de mediano valor.
Baja variación
genética
Razas de
campo
(Landraces)
Presente/
Posiblemente
ausente
Presente/
Posiblemente
ausente
Presente
Posiblemente
presente
Complejos génicos
de bajo valor. Alta
variación genética
Presente/
Posiblemente
ausente
Presente/
Ausente
Presente
Malezas
Posiblemente
presente
Complejos génicos
de bajo valor. Alta
variación genética
Colección
del
Mejorador
Ausente
Ausente
Presente
Posiblemente
presente
Depende de la
colección
Colección
del
Especialista
Ausente
Ausente
Ausente
Presente
Depende de la
colección
Colección del Mejorador (Breeding Stock)
Mucho del germoplasma del mejorador no llega a constituir una nueva
variedad, sin embargo este material posee genes de valor. Dependiendo del los
objetivos del mejorador su colección puede comprender materiales de su
propia región, materiales foráneos, tipos salvajes, etc.
Colección del Especialista
Son colecciones para fines específicos, no siempre destinados a obtener una
nueva variedad. Consisten en colecciones de mutantes, aneuploides,
translocaciones, líneas que poseen ciertos genes específicos, etc.
44
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Estas seis fuentes que juntas forman el reservorio de genes pueden ser
divididas en clases de acuerdo a el sitio o a los sitios donde el material fue
recolectado o de las colecciones ya existentes de las cuales se las obtuvo
(Tabla 2).
1. Colección a partir de los centros de diversidad, especialmente para la fuente
2 y 3. si el centro de diversidad coincide con el área donde los tipos salvajes
se encuentra, como es común, la fuente 4 debe ser incluida.
2. Colección a partir del área de cultivo, para las fuentes 1, 2, 3, 5 y 6. Si el
área salvaje está comprendida dentro del área de cultivo, se debe agregar
la fuente 4.
3. Colección a partir de estaciones de mejoramiento y de instituciones de
investigación, para las fuentes 1 a 6.
Variación Genética, Homogeneidad y Valor Genético
En general la variación de un germoplasma es cuantificada visualmente como
baja, moderada o alta. En estos casos la evaluación se centra en
características fácilmente observables y distinguibles a simple vista. Este tipo
de variación es llamada homogeneidad. Sin embargo, a pesar de que una
muestra aparezca como homogénea ella puede variar en forma considerable
para caracteres que no son fácilmente observables, por ejemplo el rendimiento.
El valor genético es un ítem discutible dado que diferentes mejoradores pueden
aplicar diferentes criterios para valorar una fuente de germoplasma. Una fuente
de material no adaptado y que a priori no sea de valor para obtener una nueva
variedad, puede, no obstante, ser portador de genes valiosos si ellos
condicionan, por ejemplo, la resistencia a una nueva enfermedad.
Colecta de Germoplasma
Centros de Diversidad
Cuando Vavilov estudió la distribución de la variación de un cultivo
domesticado, el encontró que: a) la más alta variación se encontraba en una o
unas pocas áreas y b) que esas áreas y los diferentes cultivos se solapaban en
varias regiones. El nombró a tales regiones como Centros de Origen. Más tarde
esta denominación fue cambiada por el de Centros de Diversidad o Centros de
Variación, debido a que un área con la mayor diversidad no necesariamente es
también el área de origen del cultivo domesticado. También se descubrió que
varios cultivos tienen más de un centro de diversidad. La región o centro
donde un cultivo es domesticado es llamado Centro Primario de Diversidad,
mientras que los otros centros o áreas con gran diversidad son llamados
Centros Secundarios de Diversidad.
Cuando mas datos de mas cultivos fueron obtenidos se tuvo que ampliar la
denominación de los centros como “megacentros”, donde varios cultivos fueron
domesticados en varios lugares al mismo tiempo, poseyendo lo que se
denominó como un “centro difuso”.
45
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
De acuerdo a lo expuesto, la mayor variación de encuentra en estos centros de
diversidad, y por lo tanto las expediciones de colecta deben ser dirigidas a esas
áreas.
Estrategias de Colecta
Exploración. Se realiza una recolección en forma general sin medidas
especiales para asegurarse que todos los “genes” hayan sido recolectados.
Este tipo de recolección se realiza cuando no hay tiempo para un estudio
riguroso del área y de la dispersión y/o variabilidad presente. Esto puede ocurrir
cuando una especie en determinada región está en riesgo de desaparición por
la introducción y reemplazo por nuevas variedades comerciales del cultivo, o
por un cambio en la especie cultivada.
Reconocimiento y muestreo. Esto implica un mejor conocimiento del cultivo y
del área de dispersión del mismo. Se conoce más acerca del cultivo y de las
características a buscar en particular. Se puede buscar determinadas plantas
que presenten los rasgos deseados y proceder a una recolección intensiva de
esos tipos. Después del estudio meticuloso del germoplasma recolectado se
puede volver al lugar para realizar una recolección mas exhaustiva del
germoplasma.
Cuanto Recolectar
El tamaño de la muestra a recolectar depende de la especie, su
homogeneidad, la uniformidad del terreno, la distribución y la historia de la
especie en esa área y de los medios disponibles para la recolección. Si por
ejemplo, en un área determinada existen 100.000 plantas, y entre esas plantas
existen 50 genotipos que se pretende recolectar y estos no pueden ser
individualizados visualmente. Si recolectamos 100 plantas, la probabilidad de
que al menos recolectemos uno de los genotipos deseados es del 5%.
Una especie alógama posee en general dos alelos diferentes por locus, por lo
tanto una semilla poseerá dos alelos. En autógamas existe un único tipo de
alelo por locus, por lo tanto en estas especies se debería recolectar mas
plantas para asegurarse que ambos tipos de alelos sean muestreados. Una
población de plantas de propagación vegetativa consiste generalmente de unos
pocos clones, al ser estos altamente heterocigotos, solo se necesita muestrear
unos pocos propágulos de la población.
Bancos de Germoplasma
Los bancos de germoplasma se pueden dividir en 1. Bancos Naturales y 2.
Bancos Artificiales
Bancos Naturales
Los bancos naturales, también llamados reservorios de plantas salvajes,
conservan especies de plantas salvajes in situ. Es importante para los
mejoradores de plantas y otros investigadores, que los ancestros salvajes y
46
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
especies relacionadas con las plantas domesticadas sean preservados en su
área de dispersión natural. Estas áreas son donde se encuentra la máxima
variabilidad genética de la especie. La preservación de estas especies puede
requerir de un manejo adecuado del área para prevenir la posible extinción de
algunas especies. En Israel, luego de proteger ciertas áreas del sobrepastoreo
causado por cabras y ovejas, se constató que un ancestro del trigo, el Triticum
dicoccoides, elevó su número de individuos. Se debió controlar también los
árboles que mediante el sombreado impedían el normal desarrollo de esta
especie.
Los campos con vegetación natural, las llamadas comúnmente malezas o
malas hierbas, pueden constituir importantes reservorios de especies y, lugares
donde, por evolución y selección natural pueden aparecer algunos ancestros
de plantas domesticadas. Ejemplo de lo anterior son las ocurrencia de especies
relacionadas con los tulipanes en reservas naturales del norte de Europa.
La mejor forma de preservar las especies en un área natural es crear un
conjunto de áreas protegidas, las que deben ser estudiadas exhaustivamente
para determinar si es necesario un manejo adicional para preservar una
determinada especie (caso del Triticum dicoccoides). En estas áreas existe la
probabilidad de flujo de genes de especies domesticadas que pueda alterar la
composición del lugar no es demasiado alta, desde que los genes
“domesticados” no sobreviven mucho tiempo en condiciones salvajes.
Bancos de Germoplasma Artificiales
Tareas
Un banco de germoplasma es una institución que colecciona y mantiene
plantas. Estas instituciones constan de oficinas, habitaciones con regulación de
temperatura para depósito de materiales, laboratorios, herbario, invernaderos y
campo para reproducción de los materiales ex situ. Las tareas que se llevan a
cabo en un banco son:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Conformación de una colección
Registro
Evaluación
Almacenamiento
Mantenimiento
Distribución
Construcción de bases de datos
Conformación de una colección
El banco de germoplasma puede organizar expediciones de colecta de
material. Estas expediciones deben incluir a todos los especialistas con interés
en la determinada especie y en esa región en particular, para que la
recolección sea satisfactoria y pueda satisfacer las necesidades de los posibles
interesados.
47
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Cuando un mejorador desea descartar una colección o una parte de ella, el
debería enviarla a un banco de germoplamsa. Si el mejorador es temeroso de
que algún otro especialista o competidor pueda aprovechar su material, puede
pedir que su donación sea mantenida como una “colección cerrada” por un
período de tiempo determinado.
Registro
El material recibido debe ser cuidadosamente estudiado para detectar la
presencia de pestes y enfermedades. El material infectado debe se puesto en
aislamiento. Cada muestra, a la cual se le asigna un número para su
identificación conjuntamente con su nota de campo, debe ser dividida en dos
partes, una para ser almacenada inmediatamente y la otra para ser sembrada y
estudiada.
Evaluación
El valor de la muestra de germoplasma debe ser estudiado para determinar sus
características. Características botánicas y de la especie deben ser
determinadas y se debe guardar un espécimen en el herbario para referencia.
Se determina su reacción frente a enfermedades e insectos y su contenido de
proteína y composición.
Almacenamiento
Un banco puede almacenar semillas, tejidos, polen y plantas enteras con el fin
de preservar la variación genética
Almacenamiento de semillas
Las especies pueden ser divididas en aquellas que producen semillas
“ortodoxas” o semillas “recalcitrantes”. La semillas ortodoxas son relativamente
fáciles de conservar, mientras que las recalcitrantes necesitan condiciones
especiales que pueden variar según la especie. Las semillas ortodoxas
pueden conservarse por largos períodos de tiempo luego de secarlas y
mantenerlas a baja temperatura (menor a 0 °C), sin oxígeno y sin luz. Las
recalcitrantes no sobreviven a baja temperatura y sin la presencia de oxígeno.
Las semillas almacenadas, luego de cierto número de años van perdiendo
paulatinamente su viabilidad. Por esto, deben ser sembradas y reproducidas
para obtener semilla fresca.
Almacenamiento en cultivos de tejidos
Partes del tejido puede ser almacenado en recipientes a temperaturas
inferiores a 0° C. La criopreservación es un método utilizado en algunas
especies. Cada especie puede requerir distintas condiciones de
almacenamiento, por ejemplo un congelamiento rápido o lento. Cuando lo que
se conservan son masas indiferenciadas de tejidos, denominadazas callos, es
posible que ocurra algún tipo de variación o mutagénesis en el material,
alterando el material originario (variación somaclonal).
48
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Almacenamiento de polen
El polen de ciertas especies puede ser almacenado a bajas temperaturas luego
de ser deshidratado completamente o no. El problema es que los costos son
mayores al almacenamiento convencional de semillas y que solo se puede
aplicar en algunas especies.
Mantenimiento del material
Todo material en almacenamiento debe ser reproducido cuando la capacidad
germinativa baja o cuando el stock disminuye demasiado. El principal cuidado
es evitar toda contaminación ya sea por polen o por mezcla. Si la muestra
consiste de varios genotipos esta mezcla debe ser reproducida de modo que
no se altere la composición original. El mantenimiento de especies autógamas
no es tan dificultoso como el de alógamas. En autógamas no es necesario
mantener lotes de aislamiento, salvo en algunos casos y con ciertos tipos de
germoplasma (ej: ciertos ancestros de los cereales que tienen mayor
porcentaje de alogamia). En alógamas, es necesario el aislamiento en tiempo y
en espacio o el embolsado de todas las inflorescencias de los genotipos bajo
reproducción, lo que complica la tarea y demanda mayores recursos. En
contraposición el mantenimiento de clones es relativamente fácil.
Distribución
El material se envía a instituciones o mejoradores particulares que lo requieran.
Hay casos en que se crea otra colección (duplicado), que se mantiene en otro
banco, para reducir el peligro de pérdida de genotipos.
Con la distribución se pueden presentar algunos problemas. Muchos genes son
almacenados fuera de su región o país de procedencia. Esto ha causado
problemas debido a que los países menos desarrollados aducen que genes
valiosos son tomados en sus países y utilizados en los países en desarrollo. El
gen luego es incorporado en el genoma de un cultivo por un mejorador,
después de lo cual el país menos desarrollado debe comprar la variedad con
“su” gen. Podemos agregar que el mejorador va a pretender un precio por el
trabajo que el realizó con el gen. Se dice que el gen fue robado de un país y
que tiene que ser retornado a él. Como los genes pueden ser reproducidos
incontables veces este retorna con el genoma del cultivo mejorado. Por otra
parte, es aceptado que el material es libre de ser trasladado de un país a otro.
No deberían existir fronteras para los materiales fitogenéticos. Los recursos
fitogenéticos son un patrimonio de la humanidad y consecuentemente deben
estar disponibles sin restricciones. Sin embargo, este principio puede inducir a
los mejoradores a no enviar sus productos avanzados a un banco de
germoplasma, debido que pueden ser utilizados por competidores para
desarrollar materiales mejorados y competir en el mercado.
Con las técnicas de ADN recombinante, genes de otras especies son
introducidos en cultivos, Bt en maíz, RR en soja como ejemplos. Entonces, en
49
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
ciertos países desarrollados estos genes se patentan y entonces su empleo
debe ser pagado cada vez que se lo utiliza.
Bases de Datos
Los datos recolectados deben ser almacenados en sistemas digitales para
permitir su comparación y distribución a los interesados en ciertos datos de
cierto germoplasma en particular.
Clases de Bancos Artificiales de Germoplasma
Bancos Mundiales
Estos recolectan y mantienen tanto como le es posible. Constan principalmente
de una estación principal y varias subestaciones distribuidas en varias regiones
para el mantenimiento de las colecciones. Ejemplos son el USDA – Genebank
en Beltsville, USA y el Vavilov Institute of Plant Industry, con su oficina principal
en Leningrado, Rusia.
Bancos Interregionales y Bancos Regionales
Recolectan y preservan materiales de regiones que incluyen varios países.
Ejemplos: Izmir Genebank, que conserva materiales de la región comprendida
entre Turquía y Afganistán, Bari genebank, que mantiene germoplasma de los
países que bordean al mar Mediterráneo y el Braunschweig en Alemania que
mantiene colecciones del centro de Europa.
Bancos Internacionales
Bancos de germoplasma costeados por dos o más países. Ejemplo: Solanum
Genebank, mantenido en colaboración por Holanda y Alemania.
Bancos de Instituciones Nacionales
Comprende las colecciones mantenidas por un país o por un instituto de
investigación. Ejemplos: la colección de variedades de tulipán conservadas en
Holanda. En nuestro país el INTA, a través de sus estaciones mantiene una
gran cantidad de especies. Facultades, como la colección de Prosopis
mantenida en la Facultad de Ciencias Agropecuarias de Córdoba (Tabla 4.3).
Tipos de Colecciones
Las colecciones se pueden clasificar de acuerdo al propósito para el cual la
colección fue realizada.
Colección de Accesos: Para mantenimiento a largo plazo, deben ser
almacenadas en dos bancos (duplicados) para reducir el peligro de pérdida de
materiales.
50
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Colección Básica o Colección de Trabajo: Colecciones de una especie en
particular que estén disponibles para su distribución.
Colección de Tipos Espontáneos: Consiste en el mantenimiento de semillas y
frutos de especies salvajes y/o malezas.
Colección Genética (Genetic Stock): colección de mutantes, translocaciones,
etc.
Colección en Masa: todos los accesos son conservados mezclados y son
multiplicados todos juntos.
Tabla 4.3. Ejemplos de algunas especies conservadas en las EEA del INTA
Estación Experimental
Especies
Alto Valle
Forrajeras, frutales de pepita
Anguil
Forrajeras
Balcarce
Papa, forrajeras, girasol
La Consulta
Hortalizas, frutales de carozo,
olivo, vid
Manfredi
Maní, sorgo, girasol, alfalfa
Marcos Juarez
Trigo, soja
Pergamino
Maíz, girasol, forrajeras
Saenz Peña
Algodón, forrajeras, forestales
Salta
Poroto, tabaco, caña de azúcar,
leguminosas de grano
Bibliografía
Vavilov, N. Y. 1951. The Origin, Variation, Immunity and Breeding of Cultivated
Plants. Chronica Bot. 13: 1-36
Zeven, A. C. & P. M.. Zhukovsky,. 1975. Dictionary of cultivated plants and their
centres of diversity. PUDOC, Wageningen, the Netherlands. 219 pp.
Zeven, A. C. & J. M. J. de Wet,, 1982. Dictionary of Cultivated Plants.
Wageningen, 263 pp.
51
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
ANEXO
Lista de Instituciones Relacionadas con los Recursos Fitogenéticos
GCIAI: Grupo Consultivo sobre Investigación Agrícola Internacional
FAO: Organización para la alimentación y Agricultura de las Naciones Unidas
IARC: Centro de Investigación Internacional en Agricultura
IBPGRI: Instituto Internacional para los Recursos Genéticos de las Plantas
Lista de centros del Grupo Consultivo sobre Investigación Agrícola
Internacional (GCIAI)
ADRAO - Asociación para el Desarrollo del Cultivo del Arroz en el Africa
Occidental. Bouake, Côte d'Ivoire. Fundada en 1970. Se ocupa del
mejoramiento del arroz en el Africa occidental, realizando investigaciones sobre
el arroz en manglares y tierras pantanosas interiores, en condiciones de tierras
altas y en condiciones de regadío.
CIAT - Centro Internacional de Agricultura Tropical, Cali, Colombia. Fundado en
1967 para ocuparse del mejoramiento de los cultivos de la agricultura tropical
de las tierras bajas de América Latina. La investigación comprende el arroz, los
frijoles, la yuca, los forrajes y los pastos.
CIFOR - Centro de Investigación Forestal Internacional, Bogor, Indonesia.
Fundado en 1992 para ocuparse de la investigación sobre la conservación y el
desarrollo sostenible de los bosques.
CIMMYT - Centro Internacional de Mejoramiento del Maíz y del Trigo, México
D.F., México. Fundado en 1966. Se ocupa del mejoramiento de los cultivos de
maíz, trigo, cebada y triticale.
CIP - Centro Internacional de la Papa, Lima, Perú. Fundado en 1971. Se ocupa
del mejoramiento de la papa y la batata, con especial atención a la ecología de
determinadas regiones montañosas.
ICARDA - Centro Internacional de Investigación Agrícola en las Zonas Secas,
Alepo, Siria. Fundado en 1977. Se ocupa del mejoramiento de los sistemas
agrícolas de Africa del Norte y Asia occidental. La investigación comprende el
trigo, la cebada, el garbanzo, la lenteja, las leguminosas de pasto y los
pequeños rumiantes.
ICLARM - Centro Internacional para la Ordenación de los Recursos Acuáticos
Vivos, Makati, Metro Manila, Filipinas. Fundado en 1977. Investigación sobre
todos los aspectos de la pesca, para mejorar la eficacia y la productividad de la
piscicultura y las capturas.
ICRAF - Centro Internacional para la Investigación sobre Agrosilvicultura,
Nairobi, Kenya. Fundado en 1977. Se ocupa de iniciar y respaldar la
investigación sobre la integración de los árboles en los sistemas de utilización
de la tierra en los países en desarrollo.
52
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
ICRISAT - Instituto Internacional de Investigación de Cultivos para las Zonas
Tropicales Semiáridas, Patancheru, Andhra Pradesh, India. Fundado en 1972.
Se ocupa del mejoramiento de las plantas cultivadas y de los sistemas de
cultivo del sorgo, el mijo, el garbanzo, el guandú y el maní.
IIMI - Instituto Internacional de Ordenación del Riego, Colombo, Sri Lanka.
Fundado en 1984. Se ocupa de la mejora del riego en los países en desarrollo.
IIPA - Instituto Internacional de Investigaciones sobre Políticas Alimentarias,
Washington, D.C., EE.UU. Fundado en 1975. Se ocupa de las políticas
alimentarias y la investigación socioeconómica relativa al desarrollo agrícola y
la creación de instituciones en países en desarrollo.
IIRF - Instituto Internacional de Recursos Fitogenéticos, Roma. Fundado en
1974. Conservación de acervos génicos de cultivos y forrajes.
IITA - Instituto Internacional de Agricultura Tropical, Ibadán, Nigeria. Fundado
en 1967. Se ocupa del mejoramiento de los cultivos y la ordenación de la tierra
en las zonas tropicales húmedas y subhúmedas y de los sistemas de cultivo de
maíz, yuca, caupí, plátano, soja, arroz y ñame.
ILRI - Instituto Internacional de Investigación sobre el Ganado, Addis Abeba,
Etiopía, y Nairobi, Kenya. Fundado en 1994. Investigación para mejorar la
productividad del ganado y la sanidad animal, teniendo a su cargo el programa
de investigación sobre el ganado de todo el sistema del GCIAI.
IRRI - Instituto Internacional de Investigación sobre el Arroz, Manila, Filipinas.
Fundado en 1960. Investigación sobre el mejoramiento mundial del arroz.
ISNAR - Servicio Internacional para la Investigación Agrícola Nacional, La
Haya, Países Bajos. Se ocupa del fortalecimiento y mejoramiento de los
sistemas nacionales de investigación agrícola.
53
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 5.
Herencia Cuantitativa.
Introducción
Naturaleza de los caracteres cuantitativos.
La Genética Cuantitativa tiene por objeto el estudio de la herencia de las
diferencias entre los caracteres. Los caracteres cuantitativos están
determinados generalmente por muchos genes y la segregación simultánea de
ellos da como resultado un rango de genotipos que se distribuyen en forma semejante a una distribución normal.
En 1909 W. Johansen introdujo la importante diferencia entre genotipo y
fenotipo, al plantear la teoría de la línea pura. El fenotipo de un organismo es
su apariencia, lo que nosotros podemos observar y el genotipo es la
constitución genética que ha heredado. Durante la vida de un individuo, el
fenotipo puede cambiar, mientras que el genotipo permanece constante.
Esta variación también incluye los efectos del ambiente sobre la expresión
fenotípica de un genotipo, dando un rango de variación que permite la acción
seleccionadora del hombre, favoreciendo formas o ideotipos determinados
(tabla 5.1). Esto lo demostró Nilsso-Elhe al plantear su hipótesis de los factores
múltiples, mostrando experimentalmente la segregación de genes que
afectaban el color de granos en trigo. De estas experiencias se comprobó que
la variación contínua está ocasionada por:


El número de pares génicos que segregan
Las variaciones debidas al ambiente
TABLA 5.1: Comparación entre caracteres cualitativos y cuantitativos.
Número de
Genes
Análisis
Caracteres Cualitativos
Caracteres Cuantitativos
El carácter está regido por uno
o pocos genes, denominados
genes mayores u oligogenes.
Se analizan por conteo o por
pruebas como la de Chi
cuadrado
Muchos genes, genes menores o
poligenes
Se analizan mediante parámetros
poblacionales: media, varianza,
desvíos, coeficiente de variación,
covarianza.
Influencia
Ambiental
Están poco influenciados por el
ambiente
Muy afectados por el ambiente, un
mismo genotipo puede variar su
expresión en diferentes ambientes.
Acción
génica
Están afectados por
ligamientos, epistasis y
pleitropismo
Existe ligamiento, epistasis y
pleiotropismo, pero resulta difícil su
determinación.
54
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Los caracteres que tienen mayor importancia desde el punto de vista del
mejoramiento genético pueden evaluarse con eficiencia a través de medidas de
escala continua y que pueden ser representados por su media y la dispersión
de los mismos
Principios básicos. Efectos genéticos y ambientales sobre los caracteres
cuantitativos
De acuerdo a la Genética Mendeliana si se conocen las interacciones alélicas
para un gen en particular, se puede emplear el genotipo para predecir el
fenotipo. Si una característica está controlada por un solo gen tenemos tres
genotipos posibles AA, Aa y aa y dependiendo de las interacciones alélicas
(dominancia total o dominancia incompleta) podemos tener dos o tres
fenotipos. A medida que aumenta el número de genes que controlan una
característica tendremos un número cada vez mayor de genotipos.
Para predecir el número de genotipos posibles a partir del número de genes
que controlan el carácter, se emplea la fórmula: 3n, siendo n el número de
genes involucrados. En la tabla 1 se muestran los genotipos posibles para un
número dado (n) de genes que controlan una característica cualquiera.
Tabla 5.2. Genotipos posibles de acuerdo a número de genes involucrados
empleando la fórmula 3n.
Número de genes
1
2
5
10
Número de genotipos
3
9
243
59049
Si disponemos de dos genes: A y B, y les asignamos valores arbitrarios a cada
uno, por ejemplo: el alelo A contribuirá con 4 unidades mientras que el alelo a
proveerá 2 unidades. En el otro locus, el alelo B contribuirá con 2 unidades y el
alelo b proveerá 1 unidad. Con dos genes controlando una característica
tendremos 9 genotipos posibles. En la tabla 2 vemos los genotipos y los
valores métricos asociados a cada uno.
Tabla 5.3. Genotipos, frecuencias y valores métricos para una característica
controlada por dos genes.
Genotipo
AABB
AABb
AAbb
AaBB
AaBb
Aabb
aaBB
aaBb
aabb
Proporción en la F2
1
2
1
2
4
2
1
2
1
Valor métrico
12
11
10
10
9
8
8
7
6
55
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Estos resultados pueden representarse gráficamente:
5
Frecuencia
4
3
2
1
0
Genotipos
Figura 5.1. Distribución de frecuencias de los genotipos de la tabla 5.3
Esta figura posee la forma de campana indicadora de una distribución normal, y
este hecho tiene importantes implicancias en la manera en que se analizan los
caracteres cuantitativos. El ejemplo en particular, demuestra una acción génica
aditiva, y esto significa que cada alelo tiene un valor específico que contribuye
al fenotipo final. Es así que cada genotipo tiene un valor métrico que difiere
levemente de los otros, y resulta en una distribución (o curva) de valores
métricos que se aproxima a una curva de valores continuos.
Existen otras interacciones génicas entre los caracteres cuantitativos tales
como la dominancia o la epistasis que afectan el fenotipo. Por ejemplo si una
acción génica dominante controla una característica, entonces el homocigota
dominante y el heterocigota tendrán un valor fenotípico igual. Por lo tanto el
número de fenotipos es menor que para la acción génica aditiva. El número de
fenotipos que resultan de genotipos específicos se reducirá aún más si existen
interacciones epistáticas entre los distintos loci que afectan al fenotipo. Los
efectos aditivos, dominantes o epistáticos pueden contribuir al fenotipo de un
carácter cuantitativo, pero generalmente las interacciones aditivas son las más
importantes. Todos los factores mencionados son de naturaleza genética pero
también existen factores ambientales que afectan a los caracteres
cuantitativos. El efecto primario del ambiente es el de cambiar el valor para un
genotipo en particular. Si usamos el ejemplo anterior, el valor del genotipo
AaBb puede variar entre 8-10. Esta variación sería el resultado de los
diferentes ambientes en que creció el genotipo. La consecuencia de estos
efectos ambientales es que la distribución de la frecuencia fenotípica se asimila
aún más a una distribución normal.
Segregación Transgresiva
Los caracteres poligénicos pueden presentar lo que se denominan
segregaciones transgresivas. Estas consisten en la aparición en la F2 de
individuos con mayor valor que el padre de mayor valor o menor valor que el
padre de menor valor. Supongamos un carácter determinado por cinco loci
cada uno de los cuales tiene dos alelos posibles, los alelos denominados con
letras mayúsculas suman un valor de 2 (dos) al carácter y los denominados con
letras minúsculas suman un valor de 1 (uno).
56
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
El genotipo AAbbccDDEE tendrá un valor de 16 y el genotipo aaBBCCddee 14.
Si se cruzan ambos genotipos:
Padres
AAbbccDDEE
16
F1)
x
aaBBCCddee
14
AaBbCcDdEe
15
La F1 resulta intermedia entre ambos padres y en F2 observaremos una gama
de fenotipos, algunos presentarán valores que superan al padre de mayor valor
y otros tendrán menor valor que el padre de menor valor.
F2)
AABBCCDDEE….AABBCcDDEE……………..…..aaBbccddee….aabbccddee
20
19
11
10
En la F2, uno de 243 individuos presentará un valor igual a 20 y uno igual
presentará el valor 10.
Componentes genéticos de medias.
Las propiedades genéticas de una población se expresan a través de las
frecuencias génicas y genotípicas. Para los caracteres métricos o cuantitativos
se considera el concepto de valor, el cual se expresa en las unidades en que
se mide el carácter (ejemplo: cm para el carácter longitud de espiga, Kg para el
peso, etc.). Cuando se mide el carácter de un individuo, el valor observado es
el valor fenotípico. A partir de estos valores fenotípicos se calculan los
parámetros como medias, variancias y covariancias, que se emplean en el
análisis.
Para analizar las propiedades genéticas de una población se particiona el valor
fenotípico en partes atribuibles a diferentes causas. Cada parte del valor
fenotípico (P), tiene un determinado significado. La primera división que se
hace de P es en componentes atribuibles al genotipo y aquellos atribuibles al
ambiente. El genotipo es el arreglo particular de genes que presenta el
individuo y el ambiente son todas las causas no genéticas que influyen en el
fenotipo. Genotipo y ambiente son los únicos determinantes del fenotipo. El
genotipo es el responsable del valor al individuo y el ambiente causa una
desviación, en más o en menos, de dicho valor.
La desviación ambiental media de la población en su conjunto, se considera
igual a cero, debido a que el ambiente actúa favoreciendo a algunos de los
individuos y desfavoreciendo a otros. En el promedio los efectos del ambiente
se anulan, la suma de las desviaciones debe ser igual a 0. Así el valor
57
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
fenotípico medio se considera igual al valor genotípico medio. La expresión
media de la población se refiere tanto al valor fenotípico como genotípico.
Si idealmente no existieran cambios en la influencia ambiental, es decir el
ambiente permanecira constante, la media de la población permanecerá
constante de generación en generación en ausencia de cambios genéticos. El
valor genotípico no es medible en situaciones experimentales, sino que se trata
de inferir a través del valor fenotípico.
Para el estudio de los caracteres métricos o cuantitativos, emplearemos un
modelo asignando valores arbitrarios a los genotipos. Considerando un locus
simple, con dos alelos posibles A y a (A es el alelo que aumenta el valor del
carácter). Se denomina al valor del genotipo de A A “a” ó “+a”; al de aa “-a” y al
heterocigota “d”. Estos valores son tomados como desvíos respecto del valor
medio entre los dos homocigotas o punto de origen del segmento que a
continuación se grafica:
Genotipos
Valores genotípicos
AA
Aa
-a
d
aa
+a
PM
El punto de origen o valor cero del segmento, corresponde al punto medio entre
los individuos homocigotas.
El valor d depende del grado de dominancia:
-
d = 0 si no hay dominancia y el valor del heterocigota es igual a la
media entre los dos homocigotas
d positivo si A domina sobre a
d negativo si a domina sobre A
d = a si hay dominancia completa de A
d = -a si hay dominancia completa de a
d mayor que a si hay sobredominancia hacia el alelo A
d menor que –a si hay sobredominancia hacia el alelo a.
El grado de dominancia puede expresarse como:
GD = d / a
Para caracterizar una población se debe determinar su valor medio y estimar
los valores que pueden obtenerse a partir de ella. Es necesario conocer los
componentes de esos valores. Se tienen en cuenta los efectos de aditividad y
dominancia, excluyendo los efectos de epistasia, pleiotropismo u otro tipo de
interacción génica para simplificar el análisis. Es necesario establecer que los
efectos aditivos son aquellos determinados por los valores de los individuos
58
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
homocigotas con respecto a la media de la población. Constituyen los desvíos
de los individuos homocigotas con respecto al punto medio. Los efectos de
dominancia implican los desvíos respecto a la media de la población,
manifestados por la generación F1.
Sean dos genotipos con valores distintos para la expresión del carácter: P1 y
P2, el punto medio será:
Los efectos aditivos a = P1 – PM
Los efectos de dominancia = F1 – PM
Tipos de efectos génicos
Existen cuatro tipos de acción génica: aditiva, epistática, dominancia y
sobredominancia. Debido a que los efectos génicos no siempre caen en
categorías bien definidas, y que los caracteres cuantitativos están regidas por
genes con efectos pequeños individuales, a menudo se describen por su
acción génica en lugar de por el número de genes por el cual ellos están
codificados.
Debe señalarse que la expresión acción génica es la misma para genes
mayores como para los genes menores, la diferencia esencial es que la acción
de un gen menor es pequeña y significativamente influenciada por el ambiente.
Acción Génica Aditiva
El efecto de un gen es aditivo cuando cada gen adicional aumenta la expresión
del rasgo por incrementos iguales. En consecuencia, si un gen añade una
unidad a un rasgo, el efecto de aabb = 0, Aabb = 1, AABb = 3 y AABB = 4. Para
un solo locus (A, a) el heterocigoto sería exactamente intermedio entre los
padres (es decir, AA = 2, Aa = 1, aa = 0). Es decir, el rendimiento de un alelo
es el mismo independientemente de otros alelos en el mismo locus. Esto
significa que el fenotipo refleja el genotipo en acción aditiva, suponiendo la total
ausencia del efecto ambiental. Efectos aditivos se aplican a la relación alélica
en el mismo locus. Además, un fenotipo superior se mostrará también superior
en la próxima generación, haciendo más eficaz la selección para el carácter. La
selección es más eficiente si solo existe varianza aditiva; pues se puede fijar
por selección, por ejemplo al desarrollar una línea pura.
Efecto Aditivo
Considere un gen con dos alelos (A, a). Cada vez que el alelo A reemplaza al
alelo a, se agrega un valor constante para el genotipo. Al reemplazar a por A
en el genotipo aa causa un cambio de una de las unidades. Cuando ambos aa
son reemplazados, el genotipo es 2a unidades de aa.
59
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
AA
PM
Aa
aa
d
+a
-a
El valor medio (promedio) entre los dos progenitores homocigóticos está dada
por el PM (representando a un efecto combinado de ambos genes para que los
padres que poseen alelos similares y silmilar influencia ambiental). Esto
también sirve como punto de referencia para medir las desviaciones de los
genotipos. De acuerdo a esto:
AA = PM + aA
aa = PM - a
y Aa = m + dA
Donde aA es el efecto aditivo del alelo A, y d el efecto de dominancia. Este
efecto sigue siendo el mismo independientemente del alelo con la cual se
combina.
Efecto promedio
En una población de apareamiento al azar, se utiliza el término efecto promedio
de alelos porque no hay líneas homocigóticas. En cambio, los alelos de una
planta se combinan al azar con los alelos del polen para mediante la
hibridación generar la progenie. En efecto, el alelo de interés reemplaza su
forma alternativa en un número de individuos al azar en la población. El cambio
en la población como resultado de esta sustitución constituye el efecto
promedio del alelo. En otras palabras, el efecto promedio de un gen es la
desviación promedio de la población media de los individuos que recibieron un
gen de uno de los padres, mientras que el gen del otro padre vino al azar de la
población.
Valor de Cría
Los efectos promedio de los genes de los padres determinarán el valor
genotípico promedio de la progenie. El valor de un individuo en base al valor
promedio de su progenie se llama el valor de cría del individuo. Este es el valor
que se transfiere de un individuo a su progenie. Este es un efecto medible, a
diferencia del efecto promedio de un gen. Sin embargo, el valor de cría debe
estar siempre con referencia a la población a la cual un individuo pertenece.
Desde un punto de vista práctico del mejoramiento, el efecto de genes aditivos
es de mayor interés para los mejoradores debido a su comportamiento es
previsible, produciendo mejoras que aumentan linealmente con el aumento del
número de alelos favorables en la población.
60
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
El valor de cría (también llamado valor reproductivo o breeding value) puede
ser medido. Si se aparea un individuo con otros individuos en forma aleatoria
dentro de la población, su valor de cría es igual al doble de la desviación
estándar de la progenie:
VC = 2σp
Es el doble dado que el progenitor contribuye con la mitad de los genes en la
progenie, los otros genes provienen al azar de la población.
Acción Génica de Dominancia
La acción génica de dominancia describe la relación de los alelos en el mismo
locus. La varianza de dominancia tiene dos componentes: la– varianza debida
a alelos homocigóticos (que es aditivo) y la varianza debido a valores
genotípicos heterozigóticos. Los efectos de dominancia son desviaciones de
aditividad que hacen que el heterocigoto se asemeja a uno de los padres más
que al otro. Cuando la dominancia el completa, el valor del heterocigoto es
igual que el homozigoto de efectos (por ejemplo, Aa = AA). Esto implica que el
mejorador no puede distinguir entre los fenotipos heterozigóticos y
homocigóticos. En consecuencia, ambos tipos de plantas serán seleccionados,
y en la próxima generación los homocigotas no segregarán (true breeding)
mientras que los heterocigotos segregarán, es decir, lafijación de genes
superiores será menos eficaz cuando exista acción génica de dominancia.
Efecto de Dominancia
El grado de dominancia (dA) se calcula como la desviación del heterocigoto,
Aa, del promedio o punto medio (PM) de los dos homocigotos (AA, aa).
Además, dA = 0 cuando no hay dominancia, mientras que d es positivo si A es
dominante y negativo si a es dominante. Además, si la dominancia es completa
dA =aA, mientras que dA < aA de dominancia incompleta (parcial) y dA > aA si
hay sobredominancia.
Para un solo locus:
m = 1/2(AA + aa)
aA = 1/2(AA − aa)
dA = Aa −1/2(AA + aa).
Acción Génica de Sobredominancia
La acción génica de sobredominancia existe cuando cada alelo en un locus
produce un efecto independiente sobre el fenotipo, y su efecto combinado
excede el efecto independiente de los alelos (aa = 1, AA = 1, Aa = 2). Desde el
punto de vista del mejoramiento, el criador puede fijar los efectos de
61
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
sobredominancia solamente en la primera generación (es decir, cultivos de
híbridos F1) mediante la clonación o apomixis o a través de la duplicación
cromosómica.
Acción Génica de Epistasia
Los efectos epistáticos en características cualitativas a menudo se describen
como el enmascaramiento de la expresión de un gen por uno en otro locus. En
la herencia cuantitativa, epistasis se describe como la interacción de genes no
alélicos. Cuando dos genes interactúan, puede producirse un efecto cuando no
había ninguno (por ejemplo, Aabb = 0, aaBB = 0, pero A – B – = 4). La
estimación de la acción génica o varianza genética requiere el uso de grandes
poblaciones y un diseño de apareamiento específico (Análsis de medias
generacionales).
Media de la población
Las frecuencias génicas influyen en la media del carácter en la población. De
acuerdo a esto, si p y q son las frecuencias de A y a respectivamente:
Genotipo
AA
Aa
aa
Frecuencia
p2
2pq
q2
Valor
a
d
-a
Frecuencia x Valor
a p2
d 2pq
-a q2
M = a p2 + d 2pq + q2 (-a)
El valor medio de la población se obtiene multiplicando el valor de cada
genotipo por su frecuencia y sumando luego los resultados de los tres
genotipos.
M = a p2 + d 2pq + q2 (-a) = a (p2 – q2) + 2dpq
= a (p + q) (p – q) + 2dpq
Como (p + q) = 1
Entonces:
M = a (p – q) + 2dpq
M representa el valor genotípico medio como también el valor fenotípico medio
de la población para el carácter bajo estudio.
Para cada locus la contribución a la media de la población tiene dos términos:
a ( p – q ) atribuible a los homocigotos
62
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
2dpq
atribuible a los heterocigotos.
Componentes de la variancia fenotípica y su estimación.
La descripción de la variación fenotípica es el punto de partida para el análisis
de un carácter poligénico. La variación de estos caracteres es de naturaleza
contínua y, por lo general, las observaciones o medidas forman una población
cuya distribución corresponde a la curva normal. Las medidas mas importantes
que se usan para describir una población son la media y la varianza.
Como ya se describió el fenotipo es función del genotipo y del ambiente que se
expresa en forma lineal como:
P=G+E
Sin embargo, los efectos del genotipo y del ambiente no son independientes.
La respuesta fenotípica a un cambio en el ambiente no es la misma para todos
los genotipos. Esta variación en la respuesta fenotípica se denomina
interacción genotipo-ambiente. Incluyendo este término en la ecuación anterior
nos queda:
P = G + E + (GE)
Un efecto importante de la interacción GE es el reducir la correlación entre
fenotipo y genotipo, lo cual complica las inferencias sobre el valor genotípico a
partir del fenotipo.
Los efectos genotípicos y ambientales normalmente se expresan como
desviaciones en la media de la población,, por lo tanto, la expresión anterior
se transforma en:
P -  = (G - ) + (E - ) + (G - ) (E - )
P -  = g + e + ge
Las desviaciones de la media generalmente se representan por letras
minúsculas. De esta manera se establece un modelo lineal para representar el
fenotipo, el cual generalizamos al agregar los subíndices i y j.
P ij =  + gi + ej + (ge)ij
Dados que los efectos gi, ej y geij se definen como desviaciones de la media,
es obvio que la suma de ellos debe ser igual a cero, esto es:
i gi = j ej = i j (ge)ij = 0
63
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Consideremos una población de n variedades (genotipos) que son sembradas
en m ambientes. Si pij es el valor de un atributo fenotípico (ej.: rendimiento en
grano), que muestra el i-ésimo genotipo en conjunción con el j-ésimo ambiente,
habrá un total de mn valores fenotípicos, que pueden organizarse en una tabla
factorial e dos entradas tal como se muestra en el siguiente ejemplo (tablas 5.4
y 5.5):
Tabla 5.4. Peso en gramos de 100 semillas de cuatro cultivares de soja
sembrada en cuatro ambientes.
Genotipos
G1
G2
G3
G4
Total
Media ej
Desviación ej
e1
22,4
22,6
19,0
12,8
76,8
19,2
-1,8
Ambientes
e2
e3
25,1
28,5
23,7
23,0
23,0
20,0
13,4
14,5
85,2
86,0
21,3
21,5
0,3
0,5
Total
e4
28,0
23,1
20,8
16,1
88,0
22,0
1,0
104,0
92,4
82,8
56,8
336,0
Media
Gi
26,0
23,1
20,7
14,2
Desviación
gi
5,0
2,1
-0,3
-6,8
0
21,0
0
Tabla 5.5. Fenotipos expresados como desviaciones de la media
G1
G2
G3
G4
Suma
e1
1,4
1,6
-2,0
-8,2
-7,2
e2
4,1
2,7
2,0
-7,6
1,2
e3
7,5
2,0
-1,0
-6,5
2,0
e4
7,0
2,1
-0,2
-4,9
4,0
Suma
20,0
8,4
-1,2
-27,2
0
La varianza fenotípica (2 P ) se puede calcular directamente a partir de las
desviaciones de la tabla 2.
2 P =  (Pij - )2/m.n =  P2 ij/mn
n = genotipos; m = ambientes.
2 P = 1/16 [ (1,4)2 + (4,1) 2 + (7,5) 2 + (7,0) 2 + (1,6) 2 + .....+ (-4,9) 2 ]
2 P = 21,4113
La varianza genotípica (2 g), la ambiental (2 x ) y la de interacción (2 gx ), se
calculan a partir de las desviaciones de las tablas 1 y 2 de la siguiente manera:
2 g =  gi 2 /n = (5,0) 2 + (2,1) 2 + (–0,3) 2 + (–6,8) 2 / 4 = 18,9350
2 e =  xj 2 /m = (-1,8) 2 + (0,3) 2 + (0,5) 2 + (1,0) 2 / 4 = 1,1450
2 ge = 2 P - 2 g - 2 e = 21,4113 – 18,9350 – 1,1450 = 1,3313
64
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La partición de la varianza en sus componentes genéticos y amientales nos
permite estimar proporción de varianza genética total o de su componente
aditivo en relación al fenotipo. Esto es muy importante en mejoramiento
genético pues, nos permite estimar la heredabilidad, el cual es un parámetro
que se utiliza para impotantes decisiones en el mejoramiento como lo son la
elección del método de selección, la medición de la respuesta a la selección y
la conformación de un criterio de selección, entre las aplicaciones más
importantes.
Bibliografía
Falconer, D. S., 1986. Introducción a la genética cuantitativa. CECSA, Méjico.
65
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 6.
Heredabilidad.
La heredabilidad es la proporción de la variación fenotípica que es atribuible a
causas genéticas. Los componentes de la variación fenotípica que hemos visto
en la unidad anterior nos van a permitir calcular la heredabilidad en diferentes
situaciones experimentales.
Hay dos formas o tipos de heredabilidad: la heredabilidad en sentido amplio y
en sentido estricto.
La heredabilidad en sentido amplio se refiere que proporción de la varianza
genética está contenida en la varianza observable en la población. A esta
determinación se le conoce indistintamente como heredabilidad en sentido
amplio (H), porcentaje de variación genética (%Vg) o grado de determinación
genética (GDG).
Tal como se presenta, esta estimación puede asumir valores entre 0 y 1.
Alcanza valores próximos a 0, cuando no existe VG y la variación presente se
atribuye al ambiente. Esto es, por ejemplo, dentro de una única línea pura. El
%Vg puede tener un valor cercano a 1, cuando toda la variación observada
está originada en diferencias genéticas y no hay efecto ambiental. Esto podría
verse en un conjunto de isolíneas, diferenciadas por una serie alélica para un
único locus.
Este tipo de estimación (%Vg), es útil en los casos de selección en una
población de individuos no segregantes. Una población heterogénea
homocigota en autógamas o una población de propagación asexual, donde
cada individuo transfiere a su descendencia todo su genotipo.
Cuando la selección se realiza sobre material segregante, se requiere una
estimación más específica. Las poblaciones segregantes son aquellas que
están en proceso de endocría. En las autógamas, luego de un cruzamiento
entre dos o más progenitores, las descendencias segregan formas
recombinantes a la vez que aumentan paulatinamente su porcentaje de
homocigosis. Mientras que en las alógamas un proceso análogo ocurre cuando
se forman líneas endocriadas o cuando se aplican métodos de mejoramiento
de poblaciones. En estos casos la determinación de heredabilidad se basa en
relacionar cuanto de la varianza aditiva (VA) está disponible en la varianza
observable o fenotípica (VP) y se denomina heredabilidad en sentido estricto
(h2). Dado que la varianza aditiva es la que se puede fijar por selección, la
heredabilidad en sentido estricto es considerada la verdadera heredabilidad.
Métodos de Estimación
Existen varias metodologías para la estimación de la heredabilidad.
Dependiendo del material y, si la estimación es intrageneracional o
intergeneracional, podremos calcular la heredabilidad en sentido amplio o
estricto. Como la heredabilidad en un cociente entre varianzas, cualquier
66
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
metodología que permita estimar los componentes de varianza de una
población permitirá estimar la heredabilidad. Veremos los siguientes métodos
de estimación de la heredabilidad:
Componentes de Varianza
La varianzas para la estimación de la heredabilidad pueden ser obtenidas a
partir de un análisis de varianza, por ejemplo si disponemos de un conjunto de
líneas puras en un arreglo experimental con repeticiones tendríamos una tabla
de ANAVA como:
F.V.
Líneas (entre)
Error (dentro)
Total
gl
L-1
N-L
N-1
SC
SCL
SCE
CM
CML
CME
F
CML/CME
E(CM)
σ2E + n. σ2L
σ2E
En un ANAVA correspondiente a un ensayo en varios ambientes, la esperanza
matemática del cuadrado medio del factor genotipos será un estimador de la
variancia genética (VG) en poblaciones alógamas, y de la variancia aditiva (VA)
en el caso de autógamas (siempre que sean líneas puras).
La estructura del ANAVA para un ensayo con "g" genotipos (en este caso
familias) en "a" ambientes (localidades, años o localidades y años), es como
sigue:
Fuente de variación
Ambientes
Rep/Ambientes
Familias
Familias x Ambientes
Error
G.L.
C.M.
(a-1)
a(r-1)
(g-1)
M1
(g-1)(a-1) M2
a(g-1)(g-1) M3
E(CM)
2e + r .2ga + r.a 2g
2e + r .2ga
2e
Los estimadores de 2e (variancia del error), 2ga (variancia de familias o
genotipos por ambientes), 2g (variancia de genotipos), 2p (variancia fenotípica)
y heredabilidad, se obtienen de la siguiente manera:
2e = M3
2ga = (M2-M3)/r
67
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
2g = (M1-M2)/r.a
2p
= 2e + 2ga + 2g
h2 = 2g / 2p
Método de Regresión Progenie Progenitor
Se toma una muestra al azar representativa de individuos de la población a
analizar, se mide el carácter de interés y se cosechan individualmente. Las
descendencias individuales (hijos o progenies) de cada planta se siembran
individualmente y miden en la generación siguiente. Los valores medios del
carácter observado en la progenie (y) se regresiona con los respectivos valores
de uno o de los dos padres (x).
La ecuación de la recta que marca la tendencia de esta relación es Y = a+b.x,
en donde a es la ordenada al origen y bi es el coeficiente de regresión lineal.
Este coeficiente resulta de la relación entre la covarianza entre padres e hijos y
la varianza de los progenitores. La covarianza entre padres e hijos es un
estimador que representa la mitad de la varianza aditiva (½Va). La varianza de
los progenitores, en razón de ser una muestra representativa de la población
original, se constituye en un estimador de la varianza fenotípica.
Regresión sobre un progenitor
bi= coeficiente de regresión
Covop = ½ σ2A
σ2p = σ2fenotipica
Regresión sobre el promedio de ambos progenitores
68
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Cuando el valor medio de cada progenie se regresiona el valor promedio de
dos padres (P1 + P2)/2, se interpreta que la varianza de los promedios de todos
los progenitores de la muestra representan a la mitad del de la varianza
fenotipica, por lo cual ahora la heredabilidad es directamente igual a bi.
Método de Correlación Intraclase
Esta metodología se centra en la comparación de grupos de individuos de tal
manera que mediante la estimación de la variación entre y dentro de ellos
permita estimar la h2. Estos grupos pueden ser familias de medios hermanos o
hermanos completos que son obtenidas a partir de la población que se
pretende caracterizar. El análisis considera la variación entre las familias como
asi también la variación dentro de cada familia.
Podemos expresar el grado de parecido entre parientes como la proporción de
la variancia entre grupos o famílias con respecto al total de la variancia de la
población, y esto es denominado Coeficiente de Correlación Intraclase (t)
σ2b: Varianza entre familias
σ2w: Varianza dentro de familias
Cuanto mayor sea la similitud dentro de los grupos mayor será la diferencia
entre los grupos
Familias de medios hermanos (MH)
Consideramos un individuo cualquiera de la población que actúa como macho,
que se combina aleatoriamente con otros individuos (hembras) de la población.
Estas progenies están relacionadas entre sí por un padre común, es decir que
son medios hermanos. (Frecuencias génicas de 0,5).
El coeficiente de correlación intraclase (t) es igual a ¼ de la h2. Por lo tanto:
h2 = 4.tMH
Familias de hermanos completos (HC)
69
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Estas familias se producen por el apareamiento de a pares de plantas de la
población.
El coeficiente de correlación intraclase (t) es igual a 1/2 de la h2. Por lo tanto
(en ausencia de dominancia):
h2 = 2.tHC
El coeficiente “t” puede tomar valores entre 0 y 1
Si t = 1 no hay variación dentro de las familias
Si t = 0 todas las familias tienen la misma media y hay variabilidad solo dentro
de las familias
Si t = 0,5, el 50% de la variación total es causada por diferencias entre las
medias de familias y el 50% restante se debe a la variación de los individuos
alrededor de la media de su familia.
Tabla. Resumen de las estimaciones de h2 basadas en la regresión y
correlación
Método
Progenie y un parental
Progenie y media de los parentales
Grupos de medios hermanos
Grupos de hermanos completos
Regresión (b) o correlación
intraclase (t)
bi = ½ h2
bi = h2
t = ¼ h2
t = ½ h2
Método de las Retrocruzas.
Esta metodología emplea las medias y varianzas del carácter en estudio
estimadas sobre dos líneas parentales, su F1, F2 y las retrocruzas R1 (F1 x
P1) y R2 (F1 x P2). Todos los genotipos se llevan a experimentación en uno o
varios ambientes.
A partir de los datos fenotípicos se calculan las medias y varianzas y se
calculan los compenentes de la varianza:
70
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
σ2A: Varianza aditiva
σ2d: Varianza de dominancia
σ2E: Varianza ambiental
σ2G: Varianza genética
La principal desventaja de este método es el número de generaciones
necesarias para obtener las seis poblaciones (P1, P 2 , F1, F2, RC1 y RC2).
Además para estimar las varianzas cada generación debe estar representada
por un número alto de individuos.
Factores que afectan la estimación de la heredabilidad.
La heredabilidad es un parámetro que corresponde a un carácter en una
población dada, que se desarrolla en un ambiente particular. Esto quiere decir
que un mismo carácter en dos poblaciones distintas puede mostrar distintos
valores de heredabilidad, por ejemplo la estimaciones de h2 a partir de una F2
serán diferentes comparados con la estimaciones realizadas en une F6. Un
mismo carácter en una misma población puede tener distinta heredabilidad
cuando lo que cambia es el ambiente (localidad, año, sequía, etc.). La
selección puede cambiar la heredabilidad al actuar intencionalmente sobre la
variabilidad genética de una población. El método de estimación de la h2 puede
influir sobre la cuantificación de la heredabilidad. Debido que no se pueden
medir todos los individuos de una población es necesario tomar una muestra al
azar de la población y sobre ella estimar la h2.
Aplicaciones de la heredabilidad.
La estimación de la heredabilidad nos indica que, si ella es lo suficientemente
alta en el carácter objeto de selección podremos emplear métodos basados en
el fenotipo como la selección masal, pero, si la h2 es moderada o baja se
deberán emplear métodos basados en la selección familiar o de la evaluación
de la descendencia para que la selección sea eficiente.
El otro propósito muy importante de la estimación de heredabilidad es
comparar las ganancias genéticas esperadas a partir de diferentes estrategias
de selección. Se pueden emplear las estimaciones de h2 para predecir la
ganancia por selección basada en valores de parcelas sin repeticiones y
compararla con la ganancia si los materiales son repetidos en varios
ambientes.
Las estimaciones de h2 son útiles para comparar la ganancia bajo diferentes
diseños experimentales con variable número de repeticiones, años de
evaluación y localidades que pueden ser empleados para la óptima asignación
de recursos en un programa de mejora.
Cuando la interacción genotipo x ambiente causa cambios de orden
significativos entre los genotipos evaluados en diferentes ambientes, la h 2
basada sobre las medias de todos los ambientes pueden ser comparadas con
71
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
la h2 calculada en base a ambientes particulares para determinar la elección
del ambiente de selección más conveniente.
La estimación heredabilidad basada en diferentes estructuras familiares
derivadas de la misma población pueden ser comparadas para determinar que
tipo de familia permitirá la máxima ganancia genética.
Como la heredabilidad varía entre poblaciones diferentes, la h2 estimada puede
ser útil para elegir la mejor población base en la cual la selección será más
efectiva.
La heredabilidad estimada para diferentes caracteres en una misma población,
conjuntamente con la estimación de la correlación genética entre los
caracteres, se puede emplear en esquemas de selección indirecta.
Bibliografía
Allard, R W, 1978. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed. Omega,
Barcelona.
Falconer, D. S., 1986. Introducción a la genética cuantitativa. CECSA, Méjico.
Mariotti, J. A., 1986. Fundamentos de genética biométrica. Aplicaciones al
mejoramiento genético vegetal. O.E.A. Serie de biología, monografía nº 32.
Washington, D.C.
72
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 7.
Generación de Variabilidad
La existencia de variabilidad genética es primordial para el éxito de todo
programa de mejoramiento. Esta variabilidad puede ser natural o generada
artificialmente mediante diversos procedimientos. A continuación se describen
algunas metodologías para el aprovechamiento de la variabilidad natural y para
la generación de variabilidad en forma artificial.
Empleo de los recursos genéticos en el mejoramiento.
Una vez identificado y adquirido el recurso genético, existen alternativas para
su empleo:
Introgresión
Comprende la transferencia específica de uno o varios genes de un recurso
genético a un material de cría. Apunta a mejorar una característica cualitativa
de alta heredabilidad como, por ejemplo, la resistencia a una enfermedad o
genes restauradores de la fertilidad. El método regularmente empleado es la
retrocruza. El método varía en su complejidad dependiendo si los genes son
dominantes o recesivos.
Incorporación
Es el desarrollo de nuevas y altamente variables poblaciones a partir de los
recursos genéticos con un nivel aceptable de comportamiento. El objetivo es
ampliar o enriquecer la base genética para caractres cuantitativos. El método
dependerá si la especie es autógama o alógama. Inicialmente la selección se
concentra en caracteres de alta heredabilidad dejando los productivos para
etapas mas tardías. Se trata de maximizar la diversidad y recombinación
empleando una intensidad de selección mínima.
Premejoramiento
Acciones básicas que se llevan a cabo para que un material de difícil
adaptación o uso directo pueda ser incorporado a un programa de
mejoramiento. Los materiales silvestres, exóticos o aquellos derivados de
cruzas intergenéricas o interespecíficas, generalmente requieren de
metodologías de fertilización especiales como rescate de embriones o cruzas
puentes.
Transferencia de genes
Comprende la transformación genética mediante la introgresión de genes
mediante biotecnología, donde las técnicas son independientes de las barreras
a la hibridación. Los pasos necesarios son: la identificación y aislamiento del
gen de interés, el clonado del gen, la transferencia y expresión del mismo en la
especie de interés.
73
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Selección de progenitores y estrategias de cruzamientos.
Una de las necesidades más importantes en un programa de mejora genética
de plantas de cualquier especie, es disponer del material sobre el cual
seleccionar. A este material inicial se le llama población original o población
base, o germoplasma parental. El material inicial se debe seleccionar sobre la
base de un claro entendimiento de los objetivos del proyecto de cría.
Aquí, se pueden considerar dos posibilidades:
a. La existencia de una población con suficiente variabilidad genética para
el o los caracteres a seleccionar, o bien
b. la necesidad de conformar una población base a recombinación de
germoplasma parental.
Frente a la necesidad de crear una población inicial, el camino es el
cruzamiento entre germoplasmas. En esta instancia se debe analizar la
posibilidad de:
a. Recombinar variedad o cultivares, que contengan diferencias
heredables entre y dentro de ellas. Esto se realiza con la
presunción de que la recombinación por si misma aumenta la
variabilidad genética de todos los caracteres. Esta manera de
generar la población base ha sido utilizada en los antiguos
programas de mejora.
b. Cruzar progenitores por caracteres específicos. En este caso los
padres a recombinar se eligen por que tienen aspectos fenotipitos
similares para algunos caracteres agronómicos (altura de planta,
precocidad, color de granos, etc.) pero, además se conoce que
ellos aportan caracteres que se desean reunir en la nueva
variedad. Esto es el procedimiento que se utiliza en los métodos
actuales de mejora clásica.
c. Cruzar progenitores por genes específicos. Este es el caso en
que se recombinan padres por que aportan un gen determinado.
Si bien esto se incluye en la mejora clásica para la transferencia
de genes simples, su concepto también incluye las técnicas
modernas de transferencias de material hereditario por
biotecnología.
a. Identificación de los caracteres en función de la necesidad.
Los objetivos generales del Mejoramiento Genético Vegetal son
aumentar el rendimiento, la resistencia a factores adversos y la calidad. No
obstante se plantean ciertos objetivos específicos como la altura de despeje en
soja, el color de garbanzo para exportación, sabor y color en frutales. De todas
74
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
maneras, cualquier objetivo en un programa de mejora se debe basar en
responder a las necesidades de los productores y de la sociedad.
17.b. Cantidad de caracteres a mejorar.
La probabilidad de éxito en el desarrollo de un programa de mejora
genética aumenta cuando mas caracteres se consideran simultáneamente. Sin
embargo, en la práctica es necesario asignar prioridades a los caracteres con
el fin de seleccionar solo los mas importantes. Esto se debe a que, en la
población recombinante, la probabilidad de aparición de un individuo que reúna
la expresión deseada para caracteres que aportan los padres, será igual al
producto de las probabilidades de aparición de cada caracteres en su
respectiva población parental.
Así, por ejemplo, en la tabla siguiente se detallan 4 poblaciones parentales (A,
B, C y D), portadoras respectivamente de la expresión deseada de un carácter
de interés (C1, C2, C3 y C4) y su respectiva frecuencia genotípica.
POBLACIÓN
A
B
C
D
CARÁCTER
C1
C2
C3
C4
FRECUENCIA
1/10
1/20
1/100
1/200
En la población resultante de recombinar estos cuatro padres, la probabilidad
de encontrar en un individuo con los caracteres deseados será:
C1, C2, C3, C4 = 1 / 4.000.000
C1, C2, C3 = 1 / 20.000
C1, C2 = 1 / 200
C1, C3, C4 = 1 / 200.000
C1, C3 = 1 / 1.000
C1, C4 = 1 / 2.000
17.c. Cantidad de padres a recombinar.
En los atributos de herencia simple, la integración de una generación
recombinante se puede lograr por cruzamientos simples entre padres
portadores de una expresión deseada seguido, en algunos casos, de unas
pocas retrocruzas. la cantidad de padres es igual a la cantidad de caracteres
bajo mejora. Sin embargo, se debe considerar la posibilidad de que un padre
aporte la expresión buscada de mas de un carácter. La decisión respecto de la
cantidad adecuada de padres, resultará de analizar las probabilidades citadas
en 17.b..
Cuando uno o más caracteres a mejorar son de herencia cuantitativa, es
apropiado la formación de poblaciones complejas por la integración de más de
cuatro progenitores. La ventaja potencial de un cruzamiento complejo
comparado con uno simple, está en que la cantidad de alelos posibles para
75
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
cada locus se incrementa en la población con la cantidad de padres que
participan. Esto relaciona individualmente a los loci con dos o mas alelos, uno
de los cuales es mas favorable. Dos padres homocigotas solamente pueden
contribuir con un alelo cada uno. En un cruza simple entre padres homocigotas,
puede ser que uno, ambos, o ninguno tenga el alelo más favorable posible.
Para un carácter cuantitativo controlado por muchos genes, cada uno con
efecto pequeño, el mejorador no puede conocer cuales alelos están presentes
en un padre. La probabilidad, de que al menos un padre tenga el alelo más
favorable para cada locus, se incrementa tanto como se incrementa la cantidad
de padres en la población.
La elección de un procedimiento para formar una población compleja depende
de la importancia que el mejorador de a factores tales como:
a.
b.
c.
d.
la necesidad de combinar alelos de todos los padres,
a la cantidad de padres comprometidos,
la contribución de cada padre a la población, y
la cantidad de tiempo disponible para formar la población original.
La cantidad de combinaciones de alelos que se pueden lograr entre los
miembros de una población estará determinada por la cantidad de
generaciones de intercruzamiento que se realicen antes de iniciar la selección.
En una cruza simple, la oportunidad de que un individuo segregante contenga
alelos de los dos padres requiere solo una cruza, pero si los padres son tres o
cuatro se necesitan como mínimo dos intercruzamientos, si son cinco a ocho se
necesitan tres y así sucesivamente. Esto se ilustra con ocho padres (1 a 8) que
intercambian cuatro alelos (A hasta D).
PRIMER CRUZAMIENTO
P1 x P2 -- A1A2B1B2C1C2D1D2
P3 x P4 -- A3A4B3B4C3C4D3D4
P5 x P6 -- A5A6B5B6C5C6D5D6
P7 x P8 -- A7A8B7B8C7C8D7D8
SEGUNDO CRUZAMIENTO
(P1 x P2) x (P3 x P4) -- puede producir una combinación como esta:
A1A3B2B4C1C3D2D4
(P5 x P6) x (P7 x P8) -- puede producir una combinación como esta:
A5A7B7B8C6C8D5D6
TERCER CRUZAAMIENTO
[ (P1 x P2) x (P3 x P4) ] X [ (P5 x P6) x (P7 x P8) ] -- que puede producir
una combinación como esta:
76
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
A1A5B2B8C3C7D4D6
En este caso, la incorporación de cada padre incrementará teóricamente
la cantidad de alelos diferentes posibles. Por lo tanto, se ampliará la
posibilidad de incrementar la varianza genética de la población resultante. A
veces, sin embargo, es dificultoso encontrar una gran cantidad de padres que
tengan un comportamiento de nivel aceptable para todos los caracteres bajo
selección. Así, por ejemplo, si sobre un grupo de genotipos disponibles un 25%
tiene un comportamiento superior para un carácter, un 25% estar por encima
del promedio, 25% por debajo del promedio y el 25% restante manifestar un
comportamiento inferior. El mejorador deberá decidir si recombinar solo el 25%
de los genotipos superiores para lograr una población recombinante con
potencial de alta expresión del carácter y limitada variabilidad, o utilizar una
mayor cantidad de padres para incrementar la variabilidad genética potencial
sacrificando el nivel medio de comportamiento.
Mutación
El mejoramiento vegetal requiere de variación genética útil para obtener nuevos
cultivares. En algunas especies o para algunos caracteres esa variación no
existe o es muy reducida. Los agentes mutagénicos como la radiación y
algunos agentes químicos pueden ser empleados para generar variaciones
genéticas a partir de las cuales una variación o mutación puede ser
seleccionada. La inuducción de mutaciones ha probado ser una via de crear
variación en una especie determinada. Ofrece la posibilidad de crear variantes
que no se encuentran naturalmente o que se han perdido en el curso de la
evolución de las plantas debido a la selección natural y artificial.
Los tratamientos mutagénicos alteran genes o rompen cromosomas- Las
mutaciones génicas ocurren naturalmente como errores en al replicación del
ADN. Muchos de estos errores son reparados, pero algunos pasan por
sucesivas divisiones celulares para quedar establecidos en las progenies de
esas plantas como mutaciones espontáneas.
Aunque las mutaciones observadas en un gen en particular son raras, hay
probablemente 100000 genes en una célula de una planta superior. Esto
significa que todas las plantas pueden llevar uno o más mutaciones
espontáneas en la próxima generación. Las mutaciones génicas sin
expresiones fenotípicas (visibles) generalmente no son reconocidas. En
consecuencia, la variación genética aparece bastante limitada y los científicos
tienen que recurrir a la inducción de la mutación. No hay otra manera de alterar
genes excepto esperar por mucho tiempo por mutación espontánea que se
produzca. La inducción artificial de las mutaciones por radiación ionizante se
remonta a principios del siglo XX. Pero se tardó unos 30 años para probar que
tales cambios podrían utilizarse en el fitomejoramiento. Las primeras tentativas
de inducir mutaciones en plantas fueron utilizando rayos X mayormente, más
tarde, en los albores de la "era atómica", la radiación gamma y de neutrones
fueron empleados.
77
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Variación Somaclonal
Introducción
El cultivo de tejidos es un procedimiento donde varios tipos de hormonas
incorporados en un medio en distintas concentraciones pueden modificar el
crecimiento en forma diferenciada o no. La diferenciación incluye la producción
de raíces o tallos, mientras que la indiferenciación produce callos que son
masas de células. Este cultivo más o menos diferenciado es llevado a distintos
medios a fin de obtener la regeneración de plantas completas. La facilidad y
eficiencia con que estas manipulaciones pueden ser realizadas varía
enormemente de especie en especie. Lo explantos iniciales para un cultivo in
vitro provienen virtualmente de todos los órganos o tipos de células incluyendo
embriones, microsporas, raíces, hojas y protoplastos.
Históricamente el ciclo lo de cultivo in vitro era un método de clonación de un
determinado genotipo, a fin de logra una rápida multiplicación. Esto implica que
las plantas regeneradas a partir del cultivo in vitro deben ser copias exactas del
material parental. Sin embargo se observaron cambios fenotípicos en la plantas
regeneradas. Se supuso que eran diferencias epigenéticas, y no merecedoras
de atención. Luego se observo que algunas de esas variaciones eran
persistentes y heredables. El cultivo de tejidos apareció entonces como una
fuente alterna de variación genética. A esta variación se la denominó Variación
somaclonal.
Podemos definir a la variación somaclonal como: cambios genéticos estables
producidos durante un cultivo de tejidos.
Origen de la variación
Toda discusión respecto a las causas de la variación a nivel de cultivo in vitro
es hasta ahora especulativa, sin embargo hay un número de hechos que deben
mencionarse. Lo importante es entender estos procesos y lograr control sobre
ellos de modo que la variación pueda ser incrementada cuando ese es el
objetivo o suprimida cuando el objetivo del investigador es la propagación, sin
alteración genética alguna, de un genotipo determinado.

El ciclo y/o el medio de cultivo producen variación, ej.: con la aplicación
de 2,4 D.

Acumulación de mutaciones en tejidos indiferenciados más las que
podrían ocurrir luego en los diferenciados.

Cambios en el cariotipo, implica cambios bruscos, tales como
aneuploidía o polipliodía. Sin embargo, la evidencia indica que no
necesariamente es una causa principal de variación somaclonal. Por
otra parte, es obvio que tales cambios pueden ser selectos durante la
regeneración de plantas, especialmente en el caso de especies
diploides.
78
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos

Cambios cripticos, pequeños cambios asociados con reacomodamiento
de los cromosomas, ej.: ruptura y fusión, translocaciones de
cromosomas no homólogos. Estos reacomodamientos, ademas de
afectar los genes que están localizados en el lugar de ruptura, también
afectan a los genes vecinos, particularmente aquellos que poseen una
transcripción coordinadamente regulada. Se afectan genes distantes en
el cromosoma. Estos cambios no solo pueden resultar en la pérdida de
genes y sus funciones, si no que también pueden permitir la expresión
de genes que hasta ese momento habían permanecido en "silencio". Por
ej.: la eliminación del alelo dominante y la expresión del recesivo,
fenómeno conocido como hemizigocidad. En cebada se han observado
procesos de ruptura y fusión, multicentros, translocaciones en plantas
derivadas del cultivo de tejidos. Translocaciones de cromosomas no
homólogos han sido observados en avena. En maíz se han observado
cromosomas heteromórficos apareados.

Transposición de elementos (Transposones), ciertos elementos de
transposición en el DNA mitocondrial están implicados en la reversión
espontanea hacia fertilidad del citoplasma estéril S en Zea mays L. El
medio en el cual se desarrolla el cultivo de tejidos permite una alta
probabilidad de ocurrencia de la transposición secuencial de DNA. Los
elementos de transposición tendrían como primera función asegurar su
propia subsistencia en el genomio, de este modo se incrementaría la
adaptación hacia el nuevo medio como ocurre en el cultivo de tejidos.

Incremento del crossing over, debido a la "presión" del medio de cultivo,
que puede ser particularmente importante si los cambios son asimétricos
o entre cromosomas no homólogos.
La variabilidad observada es válida solamente si es manipulada
adecuadamente y las variantes útiles son seleccionadas y evaluadas
cuidadosamente. Si la variación es extensiva, la simple elección del primer
somaclon con el atributo deseado seria poco eficiente, ya que, de allí en
adelante pueden ocurrir cambios genéticos en detrimento o no del carácter.
Cada serie de somaclones potencialmente útiles deben ser evaluados bajo
condiciones de campo.
En síntesis la eficiencia de la obtención de genotipos a través de la
variación somaclonal depende de cuan bueno sea el sistema de selección in
vitro empleado. Los fines específicos son obtener resistencia a toxinas de
patógenos, herbicidas, estres osmótico, frío, etc.
3. Variación Gametoclonal
La variación observada entre plantas regeneradas de cultivos de tejidos
somáticos ha sido observada también entre plantas derivadas de gametas. A
pesar de que la variabilidad observada puede ser similar con la somaclonal, los
fenómenos difieren:
79
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
1. Desde que los gametoclones son, en principio individuos haploides, las
mutaciones controladas por genes recesivos pueden ser observadas en las
plantas regeneradas (diploides homocigotas), en contraste con los somaclones
que deben ser autofecundados y su progenie analizada para detectar
mutaciones recesivas.
2. La plantas derivadas del cultivo de gametas son haploides, el número
cromosómico debe ser doblado para restaurar la fertilidad para la formación de
semillas. Esto se consigue con tratamientos químicos que impiden la formación
del huso. Uno de esos agentes, la colchicina, también ha sido indicada como
agente mutagénico lo que contribuye a la variación de los doble haploides
resultantes.
En los genotipos obtenidos se suele observar un marcado incremento del vigor
sobre el genotipo parental. Esto podría ser contradictorio, ya que la mayoría de
las mutaciones son deletéreas. Una posible explicación sería que las
mutaciones, cuando ocurren al azar y cuando son heterocigotas (no letales),
pueden tener un efecto favorable sobre la viabilidad y adaptación en un
espectro genético homocigota. O sea que el aumento en la heterosis y en la
viabilidad se debería a la presencia de un alelo mutante y otro no, o sea un
estado heterocigota.
Si lo anterior es cierto, o sea la sobredominancia de un gen es la explicación, al
menos en parte, para la formación de individuos superiores a partir de cultivos
es necesario tener en cuenta que:
1. Los genotipos superiores recobrados deben ser heterocigotas para las
mutaciones ocurridas, o sea llevarían consigo un carga heterótica. Esta
condición solo es aceptable si el cultivo es propagado vegetativamente, pero
inaceptable si es por semilla sexual.
2. La variación debe recuperarse necesariamente en diploides o poliploides.
3. El empleo moderado de agentes mutagénicos puede incrementar la frecuencia
de variación deseable a través del cultivo de tejidos.
En el caso específico de los cereales se deben producir un gran número de
plantas para superar el problema de mutantes albinos que ocurren con alta
frecuencia entre las plantas derivadas de gametas. La ocurrencia de albinos
parece deber su causa a delecciones en el genomio de los cloroplastos. A
pesar de que esto puede ser un aspecto negativo de la variación gametoclonal,
posee un valor potencial en la producción de variabilidad citoplásmica, dado
que los genes codificados en el DNA mitocondrial y en los cloroplastos son
difíciles de manejar mediante el mejoramiento convencional.
4. Conclusiones
La variación somaclonal puede ser una técnica adicional potencialmente
útil para ofrecer a los mejoradores de plantas nueva variación genética, pero
80
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
todavía no existe una razón para esperar que algo fundamentalmente nuevo
pueda revolucionar la obtención de variabilidad genética. Ejemplos de
cultivares obtenidos de esta forma son: tomate resistente a Fusarium, pimiento
(paprika) sin semillas y varios cultivares de caña de azúcar con resistencia a
ciertas enfermedades (enfermedad de Fiji).
Bibliografía
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Van Harten, A. M., 1991. Mutation Breeding, In: Introduction to Plant
Breeding II. Genetic Variation. Dep. of Plant Breeding, Wageningen Agricultural
University, Wageningen, The Netherlands, 84 p.
81
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 8.
Selección
Introducción
Los mejoradores de plantas han tratado de incrementar el rendimiento de los
cultivos a través de la selección por caracteres individuales desde el principio
de la mejora genética. El principal efecto de la selección es un cambio en la
frecuencia génica de una población. Como los caracteres cuantitativos son
controlados generalmente por un gran número de genes y su expresión es
afectada por el ambiente, el efecto de la selección se manifiesta en cambios en
los valores fenotípicos como el valor medio del carácter en cuestión, sus
varianzas y covarianzas. Cuando se aplica selección sobre uno o sobre varios
caracteres en forma simultánea, se debe tener en cuenta que se puede afectar
el comportamiento de otros caracteres. Por ello es necesario conocer la
estructura de correlación entre los caracteres que son objeto de selección y los
demás, para no provocar cambios no deseados. Un ejemplo de lo anterior es la
relación inversa entre contenido de proteína y rendimiento en los cereales.
Selección de caracteres cualitativos y cuantitativos.
Los caracteres cualitativos son fácilmente agrupados en clases y de este modo
permiten su identificación a campo en forma relativamente sencilla. Como su
expresión está dominada por uno o pocos genes que no tienen, o es mínima,
influencia ambiental, e posible identificar el genotipo del individuo a partir del
fenotipo. Por ejemplo en el caso de una resistencia condicionada por un alelo
dominante, R, los genotipos posibles para este locus serían, obviamente RR,
Rr y rr. El homocigota recesivo es fácilmente removido dado que se mostraría
totalmente susceptible, mientras que el heterocigota podría ser identificado
mediante la endocría. De este modo, en pocos ciclos el carácter podría ser
fijado en la población. Contrariamente, los caracteres cuantitativos al ser
regidos por muchos genes sumado a la alta influencia ambiental, no son tan
sencillamente identificados y para fijar los genes responsables de un
determinado carácter son necesarios varios ciclos de selección que pueden
disminuir la frecuencia de los genes que condicionan el carácter, pero no
eliminarlos completamente como en caso de la selección en poblaciones de
plantas alógamas. Para efectuar selección en forma eficiente sobre caracteres
cuantitativos es necesario conocer varios parámetros como ser la variabilidad
genética, la heredabilidad, la correlación con otros caracteres de interés, la
respuesta a la selección y los diferentes criterios y modalidades de selección
que pueden aplicarse sobre estos caracteres.
Respuesta a la Selección, Avance Genético e Intensidad de selección.
La respuesta a la selección (R) en un carácter es el producto de la
heredabilidad del carácter (h2) por el diferencial de selección (δs). De manera
que cuando el material es genéticamente homogéneo (h2=0), no hay respuesta
a la selección (Figura 1), pero, cuando la heredabilidad es máxima, la
respuesta a la selección es igual al diferencial de selección. La situación
82
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
intermedia es lo más frecuente en el análisis de caracteres cuantitativos en
donde tienen efectos la variación genética y las modificaciones ocasionadas
por el ambiente.
R = h2. δs
De existir apareamiento en forma aleatoria en la población original, la relación
R/δs no es otra cosa que la regresión de las medias de las progenies en la
generación de sobre las medias de los padres en la PO, es decir b op , lo que
corresponde a la h2 del carácter en la población original:
b op = h2
R/S = h2
1 - 0/s - 0 = h2
R = h 2. δs
En principio, la predicción de la respuesta es válida para una sola generación
de selección. La respuesta depende de la heredabilidad del carácter en la
generación en la cual se seleccionaron a los progenitores. Dado que la
selección cambia las frecuencias génicas, las propiedades genéticas de la
generación filial, en particular la heredabilidad, no son las mismas que en los
progenitores. Puesto que son desconocidos los cambios en las frecuencias
génicas no podernos predecir la respuesta de una segunda generación de
selección sin calcular la heredabilidad.
Figura 1. Resultados posibles de la respuesta a la selección. Po = población
original
83
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
En el mejoramiento de plantas el interés es calcular la respuesta luego de
varios ciclos de selección para por ejemplo comparar diferentes métodos de
selección para los mismos caracteres. Para estimar esta respuesta se debe
implementar ensayos, generalmente en varias localidades y años, con todos
los ciclos de selección realizados, los que constituirán los tratamientos. Por
ejemplo, si se quiere estimar la respuesta a la selección masal a lo largo de 10
ciclos de selección, se deberá implementar un ensayo con los diez ciclos de
selección (C0 a C10), en parcelas predeterminadas con un adecuado número
de repeticiones y localidades (ambientes). Durante el crecimiento de las plantas
se toman datos sobre las características de interés, particularmente aquella
que fue objeto de selección directa, pero ejemplo: menor altura de planta,
rendimiento, ciclo, etc. y otras variables que sean de importancia y/o que estén
correlacionadas con la principal.
Una forma simple de estimar la respuesta a la selección mediante la
comparación del último ciclo de selección Cn, con el inicial, generalmente
denominado C0. Se calcula la diferencia entre los ciclos y se estima el cambio
con respecto al ciclo inicial (C0) como porcentaje del mismo.
Sin embargo, en la mayoría de los estudios sobre la respuesta a la selección se
busca estimar las tendencias a lo largo de la selección, y para ello se utiliza la
técnica de regresión. Esta técnica tiene la ventaja de integrar los datos y que el
coeficiente de regresión bi es un estimador adecuado para medir las
respuestas a la selección. Si se expresa el valor de b como porcentaje (%) del
promedio del ciclo inicial o de partida (C0), se puede obtener un estimador de
las ganancias por ciclo (como % del C0).
A modo de ejemplo emplearemos los datos de la tabla 1:
a) Altura de inserción de espiga
De acuerdo a lo anterior podemos estimar la respuesta de dos maneras:
a1) La diferencia entre C2 con C0 es 117,5 – 127,0 = -9,5 cm. Si se
expresa este valor como % del C0 tendremos (-9.5/127)*100 = -7,48 %.
a2) Si se realiza la regresión de promedio de altura de inserción de
espiga para los ciclos C0, C1 y C2 sobre ciclo de selección (0,1 y 2) tendremos
la ecuación de regresión:
124,58 - 4.75 (ciclo)
Donde –4,75 es el valor del coeficiente de regresión bi. La significancia de este
valor de bi (usando el test t para la hipótesis nula que Ho: b = 0.0), provee de
un test estadístico para confirmar la significancia de la respuesta a la selección.
Se puede expresar el valor del coeficiente de regresión b como porcentaje del
ciclo original. El valor del C0 puede ser el valor observado (127,0) o el valor del
intecepto (124,58). Por lo tanto la ganancia por ciclo será:
84
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
-4,75/127*100 = -3,74% por ciclo,
o bien:
-4,75/124,58*100 = -3,81% por ciclo,
Dependiendo si se utiliza el valor real del C0 o el estimado
Ejercicio: Realice los cálculos para estimar la respuesta a la selección para los
otros caracteres: acame y prolificidad utilizando ambos procedimientos
descriptos en a1 y a2.
Datos:
Ecuaciones de regresión
Acame: 14,925 – 4,545
Prolificidad: 0,965 + 0,035
Tabla 1. Cambios en tres variables cuantitativas a lo largo de 2 ciclos de
selección masal en maíz
Ciclo de
Selección
C0
C1
C2
Altura de
inserción de
espiga
(cm)
127.0
115.0
117.5
Respuesta
-3,74%
Acame
(vuelco de
plantas)
(%)
17.49
5.25
8.4
Prolificidad
(n° de
espigas/planta)
0.93
1.07
1.00
Tal como se presenta, la estimación de la R s se realiza luego de haber
realizado la selección. Sin embargo, en la formulación de un plan de mejora es
necesario estimar la respuesta antes de realizar la selección a fin de definir la
cantidad de ciclos de selección necesarios y la proporción de individuos a
seleccionar en cada ciclo. Para ese fin se “estandariza” la ecuación de la
respuesta. A esta ecuación se la llama avance genético, y al diferencial de
selección estandarizado se lo denomina intensidad de selección:
δs: diferencial de selección
σ: desviación típica
85
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La I es la distancia que se mide entre la media de la población original y la
media de la muestra a seleccionar. Es decir que existe un valor de I para
cualquier porcentaje de individuos de la población entre 0 y 50%. Estos valores
se disponen en tablas y el mejorador puede elegir la presión de selección que
más le conviene en función de la heredabilidad del carácter, la variabilidad y el
tiempo disponible.
Heredabilidad realizada.
A partir de la respuesta a la selección se puede estimar la heredabilidad a partir
del resultado de la selección que se ha practicado:
Siendo: R la respuesta a la selección y δs el diferencial de selección.
Esta fórmula proporciona la descripción empírica más útil de la efectividad de la
selección, la cual permite hacer una comparación de experimentos diferentes
cuando la intensidad de la selección no es la misma. El término heredabilidad
realizada es empleado para denotar el cociente R/S, independientemente de su
validez como medida de la heredabilidad verdadera o realizada.
Respuesta correlacionada.
Al practicar selección sobre un determinado carácter, por ejemplo el carácter x,
esta acción podrá o no tener consecuencias o cambios sobre otro carácter y.
La respuesta en el carácter x, o sea el carácter seleccionado, es equivalente al
valor reproductivo medio de los individuos seleccionados o sea el valor aditivo.
El cambio en el carácter y se da, entonces, por medio de la regresión del valor
reproductivo (aditivo) de y sobre el valor reproductivo o aditivo de x:
86
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
r: correlación genética entre x e y o sea la correlación entre los valores
reproductivos
Si la respuesta de carácter x, seleccionado directamente es:
Rx = i.h2x.σx
La respuesta correlacionada en el carácter y es:
RCy = byx . Rx
Por lo tanto sise conocen las correlaciones genéticas y las heredabilidades de
los dos caracteres se puede predecir la respuesta correlacionada a la
selección.
Criterios de Selección. Selección por rendimiento. Selección mediante
componentes del rendimiento.
En el mejoramiento de plantas la selección puede realizarse teniendo en
cuenta:
a. Un único carácter
b. Múltiples caracteres
c. Un ideotipo de planta
Selección por un único carácter
Generalmente la selección basada en un solo carácter ha sido practicada
utilizando el rendimiento como carácter de selección. La selección por
rendimiento puede ser realizada mediante la medición del rendimiento de una
planta individual, de una familia o de una línea. El éxito de la selección va a
depender de:
a. La generación en la que se comienza la selección
b. El método de evaluar las generaciones segregantes
La selección se efectúa en generaciones tempranas, por ejemplo en F2 o F3, el
éxito de la selección para rendimiento es generalmente pobre dado los fuertes
87
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
efectos de dominancia y epistasia en estas generaciones y que luego
desaparecen, al acercarse a homocigosis, en generaciones tardías en plantas
autógamas. Por otra parte el éxito de la selección puede variar si la evaluación
del rendimiento se realiza sobre una planta o sobre familias. En el caso de
plantas, además de los efectos génicos mencionados, existe una gran
influencia ambiental y el mejorador cuenta con una única medición. La
selección puede ser más exitosa si la selección es basada en familias, en las
cuales el rendimiento es un promedio del rinde individual de cada componente
de la familias, y si se practica sobre generaciones F4/5.
Selección para más de un carácter: Tándem, Selección por niveles
independientes e Índice de selección.
En la práctica la selección para más de una característica o carácter es común.
Generalmente el carácter de interés es el rendimiento en grano, pero existen
otros caracteres que son deseables desde el punto de vista agronómico como
altura de planta, resistencia al quebrado de tallo o vuelco, resistencia a
enfermedades e insectos, etc., que deben ser incluidos en un plan de mejora.
Existen tres procedimientos para la selección de varias características:



Selección en Tándem
Selección por Niveles Independientes (o descarte individual)
Índice de Selección
Selección en Tándem
La selección en tándem enfatiza la selección para un solo carácter durante un
determinado número de generaciones. Luego se comienza por otro carácter
que se selecciona también durante varias generaciones. Es decir un carácter
es seleccionado hasta alcanzar un nivel satisfactorio, para después seleccionar
por otro carácter y así sucesivamente.
Uno de los problemas de la selección en tándem es determinar el número de
generaciones de selección para el mejoramiento de cada carácter. Si se utiliza
una alta presión de selección la variabilidad decrece rápidamente y la ganancia
por selección se reduce después de pocas generaciones. Es necesario
establece un orden de importancia para cada carácter, el límite requerido para
el carácter y la heredabilidad del mismo deben ser determinados antes de la
aplicación de la selección en tándem. Las correlaciones entre los caracteres
deben conocerse para evitar efectos indeseables al aplicar la selección, dado
que por ej., la selección para aumentar el rendimiento puede causar un
aumento en la altura de la planta lo que es contrario al moderno ideotipo de
planta en cereales. La efectividad de la selección en tándem aumenta cuando
las correlaciones genéticas no existen o son muy bajas, por ej. entre
rendimiento y resistencia a enfermedades, luego de incrementar el rendimiento
se puede aumentar el nivel de resistencia a enfermedades.
88
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Selección por Niveles Independientes
Es la selección secuencial para varios caracteres en la misma generación.
Usualmente se disponen de datos de valores medios obtenidos a partir de
experimentos con varias repeticiones. Si se disponen de 500 familias para ser
empleadas como población base de selección una forma de selección sería:
Procedimiento:
Población base
500 Familias de maíz
Intensidad de
Selección (%)
Etapa 1
200 Familias selectas por
rendimiento
40
Etapa 2
100 Familias selectas por altura de
inserción de espiga
50
Etapa 3
50 Familias selectas por resistencia
al quebrado del tallo
50
Etc.
Intensidad de selección total aplicada: 0,4 x 0,5 x 0,5 = 0,10 o 10 %
Cantidad de familias a recombinarse para reiniciar el próximo ciclo de
selección: 50. Estas familias pueden recombinarse en libre polinización, medios
hermanos o hermanos completos, en lotes aislados de otra fuente de polen. La
semilla cosechada después de la recombinación se utilizará para un nuevo
ciclo de selección.
Índice de Selección
Mediante este procedimiento la selección para diferentes caracteres se realiza
simultáneamente. La decisión que toma el mejorador se basa en el mérito
relativo que se le asigna a cada carácter. La experiencia y la capacidad visual
de discernir (selección visual) tienen mucha importancia en este tipo de
selección. Los caracteres cuantitativos pueden ser medidos con cierta precisión
en el campo, pero otros no. La resistencia o tolerancia a un patógeno
usualmente se mide de acuerdo a una escala prefijada: 0 = tolerante; 5 =
susceptible, en la que obviamente influye el criterio del seleccionador para
asignar valores a los genotipos bajo selección.
Se considera que la selección por índice es superior a la selección por tándem
y a la por niveles independientes, cuando el número de caracteres incluidos es
grande. Si las correlaciones genéticas entre los caracteres son bajas o nulas
mayor será la eficiencia de utilizar un índice de selección.
89
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Selección en base a un ideotipo de planta
Un ideotipo es una planta hipotética descripta en relación a los caracteres que
se piensa incrementarán el rendimiento potencial. El mejoramiento en base a
un ideotipo se basa en la modificación de caracteres individuales en donde el
objetivo para cada carácter es claramente especificado.
Bibliografía
Hayward, M. D., Bosemark, N. O., Romagosa, 1994. Plant Breeding: Principles
and Prospects., I. Chapman and Hall Ltd.
Sleper D. A. and J. M. Poehlman, 2006. Breeding Field Crops, 5th Edition,
Blackwell Publishing, 424 p.
90
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 9.
Interacción genotipo ambiente y adaptación
Introducción
La estabilidad de un cultivar es definida generalmente como la capacidad
genética de mantener un rendimiento alto y estable a través de una serie de
ambientes.
La causa principal de las diferencias entre genotipos respecto a la estabilidad
de los rendimientos es la amplia ocurrencia de la interacción genotipoambiente. Esta interacción es manifiesta cuando la respuesta fenotípica
producida por un cambio en las condiciones ambientales no es la misma para
todos los genotipos.
De acuerdo a lo anterior el orden de los genotipos puede variar dependiendo el
ambiente particular donde son cultivados. Esta interacción de los genotipos con
el ambiente puede ser parcialmente explicada como el resultado de una
reacción diferencial frente a factores ambientales como sequía ó
enfermedades.
Generalmente, solamente una parte de las interacciones genotipo ambiente
puede ser atribuido a condiciones ambientales conocidas, la mayor parte es
frecuentemente de origen desconocido en el análisis de estabilidad.
Cuando las variaciones ambientales son predecibles, la interacción genotipo
ambiente puede ser reducida mediante la estratificación del ambiente y la
asignación de los diferentes genotipos a cada ambiente. La variaciones
impredecibles son causa de importantes interacciones genotipo ambiente
impidiendo la estratificación antedicha. La solución es seleccionar genotipos
estables que mantengan su comportamiento, ej.: rendimiento, a través de una
gama de ambientes.
El término "Estabilidad Fenotípica" es usado para referirse a fluctuaciones en la
expresión fenotípica del rendimiento mientras la composición genotípica de las
variedades ó poblaciones permanece estable.
Conceptos básicos
Existe acuerdo entre los criadores de plantas sobre la importancia de alcanzar
rendimientos altos y estables, pero en lo que respecta a la definición de
"estabilidad" y a los métodos para calcularla las opiniones varían.
Frecuentemente los términos estabilidad fenotípica, estabilidad de los
rendimientos y adaptación son empleados de distinta manera y/o con distinto
significado. Quizá debido a esta confusión de terminología, Dorst, ya en 1957,
remarcó: "la palabra adaptación posee una gran adaptabilidad" y Lin en1986 "el
91
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
concepto de estabilidad es definido de muchas maneras dependiendo cómo el
investigador desea encarar el problema".
Estabilidad estática y dinámica
Dependiendo de los objetivos y del carácter bajo consideración existen dos
conceptos de estabilidad: el estático y el dinámico (Figura 9.1).
Concepto estático. De acuerdo a éste un genotipo posee un comportamiento
constante, independientemente de cualquier variación del ambiente. Este
genotipo no muestra desviación en el comportamiento esperado del carácter,
siendo su varianza entre ambientes igual a cero.
Concepto dinámico. Permite una respuesta predecible frente al ambiente.
Implica que los genotipos pueden reaccionar en forma distinta frente a distintos
ambientes, pero su comportamiento se puede predecir. Lo que es importante
es que el nivel de comportamiento predicho esté de acuerdo con el nivel
medido experimentalmente.
Carácter
A
B
Ambientes
Ambientes
Figura 9.1. A) Estabilidad estática (biológica) y B) dinámica (agronómica).
Se ha denominado a este último como el concepto "agronómico" de estabilidad,
diferenciándolo del estático al que se llamó "biológico".
3. Métodos biométricos de estimación.
Se utilizará un modelo lineal para representar los distintos métodos de
estimación de estabilidad:
Xij = µ + ej + gi + (ge)ij + Eij
92
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Donde:
Xij = valor fenotípico medio del individuo i (i = 1...., G) en el ambiente
j (j = 1,...., E).
µ = media poblacional.
ej = efecto del ambiente j-ésimo.
gi = efecto del genotipo i-ésimo.
(ge)ij = efecto de la interacción entre el genotipo i-ésimo y el
ambiente j-ésimo.
Eij = error aleatorio medio del genotipo i-ésimo en el ambiente jésimo.
Siendo:
Xi. = media del genotipo i.
X.j = media del ambiente j.
X .. = media general.
Varianza ambiental
De acuerdo al concepto estático la estabilidad fenotípica puede ser estimada
empleando la varianza de un genotipo a través de los ambientes:
Varianza ambiental S2xi = j (Xij - Xi.)2/ A - 1
Siendo: A: número de ambientes
Esta varianza ambiental detecta toda desviación de la media genotípica. Un
genotipo deseable no debe reaccionar a través de los diferentes ambientes.
Por lo tanto un genotipo estable poseería una S2xi = 0.
Este concepto de estabilidad es útil para aquellos caracteres que deban ser
mantenidos a nivel constante, ej.: la calidad panadera de los trigos ó la
resistencia a enfermedades. Sin embargo, el mejorador busca que los
genotipos tengan un rendimiento alto y estable. Es decir que respondan
favorablemente a un mejoramiento en las condiciones ambientales. Por lo
tanto, para caracteres como el rendimiento es preferible utilizar el concepto
dinámico en la evaluación de su estabilidad.
93
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
3.2 Varianza de los Rendimientos ajustados.
La selección de genotipos basados en el rendimiento medio a través de
localidades generalmente conduce a obtener genotipos adaptados a
condiciones optimas. Algunos autores sugieren el uso de la transformación de
los rendimientos de acuerdo a la media ambiental, el rendimiento relativo.
El empleo del rendimiento relativo asigna igual "peso" a cada ambiente,
facilitando la interpretación del comportamiento de los diferentes genotipos
evaluados en distintos experimentos en la misma localidad y en el mismo año.
Además transforma la varianza de los rendimientos a través de distintos
ambientes convirtiéndola en un concepto agronómico de estabilidad.
El rendimiento de un genotipo puede se expresado como relativo al rendimiento
medio del experimento o ensayo, o a la media de los testigos, o relativo al
mejor testigo del experimento considerado. Este puede ser expresado como:
RYij 
Yij
Y. j
Donde:
Yij: es la media del genotipo i en el ambiente j
Y.j: rendimiento medio del ambiente j
RY: rendimiento relativo
La varianza de los rendimientos relativos es:
S2i =  (RYij - RYi.)2 / A - 1
Donde:
RYi.: es el rendimiento relativo medio del genotipo i
A: número de ambientes.
De acuerdo a la Tabla 9.1, analizando los datos sin transformar, el genotipo R
posee la menor varianza y, por lo tanto, es estable en el sentido biológico. Esto
se debe a que su rendimiento es constante a través de los ambientes, a pesar
de que los tres ambientes tienen grandes diferencias en el rendimiento medio.
El genotipo P es el de mayor respuesta a mejores condiciones y posee la
94
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
mayor varianza. Q, cuya respuesta sigue el rendimiento medio de los
ambientes posee una varianza intermedia.
Tabla 9.1. Ejemplo teórico de comparación entre el rendimiento sin transformar
y el rendimiento relativo.
a) Rendimiento sin transformar
Genotipo
Ambientes
x
y
z
Media
Var
P
Q
R
1500
2000
2500
3500
3000
2500
5500
4000
2500
3500
3000
2500
4000000
2000000
0
Media
2000
3000
4000
b) Rendimiento Relativo
Genotipo
Ambientes
x
y
z
Media
Var
P
Q
R
0.75
1.00
1.25
1.17
1.00
0.83
1.37
1.00
0.63
1.10
1.00
0.90
0.102
0.000
0.102
Media
1.0
1.0
1.0
El empleo del rendimiento relativo remueve el efecto medio de los rendimientos
de los ambientes. Ahora Q tiene varianza cero, y es considerado estable en un
sentido agronómico. P es un genotipo que responde a cambios en el ambiente
y R no, ambos poseen varianza mayor a cero, y por lo tanto son considerados
inestables.
Regresión
Coeficiente de Regresión
En 1934, Strinfield y Salter fueron probablemente los primeros en caracterizar
la respuesta genotípica a factores climáticos cambiantes mediante el empleo
de la regresión linear. Esta técnica fue adoptada y utilizada por numerosos
autores.
95
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Yates y Cochran, en 1938, describieron un modelo en el cual la variación del
rendimiento de variedades en diferentes ambientes era separado en dos
partes. Una parte de la variación fue asignada a la respuesta lineal del
comportamiento individual de una variedad con respecto a un índice ambiental
(la media de todas las variedades en un ambiente particular). La otra parte de
la variación son debidas a desviaciones de este modelo lineal. El modelo tiene
la siguiente forma:
Yij =  + j j +  ij
Donde:
Yij: rendimiento medio de la variedad i en el ambiente j
: media general
j: coeficiente de regresión linear de la variedad i en el ambiente j
j: rendimiento medio de todas las variedades en el ambiente j
 ij: desviación de el rendimiento esperado de la variedad i en el ambiente j
Finlay y Wilkinson (1963) examinaron el rendimiento de variedades de cebada
en un rango de ambientes mediante la implementación de una serie de
ensayos en varias localidades y años. El rendimiento medio del ensayo en
cada localidad y en cada año fue utilizado como una medida del ambiente en el
cual se implantó el ensayo. Los rendimientos de cada variedad fueron
apareados con los rendimientos medios de cada ensayo con el fin de
implementar la técnica de regresión. La variedad que poseía una respuesta
media frente a cada ambiente tuvo una pendiente de regresión de uno (bi=1).
Ellos concluyeron que una variedad "ideal" debería tener un alto rendimiento
promedio y un coeficiente de regresión de uno (bi=1). Si una variedad posee un
coeficiente mayor que uno (bi>1) es adaptada a ambientes óptimos, si bi<1, la
adaptación es hacia ambientes pobres. Finalmente, sugirieron que la
adaptación y el rendimiento deben ser considerados como atributos distintos de
un mismo genotipo.
La técnica descripta fue ampliamente adoptada, sin mayores modificaciones, y
ha sido utilizada hasta nuestros días para estimar la estabilidad en muy
diversos materiales. Sin embargo se le han efectuado algunas críticas:
a) El índice ambiental no es independiente de los datos bajo análisis,
debido a que es extraído del mismo conjunto de datos. Freeman and Perkins
(1971) sugirieron el uso de una medida independiente del ambiente. Esto
puede ser obtenido mediante la omisión del genotipo bajo estudio ó por un
índice confeccionado en base a un conjunto distinto de genotipos.
96
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
b) La variable independiente, la media ambiental, es frecuentemente
medida con error. Este error depende del número de genotipos probados y de
la relación entre la media ambiental y el error. Si se utilizan diseños bien
planeados y en ambientes contrastantes el error puede ser pequeño.
c) La varianza del error, comúnmente, no es homogénea entre las
distintas localidades y/o años. Por lo tanto las comparaciones pueden estar
viciadas de nulidad desde el punto de vista estadístico.
A pesar de las objeciones descriptas, la regresión es el método más usado en
la estimación de parámetros de estabilidad.
Desviación de Regresión
Eberhart and Russell (1966) propusieron la utilización de la desviación de la
regresión (di), además del coeficiente de regresión bi, como un parámetro de
estabilidad. De esta manera los cuadrados medios residuales de la regresión
describen la contribución de un genotipo a la interacción genotipo ambiente. Es
posible describir los genotipos en base a las combinaciones en función de bi y
di. Altos valores de bi y di (alta interacción genotipo ambiente) indicarían una
tendencia a rendir mejor en ambientes cercanos al óptimo, pero inapropiados
para ambientes pobres (Tabla 9.2).
Un comportamiento altamente pronosticable en un ambiente de calidad
conocida, puede derivar en un menor grado de interacción con los
componentes ambientales en general, o bien como una respuesta repetible en
función de la calidad del ambiente (Mariotti, 1986).
Agrupamiento de Genotipos
Francis y Kannenberg (1978) desarrollaron un método por medio del cual los
genotipos son agrupados en base al rendimiento promedio y al coeficiente de
variación (cv). El cv, en este caso es una medida de la consistencia de los
rendimientos. En base a esta agrupación se distinguen 4 grupos (Figura 1):
Grupo I: Altos rendimientos, bajo C.V
Grupo II: Altos rendimientos, alto C.V
Grupo III: Bajos rendimientos, bajo C.V.
Grupo IV: Bajos rendimientos, alto C.V.
El grupo I aparece como el más deseable de todos. De acuerdo a esto un
genotipo estable es aquel que posee un rendimiento alto y consistente (Figura
3). Por lo tanto el grupo I es considerado estable. El grupo III, que puede ser
considerado estable, posee un comportamiento pobre en la mayoría de los
ambientes.
97
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Baja S2di
Alta Estabilidad
Ambientes Pobres
Ambientes Óptimos
Baja Estabilidad
Alta S2di
bi < 1
bi > 1
Figura 9.2. Clasificación de acuerdo al coeficiente de regresión bi, y a la
desviación de regresión, di, como estimadores de la estabilidad fenotípica
Los límites de tolerancia para el rendimiento y el cv son bastante flexibles. Una
forma es tomar datos de cultivares homogéneos tales como híbridos o líneas
puras, y establecer límites para el rendimiento y el cv. Con estos valores se
establecen las coordenadas y se ubican cada uno de los genotipos a evaluar.
4. Número y elección de los ambientes.
Si la estimación de estabilidad es a partir de muchas localidades, pero dentro
de un año solamente, no se toma en consideración la ocurrencia de la
interacción genotipo-año. Por lo tanto una diferencia significante entre dos
genotipos basados en un solo año no necesariamente se repetirá en los
siguientes años, aún cuando el número de localidades utilizadas fuera de 15 ó
20 (León and Becker, 1988).
En ensayos que cubren muchos años es posible calcular la regresión sobre las
localidades promedio en varios años, ó considerar cada combinación localidadaño como un macroambiente (Eberhart and Russell, 1966). Regresiones sobre
localidades ó sobre macroambientes conducen, usualmente a los mismas
conclusiones. Sin embargo la regresión sobre macroambientes es una
herramienta más poderosa para detectar diferencias en di, y por lo tanto es
preferible su uso en muchos casos (Becker, 1984).
Generalmente, la distribución óptima de los ensayos en localidades y años se
obtiene con dos repeticiones por situación. Cuando las interacciones genotipo x
año son mas importantes que las genotipo x localidad es recomendable probar
mas años que localidades.
Tipos de ambientes
La evaluación de un conjunto de cultivares a lo largo de años y distintas
localidades demanda mucho tiempo y recursos. Esto a menudo impide la
estimación de la estabilidad en los programas de mejora ó puede no ser
98
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
suficientemente confiable por ser pocos ambientes y/o repeticiones, falta de
contraste entre localidades, etc.
Rinde
(q/ha)
Grupo I
Grupo II
Grupo III
Grupo IV
Coeficiente de Variación (%)
Figura 9.3. Método de agrupamiento de genotipos sobre la base del
rendimiento y el coeficiente de variación.
Una solución posible es la creación de ambientes artificiales, que pueden ser
implementados por la variación de prácticas culturales como la fecha de
siembra, fertilización, irrigación, etc. En algunas experiencias resulto en un
rango similar de genotipos probados también en diversas localidades (Das and
Jain, 1971; Bains, 1976).
Calcular la estabilidad en base a pocos ambientes no es recomendable pues su
confiabilidad es baja. Localidades, años y ambientes creados artificialmente,
pueden ser utilizados conjuntamente, debiéndose tener en cuenta el tipo de
material y la región.
Selección para estabilidad
La estabilidad, como cualquier otro carácter, puede ser influenciado durante el
proceso de crianza por el tipo de variedad, por la elección de los progenitores y
por la selección.
Tipo de variedad
Los tipos de variedades difieren principalmente en dos aspectos:
a) el grado de heterocigocidad de los individuos.
b) la dimensión de la heterogeneidad genética dentro de la variedad.
En general se asume que los genotipos heterocigotas son menos influenciados
por cambios ambientales que aquellos homocigotas, y que las poblaciones
heterocigotas tienen una ventaja sobre las homocigotas en condiciones
cambiantes. A través de la experimentación se demostró que los genotipos
99
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
homocigotas presentan una mayor interacción genotipo ambiente que los
heterocigotos. En maíz las lineas homocigotas (lineas endocriadas) presentan
una baja estabilidad causada por la endocría en materiales cuyo modo natural
de reproducción es la polinización cruzada. En cultivares híbridos de maíz se
observo una mayor estabilidad en los híbridos dobles que en los híbridos
simples
En autogamas, la estabilidad fenotípica de una mezcla de lineas (población
heterogénea homocigota), puede ser superior a cualquiera de sus
componentes cultivados por separado. Esto fue observado en cebada, avena,
sorgo, algodón, soja y garbanzo.
Elección de los progenitores
Se debe considerar la estabilidad de cada uno de los progenitores, la que se
puede obtener de un número alto de ensayos con los probables padres. La
elección de padres con altos o bajos valores de bi se reflejan en la
descendencia, por ejemplo en trigo. No ocurriría lo mismo con la desviación de
regresión, di.
Si se desean obtener variedades con valores excepcionalmente altos o bajos
de bi, la elección de progenitores podría ser una vía efectiva de alcanzar este
objetivo
Selección directa e indirecta
La selección directa para estabilidad es limitada por la baja heredabilidad de la
misma. Es conveniente la selección indirecta para características que
aumenten la estabilidad de los genotipos. Por ejemplo la selección para
resistencia a enfermedades, para tolerancia a factores abióticos como sequía y
frío, para resistencia al acame. En el caso específico de maíz los caracteres
que se emplean son: la prolificidad, reducido intervalo entre antesis y emisión
de estilos, profundidad de grano y largo de espiga. También se ha indicado que
la selección en base a un mejor índice de cosecha contribuiría a la estabilidad
de los genotipos.
Conclusiones
El análisis de regresión es aconsejable cuando se tiene un número alto de
ambientes contrastantes, como podría ser en el caso de los ensayos finales
con cultivares en las ultimas etapas, pero no en ensayos preliminares cuando
solo unos pocos sitios son empleados. En este caso seria preferible utilizar el
rendimiento relativo.
Teóricamente, el empleo de la desviación de la regresión puede ser incorrecto,
pero se ha probado su utilidad practica, siempre que el número de ambientes
sea elevado, en general mayor a diez (10).
100
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Muchos autores consideran a bi no como una medida directa de la estabilidad,
sino como un indicador de la respuesta de un genotipo dado a condiciones
ambientales favorables.
La mejora de la resistencia a enfermedades y a factores abióticos contribuye a
incrementar la estabilidad de los rendimientos. En este punto hay que ser
cuidadoso con los materiales bajo evaluación, dado que un genotipo que posea
una característica adaptativa especial, por ejemplo tolerancia a la sequía, frío,
suelos salinos, etc., puede ser un causante de una alta interacción genotipo
ambiente dentro de un grupo de genotipos carentes de tal característica
En programas comerciales de mejoramiento existe una tendencia a reducir el
énfasis en la precisión de la experimentación en localidades individuales pero
incrementar el número de ambientes testeados. Es recomendable ensayos de
rendimiento de generaciones intermedias o avanzadas en varios sitios
representativos, en vez de solamente en la estación de cría.
Bibliografía
Allard, R. W. and A. D. Bradshaw, 1964. Implications of genotypeenvironmental interactions in applied plant breeding. Crop Sci. 4, 503-508.
Becker, H. C. and J. León, 1988. Stability analysis in plant breeding. Plant
Breeding 101, 1-23.
Comstock, R. E. and R. H. Moll, 1963. Genotype-environment interactions.
pages 164-196 In Statistical Genetics and Plant Breeding. Nat. Acad. Sci. Nat. Res. Counc. Publ. No 982. Washington, D.C.
Dorst, J. C., 1957. Adaptation. Euphytica 6, 247-254.
Eberhart, S. A. and W. A. Russell, 1966. Stability parameters for comparing
varieties. Crop Sci. 6, 36-40.
Finlay, K. W. and G. N. Wilkinson, 1963. The analysis of adaptation in a plant
breeding programme. Autr. J. Agric. Res. 14, 742-754.
Francis, T. R. and L. W. Kannenberg, 1978. Yield stability studies in shortseason maize. I. A descriptive method for grouping genotypes. Can. J. Plant
Sci. 58: 1029-1024.
Mariotti, J. A., 1986. Fundamentos de Genética Biometrica. Aplicaciones al
Mejoramiento Genético Vegetal. Monografía no. 32. OEA, 152 pp.
101
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 10.
Métodos de Mejoramiento en plantas autógamas
Introducción
Las variedades de especies autógamas consisten en principio de genotipos
homocigotas, idénticos genéticamente. La homocigosis es alcanzada
rápidamente por la autogamia, o fertilización a flor cerrada. Los individuos fuera
de tipo pueden ocurrir por mutación o por mezcla accidental con otros
genotipos.
Entre los cultivares comerciales de autógamas también pueden encontrarse
formas híbridas como por ej. : tomate, pimiento, arroz y trigo. La semilla híbrida
es producida mediante el empleo de la machoesterilidad citoplásmica génica o
por emasculación a mano y posterior polinización y fertilización.
La mayoría de los métodos de selección aplicables a plantas autógamas son
adaptaciones de las ideas desarrolladas por Johannsen (1903, 1909), las
cuales asumen que genotipos homocigotas superiores son obtenidos ya sea
por selección entre plantas completamente homocigotas o líneas derivadas por
endocría a partir de una población segregante. La selección puede practicarse
a partir de una cruza o no, por lo tanto, los métodos o esquemas de selección
pueden ser divididos en aquellos que no involucran cruzamientos, es decir
selección entre individuos homocigotas, y aquellos que involucran
cruzamientos, es decir selección entre individuos segregantes.
Los programas de selección son precedidos por un programa de cruzas para
crear variación y promover la recombinación génica. Una o más líneas se
cruzan para obtener las formas híbridas F1, las que luego segregarán en F2 y
en generaciones sucesivas, en distintos genotipos al sucederse las
generaciones y la autofecundación. En la generación F2, o en F3 es cuando se
aplican los distintos métodos de selección.
En la mayoría de los programas de mejoramiento de plantas autógamas el
método de selección es una mezcla entre varios métodos. Es una práctica
común, luego de un cruzamiento entre dos spp., autógamas, dejar avanzar la
segregación hasta la generación F4 o F5 en masa o Crianza Masal y luego
continuar con el método de pedigree o Crianza Genealógica. Se debe notar
que las distinciones entre los métodos son a fin de lograr una claridad
conceptual. En definitiva, es el mejorador quien decide cuál combinación de los
métodos se ajusta mejor a sus objetivos.
Métodos de selección
Selección entre individuos
heterogéneas homocigotas
homocigotas.
Selección
en
poblaciones
102
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La selección masal y la individual tienen en común que la población original no
es creada artificialmente, sino que se aplican sobre poblaciones ya existentes,
denominadas poblaciones locales, ecotipos o landraces.
Selección Masal
Es la selección de plantas individuales sobre la base de su apariencia
fenotípica. La semilla cosechada de las plantas selectas es mezclada para
sembrar la generación siguiente. Si plantas fenotípicamente mejores son
selectas, el procedimiento se llama selección masal positiva. Es negativa si
solamente las plantas con menor expresión para el carácter son removidas, ej.:
susceptibilidad a una enfermedad.
En autógamas, al contrario que en alógamas, la selección masal tiene un uso
restringido. Es un método que permite el mejoramiento de variedades
primitivas. Estas variedades (landraces) o ecotipos, consisten de mezclas de
líneas homocigotas. Es posible que genotipos heterocigotas estén presentes
como resultado de cierto porcentaje de fertilización cruzada y (en menor
medida) a mutaciones espontáneas.
Una variedad producida por varios ciclos de selección masal tendrá un mejor
nivel de adaptación ambiental, comparada con la variedad original.
Fenotípicamente será uniforme para caracteres como altura de planta, época
de floración, madurez y en menor medida, calidad. Una considerable cantidad
de variación genética permanecerá oculta en la mezcla de genotipos. La
selección masal será efectiva para caracteres con heredabilidad moderada a
alta, pues de esta manera las progenies derivadas en las generaciones
subsiguientes serán similar a las plantas selectas. Cuando la heredabilidad es
baja, la correspondencia entre los valores genotípicos y genotípicos es muy
pobre para que la selección sea efectiva en cambiar la media de la población.
Como no existen cruzas entre los genotipos durante el proceso de selección
(excepción por un bajo porcentaje de polinización cruzada), la selección masal
lleva a la obtención de una mezcla de líneas puras, cuyo número depende de la
diversidad genética de la población original.
Las variedades producidas por selección masal consisten en una mezcla de
líneas homocigotas. Ellas difieren de la población original por el hecho de que
las líneas de pobre adaptación han sido, en su mayor parte, eliminadas, o la
frecuencia de plantas pertenecientes a líneas de pobre desempeño ha sido
reducida.
Actualmente la selección masal es aplicada sobre poblaciones naturales que
no han sido objeto de selección intensiva, por ej.: pastos, legumbres forrajeras,
o cuando otros métodos más eficientes, la selección individual, no pueden ser
aplicados. Para el desarrollo de cultivares de alto rendimiento y
comportamiento la selección masal no es eficiente como los otros métodos.
103
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Selección individual
La teoría de la selección sobre la base de la línea pura fue establecida por el
botánico danés Johannsen en 1903. La unidad de selección es un individuo
como en la selección masal, pero con la diferencia que cada progenie es
mantenida en forma separada. Variedades obtenidas de esta manera son
numerosas, ya en el siglo XIX la estación de mejoramiento de Svalov en Suecia
tuvo un notable éxito en la creación y propagación de variedades por este
sistema.
La etapa inicial en la selección individual es identificar las plantas superiores o
panojas, en el caso de que las plantas no puedan ser reconocidas como en los
cereales de grano fino. La segunda etapa es la prueba y selección de líneas o
progenies que derivan de las semillas cosechadas en cada planta seleccionada
en la primera etapa. Luego en una tercera etapa las progenies superiores se
seleccionan y a su vez se multiplican para disponer de mayor cantidad de
genotipos para pruebas más extensas y su comparación con cultivares
testigos.
La selección individual es más eficiente que la selección masal dado que en
ésta solamente se pueden eliminar plantas fuera de tipo, mientras que en la
individual se pueden eliminar progenies completas. El resultado final de la
selección individual es la obtención de una o varias líneas puras, homocigotas
y perfectamente individualizadas.
Selección entre individuos
heterogéneas heterocigotas
segregantes.
Selección
en
poblaciones
La selección comienza en poblaciones segregantes, generaciones con
individuos altamente heterocigotas: F2-F3, que provienen de la cruza o
hibridación de varios genotipos. Cada generación segregante es genéticamente
diferente de la que le precedió y de la que le sucederá debido al proceso de
autofecundación que conduce paulatinamente a la homocigosis en todos los
loci en segregación.
Hibridación
Una población derivada de una hibridación planeada en base a diferentes
variedades es la mejor población para la selección de genotipos superiores y la
obtención de nuevos y mejores cultivares.
La hibridación tiene por finalidad:
1. Crear variabilidad genética, seleccionar esa variabilidad en generaciones
segregantes y luego evaluar y multiplicar los materiales seleccionados.
2. Complementación: cuando se quiere reunir en una sola variedad las
características de otras elegidas como progenitores.
104
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
3. Transgresividad: cuando se desea obtener variedades que superen a
ambos progenitores en la expresión de una o varias características
cuantitativas.
4.
Para cumplir con estos objetivos es fundamental conocer las técnicas de
emasculación y cruzamiento, manejo y cuidados de las F1 y de las
generaciones segregantes.
Cruzas simples
La situación más simple es un cruzamiento entre dos variedades o líneas que
difieran para varios alelos:
P1
X
P2
A1 A1 B1 B1 C1 C1 D1 D1
A 1 A1 B2 B2 C2 C2 D1 D1
F1
A1 A1 B1 B2 C1 C2 D1 D1
Cruzas Múltiples
Estas emplean tres o más padres. Una cruza triple sería:
P1
X
P2
A1 A1 B1 B1 C1 C1 D1 D1
A 1 A1 B2 B2 C2 C2 D1 D1
F1
X
A1 A1 B1 B2 C1 C2 D1 D1
P3
A 2 A 2 B1 B 1 C3 C3 D2 D2
F1’
A 1 A2 B1 B1 C1 C3 D1 D2
A 1 A2 B1 B1 C1 C3 D1 D2
Etc.
La ventaja de las cruzas múltiples es que los genes de varios padres diferentes
son combinados. Esto incrementa la variación genética en la progenie
comparada con las cruzas simples.
Cruzas Compuestas
No existe una diferencia manifiesta entre las cruzas múltiples y las compuestas.
La transición es gradual. En general, si el número de padres es mayor de 8 o
10, la cruza se denomina compuesta. Pueden intervenir hasta 50 o 60 padres
en combinación, para lograr esta combinación se requieren varios ciclos de
105
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
cruzamiento. Esto aumenta la labor manual, emasculación y polinización, por lo
que el uso de machoesterilidad puede ser una alternativa a considerar.
Las cruzas compuestas se denominan balanceadas, cuando todos los padres
contribuyen en partes iguales en los genotipos producidos al final del ciclo de
cruzamientos. En muchos programas de mejoramiento las cruzas son
desbalanceadas, algunos padres contribuyen en mayor o menor proporción en
la progenie final.
Selección en poblaciones segregantes
Se denomina así a la forma como se conduce y selecciona el material
segregante a partir de la generación F2 para la obtención de líneas puras
homocigotas las que constituirán los nuevos y mejores cultivares.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Método de Crianza Masal o Bulk.
Método de Crianza Genealógico o Pedigree.
Selección en generaciones tempranas.
Descendencia de semilla única y modificaciones.
Retrocruzamiento.
Doble Haploides
Método de Crianza Masal o Bulk
El método de crianza masal o en bulk fue desarrollado por Nilsson-Elhe en la
Swedish Seed Associaton con sede en Svalov, Suecia, a principios del siglo
XX. El método fue adoptado en los Estados Unidos siendo utilizado por
mejoradores de cebada, trigo, avena y soja. Este método se utiliza para
endocriar material segregante hasta llegar a la obtención de un nivel deseado
de homocigosis.
El método consistió originalmente en someter a la población segregante a
severas condiciones ambientales desde la F2 a F5/F6 permitiendo, de este
modo, actuar a la selección natural. Las plantas débiles o con signos de
susceptibilidad al ambiente son removidas manualmente antes de efectuar la
cosecha. En la generación F6, cuando el 96,9% de homocigosis para todos los
caracteres ha sido alcanzado, se comienza la selección individual de aquellos
genotipos que posean características deseables. Las mejores líneas puras
(plantas) son seleccionadas para su prueba preliminar en ensayos
comparativos durante el siguiente año.
La influencia de la selección natural debe ser considerada cuando se
selecciona los ambientes en los cuales se sembrará la población a seleccionar.
El mejorador debería, dentro de lo posible, seleccionar aquellos ambientes en
los cuales la selección natural favorecerá los genotipos deseados por el
mejorador. Si se selecciona por resistencia a una enfermedad el patógeno
debe ser inoculado para reducir o eliminar las plantas susceptibles de la
población.
106
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Es motivo de discusión la presión de selección que se ejerce entre los
individuos bajo crianza masal debida a la competencia entre diferentes
genotipos en una misma población. La selección natural tiene lugar en una
población de individuos híbridos que son cultivados en masa debido a que los
genotipos difieren en su fertilidad y productividad y en su reacción frente al
ambiente. Algunos genotipos son favorecidos por encima de otros cuya
frecuencia decrece en forma gradual hasta su completa eliminación en algunos
casos. Si dos genotipos están en competencia su supervivencia depende de: a)
el número de semillas producidas por cada genotipo y b) el número de semillas
producidas por sus progenies.
F2
Siembra y cosecha masal
F3
Siembra y cosecha masal
Idem F3
F4
Idem F4
F5
Selección de mejores
Plantas o espigas
F6
F7
F7
F8
F7
F8
F9 – F10
F7
F7
F8
F9 – F10
F7
ECR
ECR
Líneas superiores
Multiplicación
Figura 10.1. Método de Crianza Masal o Bulk en poblaciones segregantes
Un experimento muy conocido fue conducido por Suneson (1949) quien
condujo cuatro cultivares de cebada en mezcla (cv Atlas, Club Mariout, Hero y
Vaughn). Cada uno de los cuatro cultivares tenía una frecuencia en la
población original de 25%. Luego de quince años, el cultivar Atlas poseía una
frecuencia de 88%, Club Mariout 11%, Hero 1%, mientras que el cultivar
Vaughn fue eliminado completamente de la mezcla. Sin embargo, cuando estos
cultivares fueron cultivados puros, el cultivar Vaughn superó en rendimiento al
cultivar Atlas. Los mejores competidores en mezclas no siempre son los que
alcanzan el mayor rendimiento cuando son cultivados en forma pura. Si los
genotipos cuya frecuencia se incrementa generación tras generación son
también superiores en rendimiento, la selección natural es de ayuda a la
selección artificial practicada por el mejorador. El efecto de la selección natural
en poblaciones en masa varía de acuerdo a las condiciones ambientales y de
acuerdo al carácter a mejorar. Si se incrementa la distancia entre las plantas
cultivadas en masa se puede neutralizar los efectos de la competencia entre
los genotipos o plantas.
107
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Se han sugerido algunas variantes del método masal para incrementar su
eficiencia. Uno es denominado el Método Masal Mejorado, en el cual el
material híbrido se cría en masa solo hasta la F4 en vez de hasta la F6. En la
generación F4 se comienza con una selección individual de plantas
sobresalientes, cuyas progenies son mantenidas y seleccionadas en forma
individual durante las próximas generaciones. Es una combinación del método
de crianza masal (hasta la F4) y del método genealógico o de pedigrí (F4 en
adelante).
Otra variante citada por el mismo autor es la Crianza Masal con Selección
Positiva o Negativa. Esta variante requiere que ciertas características puedan
ser selectas visualmente. La selección positiva para incrementar la frecuencia
de plantas de altura media a baja comienza en F3. Para eliminar las plantas
altas o muy altas, se visualizan y se seleccionan todas las plantas bajas o de
altura media, cuyas progenies pasan a constituir el siguiente ciclo de selección
(F4). La mayoría de las plantas altas tenderá a eliminarse de la población.
Selección negativa se puede aplicar en contra de plantas que florezcan muy
tardíamente simplemente removiéndolas del campo. Las que permanezcan, las
más precoces serán cosechadas y sus progenies constituirán el próximo ciclo
de selección.
Método de Crianza Genealógico o de Pedigrí
Este método se basa en practicar selección individual continuada en una
población segregante conjuntamente con la valoración y evaluación de las
progenies de cada planta selecta individualmente (pedigrí) hasta desarrollar
líneas homocigotas. La selección no sólo es basada en el fenotipo sino que
también en el genotipo lo que le confiere eficiencia al método para la obtención
de líneas superiores a partir de poblaciones segregantes. Obviamente requiere
de mucha mano de obra y trabajo adicional que si lo comparamos con el
método masal o en bulk. Para que este sistema pueda ser llevado a cabo se
debe tener en cuenta lo siguiente:
•
•
•
•
•
Número de familias a manejar.
Recursos disponibles.
El personal capacitado para hacer la selección.
El lote disponible para la siembra.
La tasa de multiplicación de la especie.
Implementación
La selección genealógica o de pedigrí comienza en la generación F2 y continúa
hasta completar el desarrollo de líneas homocigotas:
Ciclo1: La población F2 (S0) se planta espaciadamente para permitir una
completa expresión de su dotación genética y permitir la selección. Las plantas
F2 son selectas sobre la base de características deseadas y cosechadas
individualmente.
108
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Ciclo 2: La progenie F3 de cada planta F2 selecta (Línea F2:3) son cultivadas
por separado, usualmente en un surco. Se deja un espacio adecuado entre
plantas dentro del surco para facilitar la selección. Los mejores surcos o
progenies son selectos, luego se procede a seleccionar las mejores plantas F3
dentro de cada surco seleccionado.
F2
Selección de plantas
Selección entre y
Dentro de familias
F3
Selección entre y
Dentro de familias
F4
Selección de líneas
F5
F6
F7
F6
F7
F8
F6
F7
F8
F9 – F10
F6
F7
F6
F7
F7
F8
F9 – F10
ECR
ECR
ECR
Líneas superiores
Multiplicación
Figura 10.2. Método de Crianza Genealógico o de Pedigrí
Ciclo 3: La progenie F4 de cada planta F3 selecta (línea F3:4) son cultivadas
por separado en un surco. Las progenies de plantas que provienen del mismo
surco seleccionado selecto en el ciclo 2 son cultivadas en surcos adyacentes
como familias. Las mejores familias son selectas, luego los mejores surcos
dentro de cada familia selecta anteriormente y por último las mejores plantas
dentro de cada surco son seleccionadas.
El procedimiento descripto en el ciclo 3 se repite hasta que se obtienen líneas
homocigotas identificadas, usualmente hasta F6/F7. Estas líneas son
cosechadas individualmente y evaluadas en ensayos comparativos durante los
próximos ciclos
•
•
•
Observación dentro de la línea de algún carácter desfavorable.
Realización de ensayos comparativos de calidad.
ECR en diversas localidades y ambientes.
Este método es apto para caracteres de alta heredabilidad, de manera de
identificar aquellas plantas que corresponden al carácter en una generación
temprana F2/F3. Este sistema está asociado con la selección visual, lo que
significa tener habilidad para discernir, entre una influencia genética de una
ambiental en la expresión del fenotipo. El sistema de crianza genealógico
requiere de un ambiente donde se puedan expresar las diferencias genéticas.
109
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Selección en generaciones tempranas
La selección en generaciones tempranas es utilizada en plantas autógamas
para estimar el potencial de un individuo, línea o población en un estado
temprano de endocría. El objetivo es eliminar líneas o poblaciones que no
ameriten consideración en las próximas generaciones de endocría y selección.
En autógamas la selección en generaciones tempranas fue considerada un
método de identificar poblaciones segregantes que podrían contener o dar
lugar a líneas superiores.
Immer (1941), trabajando con cruzas en cebada, indicó que ensayos repetidos
de poblaciones segregantes en las generaciones F2 o F3 proporcionan un
comportamiento medio del rendimiento de las diferentes cruzas. Los de mayor
rendimiento son los que contienen la mayor proporción de genotipos de alto
rendimiento. Los genotipos segregantes selectos son luego avanzados hasta
alcanzar el nivel de homocigosis requerido.
Otra alternativa es la selección de plantas F2 que dan lugar a progenies
superiores a través de ensayos repetidos. Luego se selecciona entre y dentro
de las líneas derivadas de cada planta F2 selecta hasta lograr un nivel de
homocigosis adecuado. Esta variante fue utilizada por primera vez por H.
Nilsson-Elhe en Suecia.
Implementación
Evaluación de poblaciones híbridas segregantes
Poblaciones F2 provenientes de distintas cruzas son evaluadas. El número de
localidades, años y repeticiones depende de los caracteres de interés.
Caracteres con baja heredabilidad y alta interacción genotipo-ambiente
requerirán extensiva evaluación que aquellos caracteres con alta heredabilidad
y baja interacción genotipo-ambiente. Después de seleccionar las poblaciones
se continúa la endocría hasta el nivel deseado de homocigosis y luego se
seleccionan plantas individuales. Las líneas derivadas de estas plantas son
probadas como potenciales nuevos cultivares de la misma manera que otras
líneas derivadas de otros métodos.
Ciclo 1: Semillas F2 son cosechadas de un gran número de poblaciones cruza
en segregación.
Ciclo 2: Ensayos repetidos con la semilla F2 cosechada. Las F2 con
desempeño pobre son descartadas.
Ciclo 3: Ensayos con semilla F3 cosechadas sobre poblaciones F2 selectas en
ciclo anterior. Las F3 con desempeño pobre son descartadas.
Ciclo 4: Semillas F4 de poblaciones selectas son cultivadas y se seleccionan
plantas individuales
Ciclo 5: Líneas F4:5 son evaluadas por características de interés
110
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
El mejorador puede utilizar la semilla de los ensayos para avanzar a
homocigosis solo si no existen mezclas con otras poblaciones o si no existió un
elevado porcentaje de fertilización cruzada. Las líneas F4:5 pueden ser
avanzadas a homocigosis por el método de pedigree o por la descendencia de
semilla única.
En cualquier caso las pruebas de cruzas en masa miden solamente el
promedio de una cruza, pero no dan una idea de la variabilidad dentro de la
cruza. Por otra parte, la selección temprana requiere tiempo y esfuerzo que los
mejoradores no siempre están dispuestos a realizar.
Evaluación de líneas derivadas de plantas F2
Este método se conoce como líneas derivadas de F2 o método de selección
familiar en F2.
Ciclo 1: Se cultiva la generación F2 y las plantas con características deseables
son cosechadas individualmente de cada población
Ciclo 2: Líneas F2:3 son cultivadas y aquellas con los caracteres requeridos
son cosechadas en masa.
Ciclo 3: Líneas F2:4 son incluídas en ensayos repetidos descartando aquellas
líneas con pobre desempeño.
Ciclo 4: Las semillas F5 de plantas selectas son sembradas y se procede a
seleccionar plantas con características favorables las cuales son cosechadas
individualmente a partir de cada línea.
Ciclo 5: Se evalúan las líneas derivadas de plantas F5 para caracteres de
interés.
La líneas selectas a través de ensayos (ciclo 5) son avanzadas a homocigosis
mediante el método en masa, pedigree o SSD.
Factores a considerar
1. Las líneas se pueden derivar de la generación F2 o de la F3
2. Las pruebas de las líneas mediante ensayos dependen de la cantidad de
semilla disponible de cada línea. Es posible que se necesite en algunos
casos una generación extra de reproducción para disponer de suficiente
semilla para los ensayos, sobre todo si se cuenta con una o pocas
plantas selectas de una misma línea F2 o F3.
3. El mejorador debe asegurarse que la semilla obtenida en cada etapa
debe estar lo más pura posible, es decir, libre de contaminación por
mezcla con otras líneas o con un elevado porcentaje de fertilización
cruzada.
111
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
4. A mayor cantidad de plantas selectas de cada línea heterogénea, mayor
la probabilidad de evaluar la variabilidad genética dentro de la línea.
Esto debe estar, por supuesto, balanceado por el mejorador de acuerdo
a los recursos con que dispone.
El éxito del método de líneas derivadas de F2 depende en gran parte de la
rapidez de fijación de los genes que gobiernan caracteres cuantitativos. Una
alternativa sería identificar líneas que son relevantes para un carácter y
proceder a combinar estas líneas como padres obteniéndose nuevas cruzas.
De esta forma se incrementaría la probabilidad de recombinación génica y la
posibilidad de ruptura de ligamientos lo que da lugar a una forma de selección
recurrente como la que se practica comúnmente en alógamas. Un serio
contratiempo es que la cruza artificial en autógamas es más trabajosa y
dificultosa que en plantas alógamas, sobre todo cuando se tienen que
recombinar numerosos padres, como ocurre en cereales de invierno.
Ventajas y desventajas de la selección en generaciones tempranas
Ventajas
1. Individuos inferiores, líneas o poblaciones pueden ser descartadas en una
etapa temprana del proceso de endocría
2. Se pueden obtener más de un cultivar a partir de una misma población o
línea heterogénea
Desventajas
1. Una gran cantidad de recursos son necesarios a medida que aumenta el
número de poblaciones o líneas a evaluar
2. La prueba en diferentes localidades y/o años puede extender el tiempo
requerido para la obtención de un nuevo cultivar.
Descendencia de semilla única (SSD)
El método de la descendencia de semilla única, representado de aquí en
adelante por sus siglas en inglés: SSD (Single Seed Descent), consiste en
avanzar poblaciones híbridas mediante la cosecha en cada generación de una
única semilla de cada planta.El objetivo de este método es lograr en un menor
tiempo el nivel de homocigosis deseado en una población en endocría. Es un
método apto para su desarrollo en condiciones de invernadero o de
contraestación.
Debido a que las poblaciones SSD son pequeñas comparadas con aquellas
requeridas para la selección por pedigrí o por bulk, este método permite un
avance más rápido hacia la homocigosis mediante la utilización de cámaras de
cría o invernaderos. Como solo se busca obtener, al menos, una semilla viable
por planta, se puede utilizar mayor densidad de siembra. Siempre que la
pérdida de plantas sea reducida, el SDD mantiene toda la mayor parte de la
112
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
diversidad genética durante las generaciones. Las pérdidas pueden resultar de
fallas en la germinación, muerte de plantas por enfermedades o simplemente
que algunas plantas no produzcan semillas.
A pesar que el método SSD, puede acelerar el proceso comparado con el
método de pedigrí, no se realiza selección alguna durante la endocría. Se ha
propuesto que, para mejorar la eficiencia, rapidez y economía del método, es
mejor combinar el método de pedigrí y el SDD. Esto se realiza mediante una
fuerte selección en F2 y F3 para caracteres de alta heredabilidad utilizando el
método de pedigrí y luego seguir con el SSD hasta F6/F7.
Procedimiento
El procedimiento clásico es cosechar una semilla de cada planta perteneciente
a la población, mezclar las semillas y plantarlas en masa en el próximo ciclo.
Ciclo 1: Se cultivan plantas F2. Una semilla F3 de cada planta es cosechada de
todas las plantas de la población, mezclándose las semillas. Otra muestra de
semillas es cosechada como reserva
Ciclo 2: Se siembra las semillas F3 en masa. Una semilla F4 de cada planta es
cosechada de todas las plantas de la población, mezclándose las semillas. Otra
muestra de semillas es cosechada como reserva
El procedimiento se repite hasta alcanzar el nivel deseado de homocigosis. En
esta etapa se cosechan plantas individuales y las líneas derivadas de ellas son
evaluadas para las características de interés.
Un problema con este método es que el tamaño de la población puede
decrecer debido a fallas en la germinación o la no producción de semillas por
parte de algunas plantas. Este procedimiento asegura que cada uno de los
individuos en la población final pueda ser remontado a su original individuo F2.
Sin embargo no asegura que un individuo F2 en particular estará representado
en la población final (F5-F6), debido a que una falla en la germinación
automáticamente elimina toda la familia que partió de una planta F2.
Retrocruza
El método de retrocruzamiento se utiliza para transferir resistencia a un cultivar
que presenta buenas características agronómicas pero que es susceptible a
una determinada enfermedad. El objetivo es el mejoramiento de un cultivar ya
existente, no el desarrollo de un cultivar completamente nuevo. El
procedimiento de cruza y selección varía si la resistencia a transferir está
condicionada por genes dominantes o recesivos.
113
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
F2
F7
F7
F8
Siembra y cosecha de una
semilla por planta
F3
Idem F2
F4
F4
Idem F3
F5
Idem F4
F6
Cosecha de todas las
plantas
F7
F8
F9 – F10
F7
F7
F8
F9 – F10
F7
Multiplicación a Campo
ECR
Líneas superiores
Multiplicación
Figura 10.3. Esquema del método de descendencia de semilla única (SSD)
para la obtención de líneas puras.
Transferencia de genes dominantes
Se dispone del cultivar A (padre recurrente) que es susceptible a la roya del
tallo (rr) que debe ser cruzado con otro cultivar B (padre donante) que posee
los genes para resistencia (RR) para la roya (Puccinia graminis f.sp. tritici). El
objetivo del método es obtener plantas del tipo del padre recurrente pero con
resistencia a la enfermedad.
Las plantas F1 resultantes de la cruza son resistentes pero heterocigotas (Rr) y
ellas deben ser retrocruzadas por el padre recurrente A. La progenie de la
primera retrocruza (RC1F1) segrega 50% de plantas resistentes (Rr) y 50% de
plantas susceptibles (rr). Para separar plantas resistentes de las susceptibles
se prueban las mismas en el estadio de plántula en invernadero. Las pruebas
se repite en plantas adultas en el invernadero y a campo. Solamente aquellas
plantas cuya resistencia se confirma son cruzadas por el padre recurrente
(RC2F1), repitiéndose el procedimiento en la tercera retrocruza (RC3F1). Como
el objetivo es obtener plantas del tipo del padre recurrente pero resistente, es
necesario dejar segregar la generación F2 (RC3F2) para poder seleccionar las
plantas deseadas. Esta generación es usualmente cultivada en el campo e
inoculada para comprobar su nivel de resistencia. Las plantas resistentes y que
respondan al tipo paterno son individualizadas y cosechadas. Las semillas son
cultivadas en la generación F3.
Plantas resistentes de RC3F3 son de nuevo cruzadas don el padre recurrente y
aquellas plantas BC4F1 que demuestren resistencia son seleccionadas. Estas
114
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
plantas son retrocruzadas con el padre recurrente una vez (RC5F1) o dos
veces (RC6F1).
En principio no son necesarias más retrocruzas pues el padre recurrente ha
sido restituido en un 96,9%. Las líneas son seleccionadas por el método
genealógico o de pedigrí y probadas en su rendimiento y en su resistencia.
Transferencia de genes recesivos
Cuando los genes a transferir son recesivos el procedimiento, si bien es similar
al anterior, es más complejo y puede demandar más tiempo comparado con el
de transferencia de genes dominantes. Es necesario evaluar cuidadosamente
las progenies y autofecundar los genotiposa fin de separar las plantas con los
genes en homocigosis de aquellas con genes en heterocigosis Una forma de
reducir esta evaluación extensiva de progenies es contar con marcadores
moleculares fuertemente ligados al carácter de interés, en este caso a los
genes recesivos.
Padre Recurrente
(R)
Variedad
Comercial
Susceptible
P1
aa
F1
Padre Donante (D)
Raza, ecotipo
Resistente
x
AA
Aa
x
aa
50% R
RC1
aa
Aa
x
aa
75% R
RC2
aa
Aa
x
aa
87,5% R
RC3
aa
Aa
x
aa
93,75% R
RC4
aa
Aa
x
aa
96,87% R
RC5
aa
Aa
x
aa
98,43% R
Autofecundación
Aa
AA
Aa
AA
AA
aa
Aa
aa
Figura 10.4. Transferencia de genes dominantes mediante retrocruza
115
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Genes Recesivos
Padre
Recurrente (R)
Variedad
Comercial
Susceptible
P
AA
F1
Padre Donante (D)
Raza, ecotipo
Resistente
x
Aa
AA
aa
x
50%
AA
RC1
Aa
75%
Autofecundación
No segrega,
eliminar
AA
Aa
aa
x
AA
RC2
87,5%
RC3
Aa
x
AA
93,75% R
Figura 10.5. Transferencia de genes recesivos mediante retrocruza
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Cubero, J., 1999. Introducción al mejoramiento genético vegetal. Mundiprensa,
Madrid, 365 pp.
Hayward, M. D., Bosemark, N. O., Romagosa, 1994. Plant Breeding: Principles
and Prospects., I. Chapman and Hall Ltd.
Sleper D. A. and J. M. Poehlman, 2006. Breeding Field Crops, 5th Edition,
Blackwell Publishing, 424 p.
116
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 11.
Métodos de Mejoramiento en plantas asexuales.
Selección clonal
La selección clonal se basa en tres aspectos: Distinción, Homogeneidad y
Estabilidad. Estos se reparten en tres etapas de la selección: Obtención,
Comparación y Multiplicación.
1ra Etapa: Obtención de los clones
Poblaciones naturales sin selección, poseen generalmente gran variabilidad y
la discriminación entre individuos es relativamente sencilla.
Poblaciones naturales que hayan sido seleccionadas empíricamente (selección
masal). La variabilidad es reducida y la discriminación más dificultosa
Poblaciones resultantes de la cruza sexual de dos o más clones. Los clones
parentales deben poseer caracteres contrastantes para asegurar una gran
variabilidad y/o complementación en F2.
Dependiendo la especie (anual o perenne), y de la variabilidad genética
existente, esta etapa puede requerir varios años de evaluación, sobre todo en
el caso de ser necesario la evaluación de potenciales clones para su
cruzamiento.
La heterogeneidad de la población deberá ser lo más grande posible para
permitir obtener un adecuado progreso genético por selección
2da. Etapa: Comparación y selección de los clones
Selección de plantas individuales y clonación de las mismas. Los clones deben
presentar caracteres netamente visibles y estables en el tiempo para su
distinción. La comparación a través de la experimentación debe poner en
evidencia esas diferencias entre los clones. En esta etapa, cuando el número
de clones se reduce por selección, se introducen los cultivares testigos para su
comparación (ECR). Esta comparación se continúa en la etapa 3.
3ra. Etapa: Multiplicación de clones selectos
Consiste en aumentar el número de individuos pertenecientes a los clones
selectos. Los clones selectos deben permanecer estables y libres de
enfermedades a través de los ciclos de multiplicación. Esta etapa concluye con
la descripción varietal, la inscripción de la nueva variedad y su liberación a los
agricultores.
117
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
UTILIZACIÓN DE LA APOMIXIS EN EL MEJORAMIENTO VEGETAL
La cría de cultivares apomícticos sería posible en cualquier especie donde las
cruzas entre plantas sexuales por apomícticas pueden ser recuperadas en la
F1 y/o generaciones sucesivas. Los cruzamientos entre plantas sexuales y
apomícticas usualmente originan una gran cantidad de variación genética
debido a la heterocigosidad de los padres apomícticos. Esta heterocigosidad no
se libera en un individuo apomíctico a menos que sea cruzado como progenitor
masculino con una planta sexual.
Las características ideales de los genes que controlan la apomixis en un
programa de cría incluye herencia simple, dominancia, expresión obligada,
estabilidad ambiental, y formación normal del embrión y del endospermo.
Diferentes niveles de expresión y mecanismos pueden existir en un mismo
género; por lo tanto, seleccionando las especies o genotipos con el mayor
número de estas características podría realizarse exitosamente el
mejoramiento de plantas utilizando la apomixis.
La herencia de los genes que controlan la apomixis, determinara en alto grado
el método de mejora a aplicar. Las investigaciones han mostrado que la
apomixis, usualmente, está determinada por unos pocos genes que pueden ser
tanto recesivos como dominantes. La apomixis controlada por genes recesivos
puede ser introducida mediante cruzamientos por el padre o madre
heterocigota. Las progenies resultantes consistirán tanto de plantas sexuales
como apomícticas. Posteriormente, una planta sexual heterocigota puede ser
autofecundada para producir más progenie sexual o apomictica. Las plantas
apomícticas superiores de cada F1 o generación autofecunda puede
disponerse para evaluar su comportamiento en ensayos. Algunos métodos de
cría ha sido delineados para una acción génica recesiva o dominante
incompleta. La apomixis controlada por gene(s) dominantes solo puede ser
introducida a través del progenitor masculino apomíctico. Las progenies
resultantes consiste tanto de plantas apomícticas como de sexuales porque
muchos apomícticos serán heterocigotas debido al método de reproducción. El
mejoramiento podría continuarse repitiendo el cruzamiento de plantas
superiores con machos polinizadores superiores apomícticos. Las plantas
apomícticas obligadas superiores son elegidas (seleccionadas) en cada
generación y cada una de ellas representa potencialmente un nuevo cultivar.
La reproducción apomíctica puede variar desde obligada a facultativa
(parcialmente sexual) con lo cual varia el grado de apomixis tanto entre como
dentro de las especies y genotipos. La apomixis obligada es lo más deseable
como mecanismo para utilizar en el mejoramiento de plantas. La apomixis
facultativa es más difícil de manipular y se necesitan esfuerzos tales como
intercruzamiento entre plantas con altos niveles de apomixis para aumentar la
frecuencia de apomícticos. Se necesitan muchas pruebas de progenie en los
tipos facultativos para identificar al mejor apomíctico y para evaluar a los
genotipos para su estabilidad genética.
118
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
MEJORAMIENTO EN PLANTAS APOMICTICAS – Esquema General
1° Etapa: Elección de progenitores
Si se cuenta con padres con apomixis obligada es necesaria la inducción de la
floración para permitir la recombinación sexual. Si los padres conservan la
reproducción sexual se procede a realizar cruzamientos directamente entre
ellos.
1°año: Inducción de apomixis facultativa (de ser necesario), cruzamiento y
obtención de F1, cosecha de semilla F1.
2°año: siembra masal de semilla F1 a campo, obtención de plantas F1
(altamente heterocigotas), selección de plantas F1, posible manifestación de
heterosis, cosecha individual de semillas de cada planta F1.
2° Etapa: Determinación de la presencia de Apomixis Obligada
3° - 5° años: parcelas progenies con la semilla de plantas F1, conjuntamente
con parcelas clonales de la misma planta F1. Se determinan las progenies con
apomixis obligada (indicadores de apomixis)),. Esta etapa dura hasta
comprobar la existencia de apomixis
en las parcelas de plantas F1
seleccionadas. Si las F1 selectas no muestran un alto grado de apomixis,
puede ser necesario retrocruzarlas por el padre con alto grado de apomixis.
3° Etapa: E.C.R con semilla F1 de Apomixis Obligada Selecta, 2 – 3 años.
Multiplicación por semillas. Descripción e inscripción del nuevo cultivar.
En la figura 1 se muestra un esquema general para la obtención de un cultivar
apomíctico. El método puede admitir variantes dependiendo del grado de
apomixis, posibilidad de autofecundaciones para eliminar genes deletéreos,
etc:

Se puede comenzar con la autofecundación de una parcialmente
apomíctica en vez de realizar la cruza entre una sexual y otra
apomíctica.

Combinación de autofecundación e intercruzamientos entre sexuales y
apomícticos y entre las F1´s.

Para identificar las apomícticas es necesario utilizar los indicadores de
apomixis o realizar estudios a nivel de saco embrionario.
119
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Sexual x Apomíctica
Siembra y
Autofecundación de las F1
Apomícticas + Sexuales
Selección de las mejores
apomícticas obligadas
Nuevo Cultivar
Figura 11.1. Esquema general de mejora para el desarrollo de cultivares
apomícticos obligados.
APLICACIÓN DE LA APOMIXIS EN EL MEJORAMIENTO GENÉTICO
VEGETAL
Cruzas de individuos con apomixis facultativa. Partenogénesis diploide en Poa
pratensis.
Método 1
Madre con alto grado de
apomixis
X
Padre con alto grado de
apomixis
Bajo número de híbridos
obtenidos, pero con alto
grado de apomixis
Híbridos superiores selectos pueden ser mantenidos y propagados
asexualmente
120
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Método 2
Madre con bajo grado de
apomixis
Padre con alto grado de
apomixis
X
Alto número de híbridos,
pero con bajo grado de
apomixis.
Mayor variabilidad para
la selección que en el
método 1.
Híbridos superiores
deben ser fijados
mediante cruzas con
individuos con alto grado
de apomixis
Método 3. Cruzas interespecíficas en Poa.
Cuando se cruzan una especie sexual por otra especie apomíctica, los híbridos
resultantes son casi siempre sexuales. En las generaciones siguientes hay que
aumentar el grado de apomixis de los recombinantes seleccionados.
LL
P.longifolia
X
PaPa
P. pratensis
Sexual - hexaploide
LPa
X
PbPb
Repetidas retrocruzas con
PbPb o con otros PP
genotipos
Nueva
Variedad
Durante el procedimiento de retrocruza el mejorador debe mantener los
cromosomas L responsables de la sexualidad hasta la última generación.
121
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Método 4. Cruzas interespecíficas en Poa.
Cuando se desea obtener iguales contribuciones de los dos genotipos: A y B.
LL x PaPa
LL x PbPb
X
LPa
LPb
Ej: PaPb
122
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 12.
Métodos de Mejoramiento en plantas alógamas.
Introducción
El desarrollo de poblaciones de polinización libre mejoradas constituye un
proceso que apunta a aumentar la frecuencia génica de alelos deseables en
una población determinada, que es una mezcla de genotipos diferentes y, al
mismo tiempo, mantener un alto grado de heterocigosis.
El aumento de frecuencia de los genes favorables se consigue a través de
diferentes métodos de selección, constituyendo un proceso dinámico en que el
mejoramiento es conducido de una manera continua y progresiva.
La tasa de aumento de las frecuencias génicas, como efectos de una
selección, depende de muchos factores interrelacionados, entre los que se
pueden mencionar: la variabilidad genética presente en la población original, el
método de selección empleado, el tamaño efectivo de la población, la precisión
en las evaluaciones de los genotipos, la influencia del ambiente (localidades y
años), los efectos pleitotrópicos y las correlaciones fenotípicas y genotípicas.
Hay varias modalidades de selección, entre las cuales, las principales
diferencias se refieren al modo de control parental de los progenitores
seleccionados, existencia o no de evaluación de progenies y el control del
ambiente (Figura 12.1).
Métodos de Mejoramiento
Selección masal
La selección masal es el procedimiento más antiguo de mejora genética de
plantas. Implica seleccionar individuos en una población sobre la base de su
fenotipo, mezclar sus semillas y cultivarlas en un ciclo siguiente con el fin de
obtener una nueva población mediante la recombinación de las plantas
selectas por su fenotipo (Figura 2). El proceso es cíclico y se repite hasta
conseguir una nueva población adecuada a las necesidades planteadas o
hasta que la respuesta a la selección no justifique su continuidad. La teoría
detrás de este tipo de selección es que los genotipos que mejor se adapten a
las condiciones ambientales van a prevalecer sobre los menos adaptados. En
cada ciclo de selección se producen cruzamientos entre plantas seleccionadas
en la generación anterior, con lo cual se aumenta la posibilidad de obtener
nuevas combinaciones génicas que no existían en la población original. El
mejorador puede dejar que las plantas se crucen libremente entre ellas, lo que
se denomina polinización abierta, o seleccionar plantas individuales y permitir
solo el cruzamiento entre ellas.
123
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
POBLACIÓN ORIGINAL
REINICIAR
SELECCIÓN
RECOMBINACIÓN
REPRODUCCION
SELECCIÓN
COSECHA
NUEVO
CULTIVAR
EVALUACION
Figura 12.1. Etapas generales en el mejoramiento de poblaciones de plantas
alógamas
Dado que las plantas son escogidas por su apariencia fenotípica, sin valoración
genotípica, la selección masal ha demostrado ser eficiente en el mejoramiento
de caracteres de alta heredabilidad, tales como la prolificidad, la longitud de
mazorca y la altura de mazorca en maíz. Sin embargo, se ha logrado mejorar
indirectamente el rendimiento de maíz a través de selección masal por
prolificidad. Con resultados satisfactorios ha sido utilizada para la obtención de
sintéticos y compuestos y para la adaptación de material exótico.
Luego del redescubrimiento de las Leyes de Mendel los mejoradores prefirieron
otros métodos como la selección por pedigrí y selección de líneas puras, ya
que estos permiten una ganancia más rápida por selección. En el caso del
maíz se citan las siguientes causas como motivo de la falta de eficiencia de la
selección masal:
1. No se controla el padre masculino
2. El fenotipo no es confiable debido a la ocurrencia de la interacción
genotipo ambiente y a la incidencia de variabilidad del suelo sobre la
expresión fenotípica.
3. La evaluación es subjetiva.
4. El carácter principal bajo selección, el rendimiento, es de baja
heredabilidad.
5. Cuando la muestra selecta es pequeña hay depresión por endocría.
124
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Figura 12.2. Esquema general del método de selección masal en alógamas
Luego del desarrollo de la teoría y técnicas experimentales para la estimación
de la heredabilidad, conjuntamente con la acción génica para caracteres
cuantitativos, la selección masal puede ser exitosa sí:
1.
2.
3.
4.
La acción génica para el o los caracteres seleccionados es aditiva.
La heredabilidad estricta del carácter es alta.
Los caracteres seleccionados están correlacionados genéticamente.
El tamaño de muestra es lo suficientemente grande para evitar
endocría.
Selección masal simple
Básicamente consiste en cosechar las mejores plantas y utilizar sus semillas
mezcladas para la siembra de la próxima generación. El control parental es
realizado solamente a través del progenitor femenino, toda vez que las
gametas masculinas provienen de toda la población. Tampoco hay control del
ambiente, de tal manera que las mejores plantas generalmente son aquellas
que ocurren en las partes más fértiles o más favorables del terreno. A pesar de
estas limitaciones, la selección masal ha sido intensamente practicada dada su
facilidad de implementación y los pocos recursos necesarios. Este tipo de
selección fue la responsable del elevado grado de domesticación y aumento en
la productividad de muchos de los actuales cultivos, por ejemplo en maíz de
una espiga produciendo en promedio de 15 a 20 granos, fueron obtenidas
variedades con espigas de 500 o más granos.
125
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Al final del siglo pasado y primera década del presente, varios programas de
selección masal fueron conducidos en los Estados Unido. De modo general,
esos programas no condujeron a resultados alentadores.
Más recientemente, la selección masal principalmente para características
agronómicas, ha sido utilizada para la obtención de sintéticos y compuestos
para favorecer la recombinación o para la adaptación de germoplasmas
exótico. En muchos casos han sido obtenidos resultados significativos para
cada carácter, incluyendo la producción de granos. Es importante como fue
mencionado, que la variación genética predominante sea del tipo aditiva, para
que a selección masal sea efectiva.
Selección masal estratificada
Con el objeto de hacer a la selección masal más eficiente, se empleo un
esquema que permite un cierto control sobre la heterogeneidad del suelo. Se
trata básicamente de dividir al campo en parcelas o estratos, procediéndose a
la selección de plantas en cada estrato independientemente de los demás.
Cada estrato representa una unidad ambiental independiente.
A modo de ejemplo, se siembra un lote aislado con cerca de 10.000 plantas
con espaciamiento regular (por ejemplo 0,3 m entre plantas y 0,7 m entre
líneas). A la cosecha, el campo es dividido en parcelas o estratos. Un tamaño
usual para el estrato, puede ser aproximadamente 10 m2 (una hilera de 10 m o
dos hileras de 5 m). En la cosecha la selección se efectúa separadamente para
cada estrato, basándose en la premisa que, dentro de cada parcela no debería
existir gran heterogeneidad del suelo debido a su reducido tamaño. Se escoge
la intensidad de selección deseada, la cual se usa en cada estrato, siendo la
más empleada del 5 al 20 %.
En el caso de usar un 10 % de intensidad de selección, como cada estrato
debe tener 33 plantas, se escogen las 3 o 4 mejores. Se procede de manera
semejante en los demás estratos. La selección se realiza para plantas
competitivas (las que no presentan fallas vecinas). Las espigas de las plantas
seleccionadas proveerán la semilla para la próxima siembra. Para garantizar
una muestra adecuada, se retira el mismo número de semillas de cada espiga.
Entre las ventajas de la selección masal estratificada, podemos mencionar las
siguientes:
1)
2)
3)
4)
Control sobre la heterogeneidad del suelo.
El tamaño efectivo de la población es grande.
Puede aplicarse una fuerte intensidad de selección (1 al 5 %).
Se obtiene un ciclo por año.
Entre las limitaciones podemos mencionar:
126
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
1) No hay control de la descendencia. Plantas fenotípicamente buenas,
podrán dar descendencias inferiores, debido a condiciones del
ambiente y a interacciones génicas especiales.
2) El material es evaluado en una sola localidad. Con el tiempo la
tendencia es aumentar la adaptación para áreas específicas. No se
obtiene por lo tanto, poblaciones con adaptación amplia.
3) Hay tendencia de las plantas más altas a ser más productivas por la
fuerte competición entre ellas. Plantas bajas potencialmente buenas
se verán perjudicadas, no expresando su potencial. El uso de
espaciamiento más largo disminuye ese problema, el que puede
llevar a una población que no soporte espaciamientos más densos.
Otros esquemas de selección masal
Después de los progresos obtenidos por la selección masal estratificada, ese
esquema pasó a interesar a muchos mejoradores. Con el propósito de
aumentar su eficiencia, varias modificaciones fueron sugeridas, algunas de las
cuales experimentadas en pequeña escala como la siguiente:
a) Selección Masal Estratificada Genéticamente
Este esquema procura controlar la heterogeneidad del suelo a través de la
siembra intercalada de plantas de genotipo constante. Ejemplificando, un
híbrido doble o simple (siendo preferible este), que corresponde a un genotipo
constante, es sembrado después de cada dos golpes de semilla de la
población que está siendo seleccionada. La disposición a campo es la
siguiente:
En donde los círculos llenos representan las plantas de la población y los
círculos vacíos las plantas del genotipo constante (híbrido). Cada estrato esta
por lo tanto, formado por las dos plantas adyacentes al genotipo constante.
La selección será hecha en función de las producciones de plantas ajustadas
en relación a la producción de la planta de genotipo constante del estrato. Por
lo tanto, si en un estrato la planta del híbrido produce 200 grs y las plantas
adyacentes producen 220 y 190 grs, respectivamente, eso indica que esas
plantas producirán 110 y 95 % en relación al híbrido. Con el fin de evitar
problemas de contaminación de las plantas de genotipos constantes en la
población, pueden usarse dos alternativas: a) Uso de una población
homocigota para un gen recesivo con expresión en el endosperma y que por lo
tanto exhibe el efecto de xenia. En ese caso los granos provenientes de los
cruzamientos son identificados y serán eliminados. Tal es el caso de
poblaciones de granos blancos o maíz opaco. b) la otra alternativa es el
empleo de plantas de genotipo constante (híbrido) machoestériles. C) Las
plantas genotipo constante deben ser despanojadas.
127
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
b) Selección Antes de Floración
Con la finalidad de mejorar la eficiencia de la selección masal algunos
investigadores han sugerido la eliminación de las plantas inferiores antes de
floración. Lo que aumenta la eficiencia de selección. Como la producción de
maíz solo es visualizada después de la floración, el reconocimiento de las
plantas inferiores antes de floración es muy difícil. Solo aquellas plantas más
débiles, enfermas, poco vigorosas, etc., pueden ser reconocidas.
c) Selección masal con control de ambos sexos
La selección masal para prolificidad con control en ambos sexos fue propuesta
para incrementar el control parental. El objetivo es aumentar la prolificidad
permitiendo que solo las plantas prolíficas se polinicen entre ellas. Consiste
esencialmente en proteger las segundas espigas (espiga inferior) de las plantas
prolíficas, antes de la aparición de los estigmas. Luego de cubrir las espigad de
un número adecuado de plantas, por ejemplo 500 individuos, todas las plantas
no prolíficas son despanojadas. Seguidamente se renueven las bolsas de las
segundas espigas, siendo estas libremente polinizadas por las plantas
prolíficas las que se cosecharán para el siguiente ciclo.
Selección en base a prueba de progenie
La prueba de progenie fue definida como la “Evaluación de genotipos de los
progenitores con base en el fenotipo de sus descendientes”. Tradicionalmente
la prueba de progenie ha sido usada para evaluar el genotipo de animales,
plantas perennes y de propagación vegetativa. Después de la obtención y
evaluación de las progenies, son identificados los progenitores superiores que
darán origen a las progenies. Estos progenitores superiores, son los que serán
utilizados para la obtención de la generación siguiente mejorada (Figura 3).
En maíz, que es un cereal anual, las plantas no sobreviven en relación a su
progenie, siendo necesario por lo tanto, usar a sus descendientes para la
continuidad de su contenido genético. Cuando son utilizadas progenies
autofecundadas para perpetuar las plantas probadas, se espera que la
estructura gamética producida por esa progenie sea equivalente a la producida
por la planta madre. Por eso, cuando se utilizan otros tipos de progenie
(medios hermanos o hermanos completos) para representar a la planta madre,
o prueba de progenie, pierde eficiencia por un menor grado de afinidad
resultante entre el material probado y el material utilizado para reproducción de
la planta madre.
La selección por prueba de progenie es de mayor eficiencia en relación a
selección de plantas individuales (selección masal o fenotípica), debido a que
la selección se basa en el valor medio de varios individuos para un carácter
determinado. En cambio en la selección masal se basa la selección en el valor
único para el carácter de un solo genotipo. Debido a que la selección se realiza
en base a valores medios es posible mejorar caracteres de menor
heredabilidad con mayor eficiencia comparada con la selección masal.
128
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Metodología
1.- Selección de plantas
1. Población original: variedades de polinización libre, F2 de híbridos,
variedades sintéticas, variedades con amplia base genética.
2. Caracteres a mejorar: de alta o baja heredabilidad ej. Altura de planta,
altura de inserción de la primera mazorca, ciclo, componentes del
rendimiento.
3. Tamaño de la población: aproximadamente 20000 plantas.
4. Intensidad de selección: 10-20 %.
5. Tipos de progenies: Medios hermanos, Hermanos completos
y
progenies autofecundas (S1). De cada espiga cosechada se separan
dos muestras, una para los ensayos de la 2da. Etapa y la otra para la
recombinación en la 3ra.etapa.
2.- Evaluación y selección de progenies
1. Disposición de las progenies en un diseño experimental adecuado.
2. Tamaño de parcela: usualmente de 1 a 3 surcos de 5 a 7 m de longitud
3. Inclusión de testigos, uno de los cuales es la población original.
3.- Recombinación de las progenies seleccionadas en 2 con semilla remanente.
Esquemas de Selección
Espiga por hilera
Posiblemente la mayor limitación de la selección masal es la falta de control o
evaluación de la descendencia. El progreso solo es conseguido en función de
la superioridad de los descendientes y no tanto de los progenitores. Louis de
Vilmorin ya había descubierto en 1840 que la evaluación de la descendencia
era vital para el mejoramiento. Verificó que raíces de remolacha de alto tenor
de azúcar, pueden dar descendencia de alto o bajo tenor de azúcar. Basado en
ese descubrimiento, creo un método que lo denominó “Principio de
Aislamiento”, consistiendo esencialmente en evaluar las progenies de raíces de
remolacha y escoger aquellas que daban descendencia de alto tenor de
azúcar.
129
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Figura 12.3. Esquema general de la selección en base a prueba de progenies
en plantas alógamas
El éxito de Vilmorin indujo a investigadores de Estados Unidos a utilizar un
procedimiento similar en maíz para selección de bajo y alto tenor de aceite y
proteína. Esos trabajos se iniciaron en Illinois, en 1896, y alcanzaron éxitos en
la modificación de los tenores de aceite y proteína. El proceso recibió el
nombre de “selección espiga por hilera”, pues se sembraba la descendencia de
cada espiga en una hilera para evaluación.
Selección entre y dentro de familias de medios hermanos
En 1964 Lonnquist sugirió una modificación de la selección espiga por hilera
denominando al esquema “selección espiga por hilera modificado”. Este
esquema tuvo buena aceptación y se mostró de eficiencia satisfactoria. Se trata
de evaluar y seleccionar las mejores progenies de medios hermanos y luego,
seleccionar las mejores plantas dentro de las progenies seleccionadas.
Paterniani (1967) propuso la denominación de “selección entre y dentro de
progenies de medios hermanos”, para este esquema.
El método consiste en seleccionar un número determinado de espigas de
polinización libre de la población a ser mejorada. Las espigas son trilladas y las
semillas de cada progenie son colocadas en bolsas individuales. Las progenies
de medios hermanos son evaluadas en ensayos de producción, en donde se
anotarán todos los caracteres de interés. Generalmente son evaluadas de 200
a 500 progenies. En función de los resultados de los ensayos, son escogidas
las mejores progenies. Generalmente se practica una intensidad de selección
entre el 10 y el 20 %. Esta etapa constituye la selección entre progenie. Las
mejores progenies así seleccionadas son recombinadas entre sí en la
generación siguiente. Para eso se usan las semillas remanentes de esta
progenie.
130
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
En el momento de la cosecha, se elige dentro de cada hilera femenina las
mejores plantas. Esa etapa constituye la selección dentro de progenie. Las
espigas de esas plantas formarán las nuevas progenies de medios hermanos y
serán sembradas en la generación siguiente iniciándose así un nuevo ciclo.
Selección entre y dentro de familias de hermanos completos
Las familias de hermanos completos corresponden a la descendencia de
cruzamiento entre 2 plantas. En una población a ser mejorada pueden
obtenerse innumerables progenies de hermanos completos a través de
cruzamiento de plantas de a pares, así 200 progenies de hermanos completos
son obtenidas de 400 plantas de la población. El procedimiento es igual al
anterior de medios hermanos, o sea las progenies son evaluadas en ECR y las
mejores recombinadas para iniciar un nuevo ciclo. El método de selección de
progenies de hermanos completos fue propuesto por Harland en1946, que
consiguió resultados sustanciales en el mejoramiento.
Selección entre y dentro de familias endogámicas S1 o S2
Esta selección empleando progenies endogámicas con una (S1) o dos
generaciones de autofecundación (S2) es similar en metodología a los
mencionados anteriormente, es decir se obtienen un número adecuado de
progenies, se las evalúa en ECR y las mejores son recombinadas. Si se desea
obtener progenies S2, el esquema se alarga un ciclo para, mediante
autofecundación de plantas a partir de las progenies S1, se obtendrán
progenies S2.
Esa recombinación puede hacerse del mismo modo que en los demás tipos de
progenie, esto es, en lotes aislados, en donde las hileras femeninas (por
eliminación de la panoja) constituyen las progenies seleccionadas y las hileras
masculinas una mezcla de esas progenies. Las semillas obtenidas de esa
recombinación representan el primer ciclo de selección.
En el caso de que se desee efectuar una recombinación más completa, el
material será sembrado por más de una generación. Esa recombinación
completa es más deseable, aunque sea necesario emplear una generación
adicional. Después de la recombinación, se inicia el ciclo siguiente
autofecundándose las mejores plantas de la población del ciclo 1.
El uso de progenies endogámicas en el mejoramiento de poblaciones, es
recomendado para caracteres de baja heredabilidad, porque la endogamia
aumenta la variancia genética entre progenies y conduce al aumento del
progreso esperado por la selección. El método requiere polinización controlada
y el tamaño efectivo es el menor de todos, cuando se lo compara con el mismo
número de progenies seleccionadas por otros métodos.
131
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Tabla 12.1 Respuesta para rendimiento en siete métodos de selección en la
misma población de maíz (media de 12 ambientes).
Método de Selección
Respuesta Promedio
(%)
Hermanos completos
1,4
Medios hermanos
1,6
Masal
0,6
Espiga por hilera
3,6
H.C. Recíprocos
2,6
S1
1,9
S2
4,5
La selección recurrente entre líneas S1 ha probado ser muy efectiva en el
mejoramiento poblacional de maíz, dado que aprovecha muy bien los efectos
aditivos. Este método es además conocido por reducir la depresión
endogámica al poder reducir la frecuencia de los alelos recesivos. Los métodos
de selección recurrente de progenies o líneas autofecundadas de una (S1) y
dos generaciones (S2), son los más usados para mejorar la resistencia a
plagas y enfermedades.
Distintos autores han mostrado resultados significativos de selección para
varios caracteres, tales como resistencia al taladro del maiz (Ostrinia nubilalis),
resistencia a el achaparramiento en maíz (Corn stunt), y tolerancia al frio.
La elección del tipo de progenie radica en varios aspectos a considerar: la
acción génica que gobierna el carácter objeto de selección, los recursos
disponibles, la posibilidad de emplear contra estación, etc. Diferentes tipos de
progenies pueden dar respuestas diferentes a la selección (Tabla 12.1).
Selección recurrente
La expresión selección recurrente fue introducida en 1945 por Hull, con el
propósito de procederse a la selección generación tras generación, con
intercruzamiento de los materiales seleccionados a fin de promover la
recombinación génica. El concepto de selección recurrente es bastante amplio
y significa un proceso continuo de mejoramiento en donde se suceden ciclos
de recurrencia. El método consiste básicamente en la selección de individuos
superiores de una población, seguidamente esos individuos son evaluados y
los seleccionados son intercruzados entre sí para obtener la población del
primer ciclo. En la población resultante el proceso es repetido, obteniéndose el
ciclo siguiente.
132
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La selección recurrente tiende a aumentar continuamente la frecuencia de los
genes favorables a través de los sucesivos ciclos de selección. Se pueden
considerar todos los métodos de selección de poblaciones como algunos tipos
diferentes de selección recurrente. Algunos métodos has sido descriptos en la
bibliografía como clases bien definidas y particulares de selección recurrente.
Esos métodos fueron clasificados en cuatro modalidades, Selección Recurrente
Fenotípica, Selección Recurrente por Aptitud Combinatoria General y
Específica y Selección Recurrente Recíproca.
Selección recurrente fenotípica
El fenotipo de las plantas S0, constituye la unidad de selección. Aquellas
plantas seleccionadas son autofecundadas y su semilla (S1) es evaluada para
ciertos caracteres de interés. Las progenies S1 seleccionadas son
intercruzadas y se reinicia el ciclo de selección (Figura 4). Es aplicable para
caracteres de alta heredabilidad, esto es, aquellos relativamente poco
influenciados por el ambiente, y con altos efectos génicos aditivos. En este
esquema no es necesario que los genotipos a ser evaluados, sean cruzados
con un probador, toda vez que los caracteres puedan ser debidamente
evaluados en los propios individuos. Para los caracteres que puedan ser
evaluados antes de floración, no es necesario tampoco la autofecundación,
pudiéndose completar un ciclo en cada generación. Caracteres que han sido
seleccionados eficientemente por ese tipo de selección son resistencia a
plagas y enfermedades, composición química del grano y capacidad de
expansión del maíz pisingallo.
Selección recurrente por aptitud combinatoria general
Este tipo de selección es el más adecuado para los caracteres cuya herencia
es en gran parte debida a genes de efectos aditivos y muy influenciados por el
ambiente, teniendo por eso una heredabilidad relativamente baja. Hay
necesidad de proceder a la autofecundación y cruzar los genotipos
autofecundados con un probador para evaluar la capacidad general de
combinación. Este esquema fue sugerido por Henkins (1940) como un método
de obtener variedades sintéticas superiores, aunque la expresión selección
recurrente solo fue usada mas tarde.
133
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
SELECCIÓN RECURRENTE SIMPLE
(FENOTIPICA)
POBLACION ORIGINAL
@
@
@
S1
S1
S1
TRILLA INDIVIDUAL Y ANALISIS EN LABORATORIO
SELECCIÓN
RECOMBINACION DE LAS
S1 SELECCIONADAS
D
E
S
C
A
R
T
A
D
A
MEZCLA DE SEMILLA
POBLACION
MEJORADA
Figura 12.4. Esquema general de la selección recurrente simple o fenotípica en
plantas alógamas.
El método consiste en autofecundar un buen número de plantas en una
población heterogénea, cruzando estas plantas autofecundadas con un
probador de base genética amplia, que puede ser una variedad o un híbrido
doble. En el caso de efectuarse la autofecundación y el cruzamiento al mismo
tiempo, con plantas prolíficas, debe tenerse cuidado de usar una buena
muestra del probador para cruzar con cada genotipo. Seguidamente se
conducen ensayos comparativos de rendimiento y los mejores genotipos S1
son intercruzados entre sí para obtener el primer ciclo (Figura 5).
Selección recurrente por aptitud combinatoria especifica
El esquema de Selección Recurrente por Aptitud Combinatoria Específica, fue
propuesto originalmente por Hull (1945). El esquema básico es semejante al de
la Selección Recurrente por Aptitud Combinatoria General, diferenciándose en
que el probador utilizado, es de base genética estricta, por ejemplo una línea
autofecunda, como fue la idea original. Tal esquema fue sugerido para explotar
los genes con efecto de sobredominancia, que se indican como responsables
del vigor híbrido, de esta manera el método ofrece la posibilidad de concentrar
en una población heterogénea, genes que dan la máxima heterosis en relación
a un probador particular. Los genotipos derivados de varias ciclos de selección
por este esquema tendrán una alta aptitud combinatoria con la línea endocriada
(o líneas) utilizada como probador. De esta forma se pueden desarrollar nuevas
líneas para formar un híbrido con una línea ya establecida.
134
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
SELECCIÓN RECURRENTE POR APTITUD
COMBINATORIA
POBLACION ORIGINAL
PROBADOR
MEZCLA
DE
POLEN
ECR
@
F
1
S1
RECOMBINACION
MEZCLA DE SEMILLA
POBLACION
MEJORADA
Figura 12.5. Esquema general de la selección recurrente por aptitud
combinatoria general en plantas alógamas.
Selección recurrente reciproca
La Selección Recurrente Recíproca fue sugerida como un método para mejorar
la respuesta heterótica entre poblaciones. Dos poblaciones, por ejemplo
denominadas A y B, son empleadas. En cada ciclo, los mejores genotipos de A,
que dan más vigor en cruzamientos con B, son recombinados entre sí,
obteniéndose nuevas poblaciones de A y B.
El procedimiento original sugerido contempla las siguientes etapas (Figura 6):
1) Autofecundación de plantas de la población A y cruzamiento simultaneo
por plantas de la población B. De manera idéntica, plantas de la
población B, son autofecundadas y cruzadas por plantas de la población
A. Para los cruzamientos F1, el polen de las plantas autofecundadas es
colocado en estigmas de 4 o 5 plantas de la otra población.
2) Evaluación de las F1 en ensayos comparativos de rendimiento.
3) Recombinación de las mejores líneas S1 de A, de acuerdo con los
resultados de los ensayos. Lo mismo es realizado con las mejores
líneas S1 de B. De esta manera son obtenidas las dos poblaciones del
primer ciclo, A1 y B1. Un nuevo ciclo se puede iniciar, repitiéndose las
etapas indicadas.
Es generalmente aceptado que la SRR es un método genéticamente correcto y
teóricamente de eficiencia semejante o superior a otros esquemas de selección
recurrente cuando loci con diferentes niveles de dominancia están actuando.
135
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
SELECCIÓN RECURRENTE RECIPROCA
POBLACION ORIGINAL “A”
POBLACION ORIGINAL “B”
@
@
S1
Y
F1
PTA X POB. B
DE CADA PTA
SELECCIONADA
ECR CON LAS F1
Y SELECCION
RECOMBINACION DE LAS S1
SELECCIONADAS
POBLACION MEJORADA A1
PTA X POB. A
F1
Y
S1
DE CADA PTA
SELECCIONADA
ECR CON LAS F1
Y SELECCION
RECOMBINACION DE LAS S 1
SELECCIONADAS
POBLACION MEJORADA B1
Figura 12.6. Esquema general de la selección recurrente recíproca en plantas
alógamas.
De las poblaciones obtenidas por esta metodología se pueden derivar líneas
endocriadas (A y B) que presentarán buena aptitud combinatoria entre ellas,
por lo que también la probabilidad de obtener híbridos superiores entre las
líneas A y B es alta.
BIBLIOGRAFIA
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Elliot, F., 1967. Mejoramiento de las plantas. CECSA, México, 474 pp.
Falconer, D.S., 1981. Introducción a la Genética Cuantitativa. 2nd Ed. Longman
Inc. New York., 430 pp.
Hiorth, G.E. 1985. Genética Cuantitativa. Volumen I. Fundamentos biológicos,
Volumen II Selección, F.C.A., U.N.C.
Variedades Sintéticas
Introducción
La forma más racional de explotar la heterosis en especies de polinización
cruzada es a través de la obtención de híbridos. Sin embargo, este método
puede ser usado solamente si se puede controlar la polinización mediante la
emasculación o la esterilidad. Si esto no es posible, la producción de híbridos
es muy costosa o imposible. En estos casos el mejorador puede, para constituir
una variedad, realizar determinados cruzamientos entre líneas o genotipos.
136
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Estos genotipos pueden ser endocriados o no, diploides o poliploides. El
procedimiento más simple, pero a la vez efectivo, es mezclar las mejores
familias seleccionadas a partir de, por ejemplo, medios hermanos o hermanos
completos, permitiendo su libre cruzamiento.
Una alternativa que brinda mejores perspectivas es si las líneas, familias o
clones a cruzarse son seleccionadas no solo por su valoración “per se”, sino
también por su aptitud combinatoria general (ACG). Este sistema, propuesto
por primera vez por Hayes y Garber en 1919, resultó en lo que se llamó
posteriormente Variedades Sintéticas, a la que podemos definir como:
Una variedad sintética es una población que resulta de la cruza entre
progenitores que han sido seleccionados por su aptitud combinatoria general, y
que es mantenida y propagada como una variedad de polinización abierta.
Es necesario agregar que una variedad sintética que puede ser reconstruida a
partir de sus componentes.
Factores que influencian la heterosis en las variedades sintéticas
Como se mencionó anteriormente, el comportamiento de una variedad sintética
y la heterosis producto de las cruzas entre sus componentes debe ser posible
de predecirse o estimarse convenientemente para poder elegir la mejor
combinación de padres y el número óptimo de estos (Tabla 1), para constituir la
mejor variedad posible.
Rendimiento esperado de una variedad sintética (diploides)
F2  F1 
F1  P
n
F2 = Rendimiento esperado de la variedad sintética
F1 = Media de todas las cruzas posibles entre los padres
P = media de los padres
n = número de padres
La diferencia entre la F1 (sin 1) y la F2 (sin 2) es igual a la superioridad de los
híbridos F1 sobre los componentes (progenitores) dividido por el número de
componentes. Esto significa que si nosotros tenemos solamente 2 líneas,
perderemos el 50% de la heterosis, con 4 líneas el 25%, etc.
Las consecuencias de variar el número de componentes y sus valores pueden
ser ilustrado mediante el siguiente ejemplo:
a) F1 = 110; P = 90; n = 4 F2 = 110 – (110-90)/4
F2 = 105
b) F1 = 110; P = 70; n = 4 F2 = 110 – (110-70)/4
F2 = 100
137
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
c) F1 = 110; P = 70; n = 8 F2 = 110 – (110-70)/8
F2 = 105
La reducción en la F2 (Sin 2) es mayor a medida que mayor sea la diferencia
entre la F1 y P, y menor el número de componentes que conforman la F1.
Tabla 1. Nivel de ploidía, especie y número promedio de padres empleados en
la formación de variedades sintéticas
Ploidía
Especie
N° padres
Diploide
Zea mays
4–9
Secale cereale
3–8
Lolium perenne
4–6
Lolium multiflorum
8
Festuca pratensis
5 - 10
Medicago sativa
2-9
Dactylis glomerata
4 - 10
Hexaploide
Phleum pratense
4 - 10
Octoploide
Bromus inermes
4
Tetraploide
De acuerdo a la ley de Hardy-Weinberg, no debería haber reducción del
rendimiento después de la Sin 2 generación, o sea que la generación Sin 3 y
posteriores rendirán igual que la Sin 2 (Figura 1). Sin embargo, esto es válido
en el caso de variedades diploides, en ausencia de epistasis, en completa
panmixia y ausencia de selección durante la multiplicación. Desde que
diferencias en el tiempo de floración entre los componentes como así también
los efectos de selección no intencional, y la polinización con otras fuentes
resultan en un gradual deterioro de la variedad, las variedades sintéticas son
usualmente reconstruidas después de un determinado número de años. Esto
requiere que los componentes sean mantenidos.
Variedades sintéticas en maíz.
En el caso del maíz, donde lograr líneas endocriadas es relativamente fácil, el
desarrollo de un cultivar sintético comprende tres etapas:
1. Desarrollo y evaluación fenotípica de líneas endocriadas.
138
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
2. Evaluación de las líneas en base a su ACG.
3. Entrecruzar las mejores líneas para la producción de la sintética.
La líneas endocriadas pueden ser líneas con homocigosis parcial, S2 o S3, o
sea líneas que han sido evaluadas fenotípicamente y además, has mostrado
una buena ACG. También pueden ser líneas totalmente homocigotas, en este
caso, de acuerdo a la teoría, la heterosis de la sintética sería mayor,
comparada con la producida con líneas no completamente homocigotas. En
maíz el mercado, en nuestro país y en la mayoría de los desarrollados desde el
punto de vista agrícola, está casi exclusivamente compuesto por híbridos, dado
la facilidad de obtener líneas en maíz y el gran vigor hibrido (heterosis) exhibido
por las cruzas simples. Esto ha hecho que las variedades sintéticas sean
obtenidas en especies donde no se puede obtener líneas fácilmente, por
ejemplo en alfalfa y otras especies forrajeras.
Años
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Sin 1 (F1)
Sin 2
Sin 3
Sin 4
Sin 5
Sin 6
Sin 1
Sin 2
Sin 3
Sin 4
Sin 5
Sin 6
Sin 1
Sin 2
Sin 3
Sin 4
Sin 5
Sin 6
Figura 1. Producción de variedades sintéticas asumiendo la comercialización
de semilla a partir de la Sin 3. Las generaciones en recuadro son las que se
comercializan
Variedades sintéticas en plantas forrajeras
Mientras que en especies como el maíz no existen dificultades para realizar las
cruzas necesarias para evaluar la aptitud combinatoria entre los potenciales
padres, en muchos cultivos forrajeros las cruzas controladas son difíciles o
imposibles de realizar. En esos casos la única forma de cruzar los padres es a
través de la cruza natural.
Métodos
Progenies de libre cruzamiento
Las progenies son derivadas de plantas pertenecientes a variedades de
polinización libre mejoradas, que se han cruzado con otras plantas vecinas, por
ejemplo medios hermanos. De todos los métodos este es el más simple y
menos costoso, pero al mismo tiempo el menos efectivo.
139
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Prueba top-cross
La semilla es obtenida de individuos (por ej.: clones) selectos los cuales han
sido cultivados en surcos alternados con el probador o tester, o como plantas
aisladas dentro de las plantas del probador. La semilla top-cross consiste
entonces de semillas originadas por la cruza de las plantas con el tester y de
intercruzas con otros individuos selectos o clones. Esta semilla es sembrada en
ensayos comparativos a partir de los cuales se seleccionan los clones con
mejor comportamiento en cruzas. Este método es relativamente barato pero su
eficiencia depende de cuán bien el probador discrimine entre los buenos y
pobres combinadores y del porcentaje de semilla top-cross obtenida.
Prueba de cruzas simples
Mediante las cruzas simples entre un grupo de genotipos de pueden estimar
las aptitudes combinatorias de cada uno de ellos. Como lo que interesa es la
ACG, se tendrá que calcular la aptitud combinatoria promedio de cada línea o
clon, es decir el comportamiento promedio que exhibe un genotipo al cruzarlo
por una serie determinada de genotipos Si el número de líneas (n) es pequeño
un esquema de cruzas dialélicas (n(n-1)/2) es la mejor opción, pero usualmente
el número de líneas o clones es grande, por lo tanto un dialélico completo no es
posible. Es estos casos de contar con muchos genotipos y/o con problemas
para efectuar los cruzamientos, por ejemplo, flores pequeñas, castración
dificultosa, etc., se puede emplear la prueba de policruzamiento.
Prueba de Policruza
Este método fue desarrollado de manera independiente por varios
investigadores entre 1940 y 1947. Esta prueba requiere que todos los
materiales selectos deben ser cultivados juntos en libre polinización. Se
requiere de una nursery de la policruza, donde la semilla de policruza es
producida, y una prueba de progenie donde la semilla debida al
policruzamiento es evaluada.
En la nursery de policruzamiento, que debe ser aislada de toda fuente de polen
extraño, se debe diseñar de tal modo que, dentro de lo posible, la semilla
producida en una línea o en un clon, sea como una muestra o compuesto de
todas las cruzas posibles de esa línea o clon con todas las demás líneas o
clones.
A cosecha iguales cantidades iguales de semilla son cosechadas de cada
genotipo de cada repetición y mezcladas para disponer de semillas para
ensayos de rendimiento conjuntamente con variedades testigos. Además de
rendimiento, las características de floración y resistencia a enfermedades son
evaluadas. Si es posible los ensayos se siembran en más de una localidad.
Luego de esto se seleccionan la mitad de las líneas o clones con ACG superior
que serán incluidas en un segundo ensayo de rendimiento. Al final unas 6 a 10
líneas o clones serán las que formarán la nueva sintética.
140
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Variedades sintéticas en plantas autotetraploides
Existen importantes diferencias entre las variedades sintéticas formadas por
individuos diploides de aquellas formadas por individuos autotetraploides.
Mientras que no existe mayor reducción del rendimiento después de la Sin-2 en
diploides, en autotetraploides los cambios en el rendimiento entre las Sin-1 a la
Sin-4/5 dependen de la contribución genética de los componentes. Si los
componentes son endocriados no relacionados, la mayor heterocigocidad y el
mayor rendimiento será alcanzado recién en la generación Sin-3/4.
Si por otra parte los componentes son altamente heterocigotos y no
relacionados, la máxima heterocigocidad y el rendimiento máximo se alcanzará
en la generación Sin-1 con una pequeña declinación en el rendimiento en las
próximas generaciones.
Similarmente, si las líneas están relacionadas, la endocría en la Sin-1 y la que
pueda ocurrir en las generaciones siguientes reducirá la heterocigocidad y el
rendimiento. Por lo tanto, cuando se desea formar una variedad sintética en
alfalfa, los clones parentales deberán ser escogidos de manera tal que no se
incluyan clones relacionados genéticamente.
Si se utilizan clones no relacionados la experiencia ha demostrado que la Sin-1
más rendidora es aquella obtenida con un número limitado de clones. No ha
sido posible demostrar que la adaptación de una variedad sintética de alfalfa se
incrementa a medida que se incrementa el número de clones parentales. Esto
se ha corroborado desde que aun una variedad sintética de alfalfa basada
solamente en 2 clones posee probablemente tanta diversidad genética como
un híbrido doble de maíz
En el caso de la alfalfa el valor de los parentales endocriados ha sido muy
discutido. Se ha argumentado que el rendimiento de una sintética depende
tanto de el valor de los padres per se, el valor de sus híbridos y del porcentaje
de endocría que puede originarse en las generaciones siguientes. Si es posible
utilizar padres endocriados con buen rendimiento y alta ACG el potencial
genético de la futura sintética se incrementa.
Rendimiento esperado de una variedad sintética (poliploides no endocriados)
Y  C
2k  1 C  S
k
n
Y = Rendimiento esperado
C = Media de todas las cruzas posibles entre los padres
S = media de los padres
K = nivel de ploidía
n = número de padres
141
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Nursery
Selección fenotípica de los
mejores clones
Policruza
Evaluación genética de los
clones (ACG)
Clones selectos para formar
la Variedad Sintética
Sintética-1
Figura 2. Procedimiento general de mejora para el desarrollo de variedades
sintéticas a partir de clones de alfalfa
Para la producción de semilla comercial en sus diferentes etapas antes de
lanzar la variedad al mercado, hay que tener en cuenta, obviamente, el grado
de endocría y las relaciones genéticas entre los componentes. Esto es
importante dado que el productor recibe la Sin-3 o generaciones más
avanzadas como semilla comercial. Las variedades sintéticas rara vez están
basadas en menos de 4 clones aún si estos son altamente heterocigotos y no
relacionados.
Tabla 2. Aspectos generales a considerar en la obtención de una Variedad
Sintética
1. Padres
2. Selección de padres superiores
3. Recombinación de los mejores
padres
4. Multiplicación de la sintética
5. Mantenimiento de la variedad
sintética
Composición genética: endocriados
o no.
Método de evaluación: con/sin ACG,
Policruza.
Número óptimo de padres a
recombinar.
Número generaciones de
multiplicación antes de liberar la
semilla comercial.
Por polinización libre o ser
regularmente reconstruida a partir de
los padres.
142
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
1 Año
Selección de
plantas
♣♣♣♣♣♣♣♣♣
♣♣♣♣♣
♣♣………………
2 Año
Parcelas
Clonales
♣♣♣♣
♣♣♣♣
5000 – 10000 Plantas
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
500 clones (20 plantas
por clon)
Selección de clones
1 2 3 ……………………….…………….60
♣♣♣
♣
♣♣♣
♣
♣♣♣
♣
♣♣♣
♣
3 Año
Policruza
33 41 9……………………..etc.
♣♣♣
♣♣♣
♣♣♣
♣♣♣
60 -100 clones con
repeticiones
4 – 5 Años
Ambiente 1
Ambiente 2
Ambiente 3
6 año
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
♣♣♣♣
7 Año
♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣
♣♣♣♣♣♣♣♣♣♣
♣♣♣♣♣♣♣
ECR con la semilla
recolectada en los
clones de la parcela de
policruza
Clones Selectos por
ACG
Multiplicación
Los clones se siembran
en mezcla y se
cosecha la semilla
comercial
Figura 3. Diagrama esquemático del método de policruza para la obtención de
una variedad sintética (modificado de Frandsen y Frandsen, 1948).
143
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
OOOOOOOOOO
O1OO2 OO3 OO
OOOOOOOOOO
OOOOOOOOOO
O1OO2 OO3 OO
OOOOOOOOOO
OOOOOOOOOO
O1OO2 OO3 OO
OOOOOOOOOO
OOOOOOOOOO
O4OO5 OO6OO
OOOOOOOOOO
O: Plantas pertenecientes al probador. 1,2….6: plantas a evaluar por su
habilidad combinatoria general. Todas las plantas rotuladas con el número 1 se
cosechan juntas, todas las 2 juntas, etc.
Figura 4. Diagrama esquemático de la cruza (top-cross) de familias con un
probador común.
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Cubero, J.I., 1999. Introducción a la Mejora Genética Vegetal. Mundiprensa,
Madrid, 365 pp.
Falconer, D.S., 1981. Introducción a la Genética Cuantitativa.2nd Ed. Longman
Inc. New York., 430 pp.
Hallauer, A.R., J.B. Miranda, F.O., 1988 Quantitative Genetics in Maize
Breeding. 2nd ed., Iowa State University Press, Ames, IA, USA
Marrewijk, G.A.M., 1994. Flowering biology and hybrid varieties. I Flowering and
pollination. Wageningen Agricultural University, Wageningen, 132 pp.
144
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 13.
Variedades Híbridas
Introducción
Los cultivares híbridos son la descendencia en primera generación de la cruza
entre dos parentales genotípicamente diferentes. Si bien a la descendencia de
cualquier cruza puede llamársela híbrido, el concepto hace alusión
principalmente a los híbridos simples, triples y dobles, obtenidos a partir de
materiales con alta endocría. La historia del desarrollo de los híbridos está
ligada a los estudios sobre maíz de G. H. Shull en 1909, quien propuso la
metodología para la obtención de cultivares híbridos. Los conceptos
establecidos por Shull y otros autores son aún hoy la base para el desarrollo de
cultivares híbridos en maíz y en otras especies.
Obtención de Híbridos
Los cultivares híbridos modernos son el resultado de la cruza entre líneas
homocigotas diferentes. Estas líneas parentales, llamadas líneas endocriadas,
son creadas mediante la endocría a partir de poblaciones segregantes.
Básicamente, para producir un híbrido en una especie alógama como el maíz o
el girasol, se necesita:
•
Obtener y desarrollar líneas endocriadas
•
Producir y evaluar diferentes híbridos
•
Distribuir el híbrido selecto como una nueva variedad
Fuentes de material
Como en todo programa de mejora se debe tener u obtener un material original
a partir del cual se obtendrán las líneas endocriadas que actuarán como futuros
parentales de híbridos. El mejorador cuenta con varias opciones como
población de partida para, mediante la endocría, obtener líneas. Estas
alternativas comprenden:
•
•
•
•
•
Compuestos
Variedades de polinización libre
Cruzas entre híbridos (F2)
Variedades sintéticas
Líneas de segundo ciclo
Como regla general, y en base a la experiencia, actualmente se prefiere utilizar
materiales que hayan sido seleccionados durante varias generaciones para
rendimiento y otras características agronómicas. Estos materiales ya poseen
145
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
una alta frecuencia de alelos favorables y un buen potencial de rendimiento,
como por ejemplo las variedades sintéticas y las líneas de segundo ciclo.
Obtención y desarrollo de líneas
Una línea endocriada es una línea homocigota desarrollada y mantenida
mediante la autopolinización. Los métodos empleados son similares a los
empleados en plantas autógamas, siendo el objetivo obtener líneas
homocigotas (o endocriadas) a partir de una población de individuos
heterocigotos. Con las sucesivas generaciones de endocría, la homocigosis y
al uniformidad se incrementan dentro de cada línea. La varianza genética
dentro de líneas se va reduciendo, mientras que la varianza entre líneas se
incrementa. La selección durante las primeras generaciones de endocría se
basa principalmente en la observación y selección visual de plantas vigorosas,
resistentes al acame y a enfermedades y con buena producción de semillas y
rendimiento. Durante el período de endocría se puede exponer a las líneas en
desarrollo a adversidades como altas densidades, sequía, altas o bajas
temperaturas, deficiencias de nitrógeno, etc. De esta forma es posible
identificar líneas adaptadas a diferentes condiciones ambientales dependiendo
del objetivo del programa de mejoramiento.
Entre los métodos para desarrollar líneas se hallan la selección por pedigrí, el
método de doble haploides, la descendencia de semilla única y el reciclaje de
líneas. Las tres primeras ya fueron descriptas cuando se trató la selección en
plantas autógamas por lo que aquí solo se hará una breve referencia a las
mismas.
Selección por pedigrí
También conocida como procedimiento clásico o estándar es comúnmente
empleada en maíz y en otras especies alógamas y autógamas, comprende las
siguientes etapas:
1. Selección y autofecundación de plantas en la población original sobre la
base de caracteres deseados por el mejorador.
2. Cultivar surcos de 10 o más plantas de cada una de las progenies de
plantas autofecundas (S1) obtenidas el año anterior. Selección de los
mejores surcos o progenies y dentro de ellos selección y autofecundación
de las mejores plantas. Se descartan los otros surcos y plantas. La
selección se practica entre y dentro de los surcos. Luego de la cosecha se
realiza una selección a nivel de espiga y de semilla de las plantas
seleccionadas.
3. Se repite el esquema de selección descripto en 2.
El procedimiento se repite por 5 a 7 años o hasta lograr el nivel deseado de
homocigosis.
Para comprobar si se ha alcanzado la completa homocigosis de las líneas
desarrolladas se puede realizar la prueba de homocigosis práctica. Esta
consiste en cruzar plantas hermanas, que pertenezcan a la misma línea, si la
146
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
F1 resultante no manifiesta heterosis con respecto a los padres se ha
alcanzado la homocigosis práctica.
Doble Haploides
La mayor ventaja de los haploides en la mejora genética vegetal es que un
individuo haploide puede ser duplicado, permitiendo la inmediata obtención de
completa homocigosis.
P1 x P2
F1/F2
Cultivo artificial
de granos de polen
Plantas Haploides
Duplicación
Plantas 2n Homocigotas
Transplante a campo y selección.
Figura 1. Esquema para la obtención de líneas endocriadas utilizando doble
haploides.
Descendencia de Semilla Única (SSD)
El método de la descendencia de semilla única al igual que en plantas
autógamas consiste en avanzar poblaciones híbridas mediante la cosecha en
cada generación de una única semilla de cada planta. No se practica selección
durante la endocría. Estas semillas se mezclan para generar la siguiente
generación. El procedimiento se continúa hasta alcanzar la generación F5 o F7
en la cual los genotipos son homocigotos en su mayoría. Este método se aplica
en el reciclaje de líneas en maíz como un medio de acelerar la obtención de
líneas endocriadas a partir de cruzas entre líneas elite.
Líneas de segunda generación
Cuando la selección por pedigrí aplicada en variedades de polinización abierta
ha producido un número razonable de líneas endocriadas con excelentes
características (líneas elite), poblaciones F2 desarrolladas mediante la cruza
entre líneas con caracteres complementarios se convierten en una nueva
fuente de germoplasma para el desarrollo de nuevas líneas endocriadas,
llamadas líneas de segundo ciclo. En el presente existen numerosas líneas de
147
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
segundo, tercer y aún líneas de cuarto ciclo obtenidas por la cruza entre líneas
mejoradas.
El desarrollo de líneas mediante este procedimiento se basa en que la
probabilidad de obtener líneas elite mediante autofecundación de plantas
pertenecientes a poblaciones de polinización libre que no han sido
suficientemente mejoradas es bastante baja. Por otra parte las líneas de
segundo u otros ciclos obtenidas son más vigorosas que las líneas originales y
dan como resultado híbridos con mayor rendimiento. Estas vigorosas líneas
endocriadas han hecho posible la producción comercial de semilla a partir de
cruzas o híbridos simples.
Sin embargo, en el largo plazo, un gran énfasis en el desarrollo de líneas a
partir de cruzas simples puede resultar en un aumento de la consanguinidad
entre las líneas y, por ende, en una menor heterosis y un menor rendimiento en
los híbridos resultantes. Una solución a este problema es la formación de
grupos de líneas, por ejemplo sobre la base de una aptitud combinatoria
equivalente, y cruzar entre sí líneas que pertenezcan a distintos grupos,
llamados grupos heteróticos.
Líneas Elite Parentales
Intercruzamiento
Nueva población con alta
frecuencia de alelos favorables
Endocría (SSD o doble haploides)
Obtención de líneas de 2° Ciclo
Nuevos Híbridos
Figura 2. Esquema de obtención de híbridos a partir del reciclaje de líneas
elite.
Mejoramiento de líneas endocriadas
Retrocruza
La retrocruza es particularmente útil para la transferencia de uno o dos
caracteres de herencia simple. El método es básicamente el mismo que el
descripto para especies autógamas. En el mejoramiento de líneas endocriadas
el objetivo de este método es mejorar una línea la cual es satisfactoria para
muchas características pero deficiente en uno o dos caracteres. El padre
recurrente es la línea que necesita ser mejorada y el padre no recurrente es el
que actúa como donante del carácter deseado. Después de repetidas
retrocruzas el genotipo dominante es fijado por autofecundación.
148
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Características que pueden ser mejoradas vía retrocruza son la resistencia a
enfermedades, altura de espiga, madurez, etc., es decir caracteres que puedan
ser identificados con razonable precisión a campo. Actualmente la retrocruza
se utiliza en maíz para la transferencia de transgenes de un genotipo
modificado a una línea elite, por ejemplo en el caso del gen Bt. En general el
método de retrocruza es predecible y adecuado aunque un método
conservador de mejorar líneas endocriadas.
Selección convergente
En el método de selección convergente se utiliza una retrocruza recíproca para
mejorar características presentes en las líneas endocriadas constituyentes de
un híbrido simple. La F1 es retrocruzada por ambos padres por espacio de dos
o tres generaciones o hasta las progenies resultantes muestren el fenotipo de
los padres. Los genes deseados se fijan a través de varias generaciones de
autofecundación y las líneas mejoradas son evaluadas en ensayos de campo.
La idea de la selección convergente es incrementar la productividad de
líneas endocriadas sin modificar el comportamiento de las mismas en
combinaciones híbridas. Este método es empleado para la producción
líneas isogénicas (A´) utilizadas en la producción se semillas mediante
híbridos simples modificados (A x A´x B).
las
las
de
los
Evaluación de líneas endocriadas
La utilidad de una línea endocriada es determinada por su contribución
genética en la progenie híbrida cuando es cruzada con otra línea endocriada y
no por su comportamiento per se. Sin embargo, y como se mencionó
anteriormente, es necesario que las líneas sean lo suficientemente vigorosas y
con buena producción de semillas para asegurar su mantenimiento como
parental. La habilidad de una línea de trasmitir buenas características a la
progenie híbrida se la conoce como aptitud (o habilidad) combinatoria.
•
Aptitud combinatoria general
La aptitud combinatoria general (ACG) de una línea es su contribución
promedio al comportamiento híbrido a través de una serie de combinaciones
híbridas. Esta contribución promedio se compara con la de otras líneas para
identificar aquellas que posean una alta ACG. Esta característica no es posible
de predecir a través de la simple observación visual de una línea. La ACG de
una línea se evalúa al cruzar la línea por otras líneas y comparando el
comportamiento de las cruzas en que interviene cada línea. La ACG evalúa la
magnitud de la varianza aditiva de cada línea para los caracteres de interés.
Cuando el número de líneas es grande, es prácticamente imposible realizar las
cruzas todas contra todas y evaluar los híbridos resultantes en ensayos
comparativos. El número de todas las posibles combinaciones de acuerdo al
número de n líneas disponibles es igual a n(n – 1)/2. Con solo 10 líneas
149
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
tendríamos 45 híbridos a evaluar, siempre y cuando no se consideren los
híbridos recíprocos, y con 100 líneas, el número total de combinaciones
asciende a la cifra de 4940, los cual está más allá de las posibilidades de
cualquier programa de mejora (Tabla 2). Para solucionar este problema y
cuantificar la ACG de numerosas líneas, los mejoradores de maíz empezaron a
utilizar la llamada prueba top cross, la cual consiste en cruzar a todas las líneas
en proceso de endocría con un genotipo en común. Este genotipo (llamado
probador o tester) es generalmente de alta variabilidad genética, por ejemplo
una población o una sintética, el cual producirá una gran diversidad genética en
sus gametas. A partir de resultados de ensayos experimentales se demostró
que el rendimiento de la cruza de las líneas por el probador o tester, estaba
fuertemente correlacionado con el comportamiento de la línea en una amplia
gama de ambientes. Esto permitió que esta prueba, (llamada testcross o
topcross en maíz) sea comúnmente utilizada para la evaluación temprana de
un gran número de líneas. Estudios posteriores demostraron que la ACG es de
alta heredabilidad, por lo tanto una línea que posea buena o mala ACG en
etapas tempranas, S2 o S3, tendrá también buena o mala ACG en etapas
avanzadas, S5 o S6. Por lo tanto se puede utilizar en etapas tempranas para
eliminar líneas de pobre ACG, reduciendo el volumen de trabajo y los costos
del programa de mejora. Aquellas líneas que demuestren una ACG superior
son retenidas y una vez alcanzada la homocigosis se cruzan de a pares en
combinaciones simples.
•
Aptitud combinatoria específica
Una vez que las líneas han superado la prueba de ACG y han llegado a un alto
nivel de homocigosis (S6/S7) se realiza la prueba de ACE, que consiste en la
cruza de las líneas todas contra todas. Si el número de líneas es no muy
elevado, se puede realizar las cruzas de acuerdo a un sistema de cruzas
dialélicas, en el cual cada línea es cruzada con todas las otras. Cuando el
número de líneas hace imposible la cruza de todas contra todas (Tabla 2), es
necesario agrupar a las líneas de modo de poder realizar cruzas entre grupos
de líneas homogéneas para evaluar cuál es la cruza que explotará en mayor
medida la heterosis y favorecerá la complementación de caracteres en el
híbrido. La ACE mide la contribución de una línea en particular en una cruza
específica con otra línea. Esta prueba evalúa la parte no aditiva de la varianza
genética o sea la varianza de dominancia. Cada combinación es única y la
razón de porque algunas cruzas son superiores a otras depende de la cantidad
de genes favorables presentes en cada línea y como se complementan con los
genes de la otra línea. Estos híbridos simples (F1) son evaluados en ensayos
comparativos con cultivares testigos en distintas localidades y años. Las
mejores combinaciones son las que tendrán superior ACE y potencialmente
serán los híbridos simples que se producirán comercialmente o se cruzarán con
otras líneas para formar híbridos triples, o con otro híbrido simple dando lugar a
un híbrido doble.
150
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
En los primeros programas de mejoramiento de maíz se empleaban testers o
probadores de amplia base genética, por ejemplo una población de polinización
libre, para evaluar la ACG de las líneas endocriadas. Actualmente dado que
con el avance de los programas de mejoramiento se producen constantemente
una gran cantidad de líneas y sus correspondientes híbridos, la ACG es
evaluada cruzando las líneas a probar con otra línea elite, una línea
relacionada o con un híbrido simple, o sea un probador de base estrecha. Las
razones del cambio son que en un programa avanzado de mejoramiento,
frecuentemente lo que se desea es reemplazar una línea determinada de un
híbrido ya establecido. En este caso la línea que permanecerá como
constitutiva del híbrido, será el probador a usar. En el caso de que se quiera
producir un híbrido triple, si ya se posee el híbrido simple, este será el probador
de una serie de líneas endocriadas potenciales a formar parte de dicho híbrido.
Se debe diseñar correctamente la experimentación para comprobar si la nueva
línea corrige las falencias de la línea reemplazada a través de ensayos en
múltiples localidades evaluando su comportamiento y la interacción genotipo x
ambiente.
Predicción del Rendimiento
Si bien el rendimiento de los híbridos simples es difícil de predecir en base al
comportamiento per se de las líneas parentales, es posible estimar el
rendimiento potencial de los híbridos triples y dobles a partir de los datos de
rendimiento de los híbridos simples evaluados a campo. A partir de la
evaluación de ACE se dispone de datos de rendimientos de los distintos
híbridos simples. Estos datos pueden ser empleados para predecir el
rendimiento de los híbridos triples y dobles de acuerdo a la metodología
propuesta por Jenkins.
Por ejemplo si se dispone de 4 líneas parentales: A, B, C y D
Podemos realizar 6 cruzas simples (tabla 2):
A x B; A x C; A x D; B x C; B x D y C x D
A partir de los cuales podemos obtener 3 cruzas dobles:
(A x B) x (C x D); (A x C) x (B x D) y (A x D) x (B x C)
De acuerdo a Jenkins, el rendimiento del híbrido doble (A x B) x (C x D)
depende del promedio del rendimiento de las cruzas no-parentales
Para predecir el rendimiento del híbrido doble: (A x B) x (C x D)
Empleamos el promedio de las cruzas no parentales:
(A x C)+(A x D)+(B x C)+(B x D)/4
En el caso de predecir el rendimiento de un híbrido triple: (A x B) x C
151
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La predicción en base a las cruzas no parentales será:
(A x C) + (B x C)/2
Híbridos no convencionales
Se denomina híbridos no convencionales a otras formas híbridas en las cuales
los parentales no son totalmente homocigotas y/o intervienen más de cuatro
líneas.
Tabla 1. Diferentes clases de híbridos
Híbrido
Pedigrí
Intervarietal o Interpoblacional
Población x Población
Top Cross
(A) x Población
(A x B) x Población
Híbrido Simple
(A x B)
Híbrido Simple Modificado
(A x A1) x B
(A x A1) x (B x B1)
Híbrido Triple
(A x B) x C
Híbrido Triple Modificado
(A x B) x (C x C1)
Híbrido Doble
(A x B) x (C x D)
•
Población x Población
Se cruzan dos poblaciones de buenas características agronómicas y que
manifiesten cierto vigor en la F1. Son de fácil producción y mucho menos
costosas que producir un híbrido convencional. Se les denomina también
híbridos intervarietales. Se pueden emplear en regiones marcadamente
marginales para el cultivo y donde los agricultores no posean la capacidad
económica y de manejo para cultivar híbridos convencionales.
•
Línea endocriada x Población (top cross)
Se pueden seleccionar líneas que posean un comportamiento sobresaliente en
la prueba de ACG y, utilizar la F1 como una variedad para distribuir a los
agricultores.
152
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Los híbridos no convencionales tienen mayor variabilidad genética que los
híbridos dobles, triples y simples, un menor costo de obtención, pero menor
uniformidad y un considerable menor potencial de rendimiento.
Híbridos Modificados
Hallauer y Miranda (1988), indicaron que las cruzas simples modificadas
consisten en cruzamientos en donde uno o ambos progenitores son líneas
emparentadas (líneas hermanas o que poseen un progenitor común en su
ascendencia), con un grado de parentesco variable. En Estados Unidos de
Norteamérica las cruzas simples modificadas se han utilizado principalmente
por problemas de producción de semilla de las líneas endocriadas empleadas
como madres, ya que las cruzas simples modificadas (A x A´) son más
vigorosas que las líneas endogámicas debido a la manifestación de cierto vigor
híbrido en la cruza. Además las cruzas simples modificadas presentan
rendimientos, vigor y resistencia al acame considerablemente más elevados
que las líneas puras originales, por lo que la semilla puede producirse con
costos más bajos que las cruzas simples convencionales.
Tabla 2. Cantidad de cruzas simples y dobles posibles de acuerdo al número
de líneas intervinientes.
Líneas Top Cross Híbrido Simple
Híbrido Triple
Híbrido Doble
5
10
20
100
5
10
20
100
10
45
190
4950
30
360
3420
485100
15
630
14535
11763625
n
n
n(n-1)/2
[n( n – 1)( n – 2)] / 2 n(n-1)(n-2)(n-3)/8
Producción de Semilla Híbrida
Para la producción de semilla híbrida hay varios procedimientos disponibles. La
emasculación manual seguida de la polinización manual es normalmente
utilizada para la producción de semilla híbrida en especies como el maíz donde
los sexos están separados y la emasculación es relativamente fácil. Una vez
emasculada la línea a utilizar como madre la prevención necesaria es un
correcto aislamiento de otras fuentes potenciales de polen. La emasculación y
polinización manual también es posible de utilizar en especies en las cuales la
flor, a pesar de ser hermafrodita, es relativamente fácil de emascular y produce
muchas semillas por flor fecundada, por ejemplo algodón y tabaco entre los
cultivos extensivos y tomate, pimiento y melón entre los hortícolas. En especies
153
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
en las cuales la emasculación es dificultosa es necesario recurrir a sistemas de
macho esterilidad, ya sea la citoplásmica génica en cebolla o la génica en
cebada, sorgo y trigo. Estos sistemas también pueden emplearse en maíz, por
ejemplo en países donde la mano de obra necesaria para la emasculación es
escasa o muy costosa.
Otros procedimientos de producción de semilla híbrida incluyen el empleo de la
autoincompatibilidad gametofítica, la propagación clonal de la semilla F1, la
utilización de la apomixis y la utilización de emasculación química. Mayores
detalles de la producción de semilla híbrida se abordarán en el capítulo de
Producción de Semilla.
Consideraciones acerca del empleo de las variedades híbridas
Las variedades híbridas posen como gran ventaja sobre los otros tipos de
cultivares no híbridos su alto vigor y uniformidad lo que se traduce en una
mayor producción por unidad de superficie. Además en un híbrido se pueden
combinar caracteres presentes en distintos padres. Otra ventaja muy
importante es que los híbridos protegen los derechos de los obtentores, dado
que no se pueden reproducir por su alta segregación, por lo tanto, las líneas
parentales son imposibles de recuperar a partir de la semilla F2 recolectada
sobre un híbrido.
Esto último puede ser considerado una desventaja para el agricultor, al no
poder propagarlo y tener que adquirir semilla nueva cada año. Por otra parte la
elevada uniformidad genética puede predisponer a los híbridos a una mayor
vulnerabilidad a las epidemias. Además su costo es mayor que otros tipos de
cultivares y su requerimientos en disponibilidad de nutrientes y agua son
mayores para alcanzar su rendimiento potencial.
Con respecto a los híbridos simples, éstos presentan el mayor potencial de
rendimiento, máxima heterosis (ver tema heterosis) y mayor uniformidad, con
respecto a los híbridos triples y dobles. Estos, por su parte, presentan una
mayor flexibilidad genética y al posibilidad de combinar más genes en un solo
genotipo. Con respecto a la producción de semillas, lo más ventajoso es
producir un híbrido simple, ya que se sólo se deben mantener y reproducir dos
líneas, mientras que al aumentar el número de líneas, tres en los triples y
cuatro en los dobles, el proceso de mantenimiento y reproducción resulta más
costoso.
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
Hallauer, A.R. and J.B. Miranda, F.O., 1988. Quantitative Genetics in Maize
Breeding. 2nd ed., Iowa State University Press, Ames, IA, USA.
Sleper, D. A. and J. M. Poehlman, 2006. Breeding Field Crops, 5th Edition,
Blackwell Publishing, 424 p.
154
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 14.
Producción de semilla de cultivares mejorados
INTRODUCCIÓN
El empleo de semillas de alta calidad constituye una de las inversiones con
efecto multiplicador más elevado en la economía. De allí que se dedique
tiempo y recursos a la investigación y desarrollo de tecnología en ese campo.
La experiencia demuestra que la industria de semillas no puede desarrollarse
satisfactoriamente sin una legislación adecuada. La legislación cumple la
función de salvaguardia de los intereses de los productores como los de los
usuarios. Sin embargo esta es motivo de constantes revisiones pues la calidad
es relativamente mas difícil de controlar en semillas que en otros artículos, ej.
la pureza genética, el vigor, % de germinación, etc. son factores que requieren
instrumental, tiempo y personal calificado.
Las semillas son el potencial genético para la producción de mayores
cosechas, y el agente de cambio en las situaciones de producción agrícola,
serán éstas favorables o no. De ahí que las semillas no sean solamente algo
que los agricultores siembran. Para que la semilla sea esa fuerza de cambio,
deben existir programas de producción y suministro constante de semillas.
La investigación sobre el mejoramiento genético de los cultivos que resulta de
mejores variedades e híbridos es la base de un exitoso programa de semillas
Ley de semillas y creaciones fitogeneticas
En Argentina la producción y el comercio de semillas está legislado mediante la
Ley de Semillas y Creaciones Fitogenéticas, ley Nº 20.247 donde se consagran
tres finalidades básicas:



Promover una eficiente actividad de producción y
comercialización de semillas.
Asegurar a los productores agrarios la identidad y la calidad en la
simiente que adquieren.
Proteger la propiedad de las creaciones fitogenéticas.
En su artículo 9 la ley establece que la semilla expuesta al público o entregada
a usuarios a cualquier título debe estar debidamente identificada. A su vez, en
este artículo se especifica que datos se debe indicar en los rótulos del envase
de esta clase de semilla (por ejemplo: nombre y dirección del identificador de
la semilla y su número de registro, nombre del cultivar y pureza varietal del
mismo si correspondiere, en caso contrario deberá indicarse la mención
“Común”; procedencia, para la semilla importada; “categoría” de la semilla si la
tuviere).
La autoridad de aplicación es el INASE (Instituto Nacional de Semillas).
Comprende la legislación de comercio de semillas, cuyo propósito general es la
protección del usuario, a través de la veracidad de los rótulos, registro de
155
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
variedades, clases y categorías de semillas, certificación, registro de
productores y comerciantes.
Clases y categorías de semillas
Clase Identificada
Es la que expuesta al publico o entregada al usuario deberá estar identificada
en el rotulo con las indicaciones que establece la ley en su artículo noveno.
Puede ser:
*
*
Común: cuando no se debe mencionar el nombre del cultivar.
Nominada: debe expresarse el nombre del cultivar.
Clase Fiscalizada
Es la que además de cumplir son el artículo noveno y demostrado su buen
comportamiento en ensayos probados oficialmente, es sometida a control
oficial durante su ciclo de producción.
Comprende las categorías:
*
*
*
*
Original (básica o fundacional)
Certificada de primera Multiplicación (Registrada).
Certificada de otros grados de multiplicación
Híbrida
Registros
Existen distintos Registros a fin de cumplimentar con las finalidades de la ley
dispuestas en su artículo 1º. Ellos son:

Registro Nacional del Comercio y Fiscalización de Semillas: deberán
inscribirse las personas que importen, exporten, produzcan semilla
fiscalizada, procesen, analicen, identifiquen o vendan semilla.

Registro Nacional de Cultivares en el que se inscribirá todo cultivar que
sea identificado por primera vez.

Registro Nacional de la Propiedad de Cultivares: tiene como fin proteger
el derecho de propiedad de los creadores y descubridores de nuevos
cultivares.
Éste último registro es el que otorga el título de propiedad a los obtentores.
Dispone la ley que hasta que el título de propiedad no sea otorgado, el cultivar
respectivo no podrá ser vendido ni ofrecido en venta.
156
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Etapas en la producción de semillas
Criaderos y semilleros.
Tanto el criadero como el semillero estarán a cargo de un ingeniero agrónomo,
la diferencia es que en el criadero se obtiene la semilla básica de la nueva
variedad, y queda a cargo del semillero la multiplicación de la misma, todo bajo
control de calidad (pureza), a cargo del profesional.
Existen actualmente unos 100 criaderos inscriptos, pero solo unos 30 activos,
casi todos Asociados a la Asociación de semilleros argentinos (ASA) y a la
asociación argentina de la protección de las obtenciones vegetales (ARPOV).
Hay entre 600-800 semilleros inscriptos y alternativamente activos y cerca de
4000 comerciantes de semillas.
La suma de actividades necesarias para desarrollar, producir y difundir semillas
mejoradas consta de:





Obtener una nueva variedad a través del Mejoramiento vegetal.
Producción de semilla genética y básica.
Producción de semilla comercial
Procesamiento industrial.
Mercadeo.
Cada etapa requiere de capacidades bien diferenciadas, debe contarse con
aptitudes administrativas, financieras, técnicas y de mercadeo de alto nivel
combinadas en posiciones claves para la empresa.
Desarrollo, evaluación y caracterizacion
La utilidad de una descripción varietal se puede determinar por la precisión que
requieran los objetivos de sus usuarios. Para los estudios genéticos y
evolutivos que se realizan básicamente en los bancos de germoplasma, es
necesaria una descripción exhaustiva del material. La descripción varietal
empleada por los fitomejoradores con fines de promoción comercial, en
cambio, solo necesita realzar las características de interés agronómico y
comercial de importancia para el agricultor. Entre estos dos extremos se
encuentra la descripción varietal que se utiliza en la industria de semillas, cuyos
objetivos son controlar las purezas genética y física de cada variedad e infundir
credibilidad en el comercio de semillas. Los caracteres varietales deben
contribuir a satisfacer tres funciones específicas. De acuerdo con la definición
de variedad: una subdivisión de una clase que es diferente, uniforme y estable.
Diferente en el sentido de que la variedad se puede identificar por una o mas
características morfológicas, físicas o de otro tipo que la distinguen de otras
variedades conocidas; uniforme, en el sentido que se puede describir la
variación de las características esenciales y típicas; y estable, por cuanto la
variedad permanecerá sin cambios y tendrá un grado razonable de
confiabilidad. Para cada especie y aun para cada variedad, difieren los
caracteres varietales que pueden determinar la identidad, la uniformidad y la
157
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
estabilidad, lo importante es que la descripción registrada sea útil para definir
en cada caso estas funciones.
Descripción del Fenotipo
La descripción varietal se hace en el fenotipo observado de las plantas de una
variedad y depende del potencial genético (genotipo) de cada planta y de su
expresión (fenotipo) acorde con los efectos ambientales presentes. Por tanto,
se debe conocer la manifestación de un fenotipo para tratar de diferenciar las
variaciones debidas a los efectos genéticos de aquellas que ocurren por
efectos ambientales, que no se pueden eliminar. Se pueden describir los
efectos que determinan el fenotipo de una planta (individuo) de la siguiente
manera:
F = G + A + GA
Donde:
F = fenotipo
G = genotipo
A = ambiente
GA = interacción genotipo ambiente
Para mantener la pureza varietal, interesa principalmente el componente
genético o genotípico (G), ya que los efectos ambientales (A), no se transmiten
por semilla. Por ejemplo, una segregación genética será el resultado de un
efecto debido a cambio en el genotipo; un efecto ambiental modificara el
fenotipo pero no el genotipo. Es necesario por lo tanto, identificar las causas de
las variaciones observadas entre plantas, ya que si aquellas se deben a efectos
ambientales no se pueden considerar las plantas diferentes como plantas fuera
de tipo.
La pureza varietal no infiere necesariamente homogeneidad total de tipos;
supone más bien, la identificaron de ámbitos o de variaciones que resulten, del
trabajo de mejoramiento momento de liberar la variedad. Aun en caracteres de
interes agronomico o comercial, es posible que el fitomejorador haya permitido
alguna variación genética, la cual también deberá identificarse correctamente y
cuantificarse en la frecuencia en que se deben aceptar.
Caracteres descriptivos
En los caracteres descriptivos deben diferenciarse los que son fijos de los
variables. Los fijos dependen generalmente de uno o pocos genes que
determinan una característica de distribución discreta, es decir, de fácil
diferenciación entre las posibles alternativas fenotípicas, como por ejemplo, el
color de la flor, color de granos, presencia de aristas. Los caracteres
determinados por este mecanismo se denominan cualitativos y las
modificaciones que experimentan por acción del medio ambiente son pocas.
158
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Por el contrario, los caracteres descriptivos variables dependen generalmente,
de un número mayor de genes y se manifiestan genotípicamente como una
distribución continua donde aparece un ámbito variable en la expresión
fenotípica. Estos caracteres reciben el nombre de cuantitativos y son más
afectados por el medio ambiente. Ejemplo de ello son: la altura de planta, largo
de guías, número de granos.
La pureza varietal no indica necesariamente homocigosis o uniformidad total
entre las plantas; lo que en realidad quiere decir es que la semilla multiplicada
reproducirá fielmente el fenotipo característico de la variedad. Por ejemplo, si
una variedad de maíz de grano amarillo segrega un 2 % de granos blancos y el
fitomejorador, al liberar la variedad, no considera esto una limitación, la
descripción varietal debe incluir esta desviación como aceptable, y su
persistencia dentro del porcentaje tolerado en las nuevas generaciones, no se
considerara como impureza.
Las plantas observadas en el campo que no se ajustan a los caracteres tal
como aparecen en la descripción varietal incluyendo su variación aceptada
constituirán el grupo de plantas fuera de tipo o contaminantes, que deben
eliminarse en los incrementos de semilla y considerarse en las tareas de
inspección durante la producción y comercialización.
Es muy importante el muestreo de las plantas en las cuales se harán las
observaciones varietales y su medición, muestreo que debe hacerse
aleatoriamente en poblaciones sembradas en condiciones y lugares típicos de
la región en donde se recomienda la variedad.
Elaboracion de la descripcion varietal
El fitomejorador debe hacer la descripción varietal durante todo el desarrollo de
las plantas que conforman la variedad, tomando para ello muestras aleatorias
en el momento de liberar la variedad para su producción comercial. La
precisión de esa descripción esta en función del número de localidades y
fechas en que se describe la variedad; esto se hace con el fin de permitir una
máxima exposición a los efectos ambientales variables. Por lo tanto se
recomienda repetir cuanto sea posible estas descripciones para ajustarlas a los
valores más reales, ante el supuesto de que los efectos ambientales tiendan a
compensarse.
Los encargados de multiplicar semilla genética y básica pueden y deben tomar
datos complementarios y repetirlos periódicamente, para que se familiaricen al
máximo con la descripción de la variedad. Para lograr una mayor confiabilidad
de la descripción varietal se debe prestar atención especialmente a: el numero
optimo de individuos para que debe describirse y el coeficiente de variación del
carácter medido. Según aumenta el número de observaciones, el CV tiende a
reducirse, por lo que el numero optimo de individuos para definir un carácter
deber coincidir o aproximarse, al número donde el CV se estabiliza.
159
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Purificacion varietal.
Generalmente se piensa que cuando el fitomejorador ha liberado un material
nuevo, ello representa el final de su actividad y marca el principio para la acción
del especialista en producción de semillas. Sin embargo, existen una serie de
factores que hacen imprescindible la intervención de las personas que
estuvieron íntimamente relacionadas con la liberación del material:
1. La cantidad de semilla que el fitomejorador entrega al encargado de
incrementar los materiales, es frecuentemente mínima.
2. Los incrementos sucesivos ponen en peligro la perdida de la identidad
varietal, sobre todo en materiales de polinización cruzada, por lo que,
3. La presencia del fitomejorador o de sus asistentes en las prácticas de
depuración son imprescindibles.
A pesar de todas las precauciones y controles para lograr la pureza genética y
física en la producción de semillas, a veces suceden contaminaciones
involuntarias, el material todavía segrega plantas indeseables, e incluso se
requiere alguna selección correctiva. Cuando esto sucede, es necesario
realizar una siembra para confirmar y/o recuperar la purificación varietal,
mediante la observación critica de la progenie de una muestra de cada lote de
semillas sobre la base de la descripción varietal. Esto es particularmente
importante en semilla genética y básica y debe constituir una práctica rutinaria
en los programas de producción de semillas mejoradas, tanto oficiales como
empresas privadas. Estos lotes reciben el nombre de parcelas de verificación
genética.
Producción de Semilla
Cuando se ha logrado el cultivar deseado es necesario producir una cantidad
adecuada de semilla la cual será reproducida para la producción comercial de
la nueva variedad. Esta semilla es generalmente denominada Semilla del
Mejorador, cuya producción es, generalmente, responsabilidad del mejorador
más que del productor o comerciante de semillas. Es vital que el mejorador
produzca semilla pura, libre de contaminación e impurezas y de óptima calidad.
Esta Semilla del Mejorador es reproducida para obtener la Semilla de
Fundación la que es utilizada para producir los diferentes niveles de Semilla
Registrada o Certificada, la cual es vendida a los agricultores.
Producción de Semillas en Especies Autógamas.
Producir una semilla de calidad de una línea pura, es similar a los esquemas de
mejoramientos aplicados para la obtención de la variedad. Básicamente existen
dos métodos de producción de Semilla del Mejorador: el masal y el de
progenie.
160
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Método Masal
Es el método más simple y de menores recursos, se toma una muestra de
semilla de la línea a reproducir y se siembra para obtener la Semilla del
Mejorador. En un solo año se puede obtener la reproducción de la semilla. La
falta de uniformidad y problemas con la pureza genética, constituyen sus
principales desventajas.
Método Progenie
Estos esquemas son similares a los esquemas de selección en bulk o masal y
el de pedigrí vistos oportunamente al tratar los métodos de selección en plantas
autógamas. Un número determinado de plantas son elegidas a partir de líneas
avanzadas homocigotas. La semilla de cada planta cosechada en forma
individual son sembradas al año siguiente en surcos progenies. Se verifica la
uniformidad y presencia de plantas fuera de tipo y de acuerdo a esto se
descartan surcos o progenies enteras. Los surcos restantes son cosechados
individualmente y esta semilla será utilizada para sembrar parcelas progenies
mas grandes al siguiente ciclo. Se repite la verificación de uniformidad y se
inspecciona por progenies que manifiesten plantas no pertenecientes al tipo
varietal. A la cosecha los surcos remanentes son recolectados en masa para
obtener la Semilla del Mejorador. La ventaja de este método es su control por
parte del mejorador lo que resulta en una mayor uniformidad y pureza del
nuevo cultivar. Las desventajas son un mayor tiempo en obtener la semilla y el
empleo de mayores recursos.
Producción de Semillas en Especies Alógamas
Poblaciones de polinización libre
La producción de semillas de poblaciones de libre polinización comprende la
toma de una muestra de la población a reproducir y, teniendo en cuenta que
son especies alógamas, se la siembra en condiciones de estricto aislamiento
de otras fuentes de polen. En maíz, por ejemplo, se recomienda una distancia
mínima de 400 m entre campos de reproducción, sin embargo, esta distancia
puede ser mayor si los campos se hallan en la misma dirección de los vientos
dominantes. Además hay que considerar la existencia de barreras naturales,
orografía, etc., en caso de especies polinizadas por insectos, por ejemplo
alfalfa, las distancias estarán en función del radio de alcance del insecto.
En el caso que la variedad esté compuesta por un número determinado de
progenies (medios hermanos, hermanos completos o progenies de
autofecundación) se pueden emplear algunas opciones para su
intercruzamiento y obtener la Semilla del Mejorador. La primera es
simplemente sembrar las progenies en aislamiento y permitir su libre
polinización. Una segunda alternativa es sembrar las progenies y, en surcos
alternos, por ejemplo, cada 2 o 3 progenies sembrar una mezcla de todas las
progenies. Antes de panojamiento se eliminan la panojas de las plantas de las
progenies. Una tercera alternativa es sembrar las mezclas de progenies y
despanojar surcos alternos. Estas dos últimas alternativas impiden la
161
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
autofecundación de las plantas maximizando el intercruzamiento entre
progenies.
Variedades Sintéticas
Para producir semilla de una variedad sintética los parentales selectos pueden
intercruzarse del mismo modo que el descripto para una variedad de
polinización libre. Esto puede realizarse mediante polinización manual con el
objetivo de cruzar cada padre con todos los otros (dialélico). Si el número de
padres es muy elevado o la polinización es dificultosa puede emplearse una
policruza. Este bloque de cruzamientos debe realizarse en completo
aislamiento. En caso de alfalfa para la producción de semilla se introducen
abejas para favorecer la polinización entre los clones. La semilla recolectada
será denominada Sintética-1 (Sint-1). La semilla de la Sint-1 es sembrada y
mediante polinización libre se obtiene la Sint-2, y así también se obtiene la Sin3, etc. La Sint-1 correspondería a la Semilla del Mejorador, la Sin-2 a la semilla
de fundación y la Sin-3 a la semilla certificada.
Híbridos
Como las líneas endocriadas parentales de los híbridos son líneas homocigotas
su semilla se incrementa de la misma forma que para una línea pura de una
especie autógama. La precaución es, obviamente, el aislamiento para impedir
la contaminación con polen extraño.
Con respecto a la producción de semilla híbrida, el principal aspecto es
producir la semilla con los menores costos posibles, por ejemplo determinar la
cantidad de surcos con líneas productores de semillas con relación a las
polinizadoras (Tabla 1). Para llevar a cabo esto se dispone de cuatro métodos
para la producción comercial de semilla híbrida.
1. Polinización manual
Si las flores son hermafroditas es necesario la emasculación y posterior
polinización manual o natural. En plantas dioicas simplemente se protege la flor
femenina mediante bolsas especiales y luego se efectúa la polinización
manual. La principal desventaja de este método es el costo en mano de obra y
su eficiencia depende del número de semillas producida por cada polinización.
Ejemplos de especies que se puede utilizar este método son tomate, pimiento,
papa y maíz.
2. Machoesterilidad Génica
La principal desventaja de este sistema es el carácter recesivo para su
expresión, impidiendo la auto reproducción de la línea madre. Esto requiere un
mantenedor heterocigota y además sería necesario identificar las plantas
fértiles de la estériles antes de floración, lo que demandaría un marcador
genético. Además este tipo de esterilidad es dependiente de cambios
162
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
ambientales. Se ha probado con distinto éxito en tomate, algodón, zanahoria,
girasol y cebada.
Tabla 1. Relación entre el número de líneas productoras de semillas y las
polinizadoras para la producción de semilla híbrida en diferentes cultivos.
Cultivo
Línea productora de
semilla
Línea polinizadora
Sorgo
3
1
Maíz
2/4
1
Girasol
2/7
1
Trigo
1/3
1
3. Autoincompatibilidad
Se siembran surcos intercalados de plantas autoincompatibles, pero
compatibles entre ellas. Toda la semilla producida en los surcos será semilla
híbrida. Los problemas con este método comprenden la necesidad de romper
la incompatibilidad para la reproducción de cada línea parental y por otra parte
la dependencia ambiental de este sistema. Como ejemplos se cuentan híbridos
en especies hortícolas, en colza y en girasol.
Producción de Semilla Híbrida en Especies Autoincompatibles

Siembra de surcos alternados con las líneas parentales

La producción de polen de cada padre determinará la cantidad de surcos a
sembrar de cada uno: ej. 1:1, 2:1; 3:1, etc.

Si se recolecta semilla sobre ambos padres la relación 1:1 es la más
aconsejable.

Si una de las líneas posee alelos S “débiles”, o es muy sensible al
ambiente, la que posee alelos S “fuertes” debería superar en número a la
anterior.

Si un solo padre es cosechado la relación de líneas y polinizador es
modificada por las condiciones ambientales del sitio de producción (estrés,
condiciones no estables, etc.)
163
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos

La producción de semillas en combinaciones híbridas, aún en condiciones
óptimas, es menor que en variedades de polinización libre. Porcentajes de
20 - 30 % en repollo son reportadas como promedio.

En muchas de las especies la transferencia de polen es realizada por
insectos, por lo tanto, las condiciones que alteran su comportamiento,
alterarán la producción de semillas.
4. Machoesterilidad Citoplásmica-Génica.
Este tipo de esterilidad es de amplia ocurrencia y puede ser introducido en
genotipos adaptados mediante retrocruza. Necesita de genes restauradores de
la fertilidad lo cual puede constituir un problema por el número de genes
necesarios para la completa restauración de la fertilidad en el híbrido. Otro
problema es que el citoplasma estéril ha causado efectos nocivos sobre el vigor
de las plantas. También hay que considerar el costo de mantener las líneas
necesarias para el mantenimiento del sistema de machoesterilidad (Tabla 2). Si
el cultivo es polinizado por insectos, las plantas estériles pueden no ser
visitadas por el insecto, que preferirá aquellas con polen, o sea el macho.
Ejemplos de su empleo exitoso se han reportado en cebolla, zanahoria,
remolacha azucarera, maíz y sorgo.
Tabla 2. Número de parcelas necesarias para la producción de diferentes tipos
de híbridos en maíz, incluyendo la reproducción de las líneas parentales,
considerando empleo de la emasculación manual y esterilidad.
Híbrido
Emasculación Manual
Empleo de Esterilidad
Simple
3
4
Simple
Modificado
5
6
Triple
7
6
Triple
Modificado
7
9
Doble
7
9
Producción de Semillas en Plantas Asexuales
La semilla de las plantas de propagación asexual difiere de la verdadera
semilla de las especies sexuales. El principal problema de la propagación por
órganos vegetativos, además de su laboriosidad, es evitar la propagación de
164
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
enfermedades a través de los distintos sistemas de reproducción: bulbos,
esquejes, acodos, yemas, etc. Para evitar esto se emplea la propagación o
multiplicación in vitro, la cual permite un rápido incremento de los clones y su
mantenimiento libre de enfermedades. Como contrapartida, no todas las
especies pueden ser propagadas fácilmente in vitro (por ejemplo las especies
arbóreas).
Determinación de volúmenes de semillas
Para determinar la cantidad de semilla requerida para la producción de un
número dado de plantas, deben considerarse la especie, la procedencia y el
año de colecta; igualmente, se necesitan informaciones sobre el número de
semillas/kg, la pureza y el porcentaje de germinación y, en algunos casos, el
porcentaje de viabilidad en el cálculo, ya que las semillas vanas son extraídas
antes del ensayo de germinación
Cuando se requiere producir semilla para llegar a determinado volumen es
necesario conocer:
Rendimiento de la línea madre o productora de semillas
La Densidad de Siembra
El porcentaje de pérdidas
Si es es una semilla F1 a producir la relación entre surcos madre y surcos del
polinizador (1:1, 2:1, 3:1, etc.).
Volumen a mantener como reserva para futuras reproducciones.
Todos estos requerimientos son necesarios en la planificación de la producción
de semilla de cualquier categoría. En base a ellos se podrá conocer la
cantidad de hectáreas necesarias para la producción de determinado volumen
de semilla.
Derechos de los obtentores
Los derechos de Propiedad Intelectual establecen normas para el control de las
variedades creadas por el mejorador y varían de acuerdo a cada país.
Usualmente rigen por un período de 15 a 20 años de acuerdo a la UPOV. En
Argentina el título de propiedad sobre un cultivar es otorgado por un plazo
máximo de 20 años. El derecho de propiedad de un cultivar inhibe a un tercero
a explotarlo a título particular. En el caso de un cultivar extranjero, el
representante legalmente autorizado y con domicilio en la Argentina es el
autorizado para solicitar el título de propiedad, y éste será concedido siempre
que el país donde fue originado reconozca similar derecho a las creaciones
fitogenéticas argentinas.
165
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
La creación de la legislación es un estímulo para la industria privada y asegura
un retorno a la investigación, pero por otra parte esta legislación protectora
puede traer consecuencias sobre la disponibilidad de los recursos genéticos
como restricciones en el intercambio de germoplasma, y una menor tendencia
de los mejoradores a ceder germoplasma para investigación. La Argentina ah
sido uno de los primeros países de América del sur en establecer la producción
de semilla a nivel público y privado y la creación de programas de certificación
de semillas (Tabla 3).
Tabla 3. Cronograma del desarrollo de la industria de semillas en cinco países
de América Latina
Iniciación del
Mejoramiento Vegetal
Iniciación de la
producción de semilla por
el
sector público
Iniciación de la industria
privada
Arribo de compañías
multinacionales
Creación de programas
de certificación de
semillas
Argentina
Chile
Colombia
México
Uruguay
1912
(Trigo)
1925
(Trigo)
1950
(Maíz, Papa)
1932
(Maíz,
Trigo)
1912
(Trigo)
1920
1940
1930
1947
1935
1919
(Trigo)
1936
1960
1960
1970
1950
(Maíz) 1970
(Girasol)
1956
1975
1960
-
1935
1943
1966
1961
1964
Bibliografía
Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las plantas. Ed.
Omega, Barcelona, 498 pp.
166
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Tabla 3. Algunos ejemplos de cultivares inscriptos en el Registro Nacional de
Cultivares de Argentina.
Especie
Alfalfa
Algodón
Almendro
Arroz
Avena
Buffel Grass
Cebada
Cebolla
Centeno
Cerezo
Colza
Duraznero
Frutilla
Garbanzo
Girasol Híbrido 3 líneas
Girasol Híbridos Simples
Girasol Variedades
Maíz Dulce
Maíz Forrajero
Maíz Híbrido Tres Líneas
Maíz Híbrido Dobles
Maíz Híbrido Simples
Maíz Híbridos Intervarietales
Maíz Variedades
Maíz Pisingallo
Maní
Manzano
Naranjo
Papa
Soja
Sorgo Forrajero Híbrido
Sorgo Granifero
Trigo Fideos
Trigo Híbrido Pan
Trigo Variedades
Triticale
N° de Cultivares
Inscriptos
140
22
5
31
46
5
34
13
23
6
23
5
19
3
76
67
10
15
1
147
151
100
6
29
4
13
27
22
35
207
240
262
10
7
106
12
167
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Unidad 15.
Biotecnología
Biotecnología
La manera tradicional de asumir la mejora genética es, básicamente, cruzar
genotipos seleccionados y a través de los distintos métodos de selección
obtener recombinantes superiores que darán lugar a nuevos cultivares. Sin
embargo, existen una variedad de técnicas que han sido y lo continuaran
siendo de gran ayuda al mejoramiento tradicional. Estos procedimientos
incluyen técnicas de cultivo de tejidos que han sido de gran utilidad para
generar variación, permitir la transferencia entre especies distantes,
seleccionara genotipos con ayuda de marcadores moleculares y obtener
cultivares con características únicas como la resistencia a herbicidas.
Cultivo de Tejidos
La capacidad de regeneración a partir de células somáticas de plantas fue un
hecho reconocido ya a principios del siglo XX. Haberlandt en 1902, citado por
Borojević (1990), puntualizó la posibilidad de obtener plantas mediante el
cultivo de tejidos.
Definición
Técnica mediante la cual un explante se cultiva asépticamente en un medio de
composición química definida y en ambiente controlado.
Aplicaciones








Producción Comercial
Saneamiento de Cultivares
Conservación de Germoplasma
Obtención de Variación Somaclonal
Rescate de Embriones
Obtención de Híbridos Somáticos
Obtención de Haploides
Transformación de Plantas
Hibridación interespecífica e intergenérica
Introducción
El empleo más frecuente de la hibridación interespecífica e intergenérica es
para la introducción de genes de especies silvestres en especies cultivadas.
Las especies silvestres o salvajes, han evolucionado durante cientos de años,
estando expuestas al ataque de patógenos, insectos y soportando cambios
168
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
bruscos en las condiciones ambientales. Como resultado de esta presión de
selección, han desarrollado mecanismos de resistencia y/o tolerancia, que,
sumado a grandes diferencias en suelos, altitud, clima resultaron en una gran
variabilidad genética.
El ciclo de siembra - recolección - siembra, conjuntamente con la selección por
el hombre transformó, a través de los años, estos grupos de individuos en los
actuales cultivares. Los trabajos de Mendel y el advenimiento del mejoramiento
vegetal incrementaron notablemente las características deseables de las
especies, resistencia a enfermedades, mayores rendimientos, adaptación, etc.
De este germoplasma, mediante cruzamientos y selección, los mejoradores de
plantas utilizaron la variabilidad existente para obtener nuevos cultivares. La
variabilidad original se redujo y, con el paso del tiempo, los cultivos aumentaron
su homogeneidad.
El empleo de toda la tierra capaz de sustentar cultivos productivos hizo que
muchas de las especies salvajes se perdieran. Esto motivó que, cuando un
cultivar moderno mostraba una susceptibilidad a una determinada enfermedad,
insecto ó condiciones ambientales extremas, se recurra a sus ancestros a fin
de hallar en ellas soluciones a los problemas actuales. Es decir se trata de
recuperar la variabilidad perdida.
Antes que un grupo de individuos pueda ser convenientemente explotado, las
disponibilidades de material y sus relaciones deben ser bien comprendidas.
Desde Linneo, las plantas han sido agrupadas en taxones de acuerdo a
diferencias morfológicas. Pero, cuando analizamos las especies en función de
su compatibilidad en cruzas y la fertilidad de su descendencia, resultan estar
emparentadas especies que morfológicamente pueden estar distantes.
Debido a lo anterior se ha desarrollado el concepto de Especie Biológica, que
comprenden aquellas especies que son compatibles en cruzas.
Para describir más adecuadamente el germoplasma disponible para
hibridación, Harlan y De Wet (1971) idearon un concepto de germoplasma ó
pozo génico con los grupos de taxa compatibles.
Definieron tres pozos génicos:
I.
Se incluyen aquí todas las especies que se hibridan libremente,
producen descendencia viable, sus cromosomas se aparean
regularmente e intercambian sus genes.
II.
Agrupa aquellas ssp que pueden ser usadas como fuentes de
germoplasma, pero los híbridos son difíciles de obtener debido a
diferentes niveles de ploidía, alteraciones cromosómicas ó
barreras genéticas a la hibridación. Existe también, un cierto
grado de esterilidad en la primera generación (F1) de los híbridos.
169
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
III.
Los miembros de este grupo son difíciles de hibridar y sus
individuos a menudo pertenecen a distintos géneros. Las cruzas
se pueden efectuar a altos niveles de ploidía, existen altos niveles
de esterilidad en las progenies. La fertilidad puede ser restaurada
pero usualmente el porcentaje de zigotos viables es bajo.
Barreras a la Hibridación
El proceso de especiación conduce al desarrollo de mecanismos de
aislamiento que mantienen la integridad de la especie restringiendo el flujo de
genes de una especie a otra. Podemos definir especie como un conjunto de
individuos que comparten un conjunto de genes. La distinción entre especies
se produce cuando el intercambio genético entre individuos cesa. El mejorador
trata de romper esas barreras, aunque sea temporariamente, para combinar
especies o géneros distintos y obtener descendencia fértil. Generalmente se
puede dividir las barreras a la hibridación en internas y externas.
Barreras externas: diferencias en el tiempo y la duración de la floración,
susceptibilidad al fotoperíodo y al frío. Esto se puede solucionar mediante
tratamientos que modifiquen la extensión del día y/o la temperatura. Se puede
prolongar el período de floración mediante injertos, por ej. Solanum en
Lycopersicum.
Barreras internas: autoincompatibilidad, diferencias en cruzas recíprocas,
niveles diferentes de ploidía, degeneración del endosperma, muerte de
embriones, eliminación de cromosomas.
Manipulacion del material
Comprende la metodología a seguir para tratar de salvar las dificultades a la
hibridación entre especies comerciales y silvestres.
Hibridación directa
3.1.1 Igual número cromosómico: las posibilidades de conseguir
éxito en la cruza son elevadas.
3.1.2 Distinto número cromosómico: a diferentes niveles de polidía
de los taxones, los híbridos interespecíficos son difíciles de obtener. Muchas de
las plantas cultivadas son poliploides: trigo, algodón, papa, caña de azúcar, etc.
Los parientes silvestres de éstas tienen generalmente un número cromosómico
más bajo, por lo que se encuentran distintos niveles de fertilidad según la cruza
a realizar. Para solucionar esto se emplean cuatro metodologías distintas
(Hadley and Openshaw, 1980):
a) Hibridación directa. Es el método más común para la
cruza: sp comercial poliploide x silvestre diploide.
170
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos

La F1 parcialmente estéril resultante es tratada con colchicina a fin de
lograr un apareamiento satisfactorio entre los genomios.

Los triploides resultantes también pueden producir hexaploides a partir
de gametas no reducidas.

La retrocruza de el hexaploide con uno de los padres es un método de
fijar los genes en la progenie.
El éxito depende del nivel del apareamiento cromosómico y de cuantas
sustituciones a nivel de cromosoma puedan tolerar las especies comerciales.
b) Duplicación del número cromosómico de la especie
silvestre antes de la hibridación. Se basa en la producción de autotetraploides ó
anfidiploides en la especie salvaje antes de cruzarla por una especie poliploide
comercial.
Ventaja: Se eliminaría la esterilidad de los triploides.
Desventaja: Los auto ó anfidiploides no siempre son vigorosos ó fértiles, por lo
tanto es necesaria una selección anterior. Ejemplo: Nicotiana.
c) Duplicación del número cromosómico de la especie
comercial. Se trata de evitar el tratamiento posterior con colchicina. La progenie
resultante se retrocruza necesariamente con la especie cultivada. Ejemplo:
Nicotiana
d) Reducción del número cromosómico de la especie
poliploide. Es más problemático, se basa en la obtención de haploides y
duplicarlos para cruzarlos con las especies silvestre.
3.1.3 Genomios básicos distintos. Se utilizan técnicas de
sustitución y adición de líneas, inducción de translocaciones, etc.
Cruzas Puente.
Cuando es imposible la transferencia por métodos directos se han utilizado las
llamadas cruzas puente. Este método trabaja solo en condiciones especiales: A
cruza bien con B pero no con C, por ejemplo para transferir resistencia a
Cercosporella (eyespot) del Aegilops ventricosa (resistente) al trigo pan, T.
aestivum (susceptible):
Este tipo de cruza tiene algunas desventajas:




Metodología complicada
Selección del carácter dificultosa.
Sólo efectiva para monogenes dominantes
Se debe efectuar una buena evaluación de los cruzamientos, pues la
probabilidad de perder los genes deseados es muy alta.
171
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
1° Etapa
Triticum
turgidum
x=7, 4x
X
Aegilops
ventricosa
x=7, 2x
F1
2° Etapa
Triticum
aestivum
x=7, 6x
X
F1
3° Etapa: se continúa con la retrocruza por T. aestivum
Figura. Introducción de resistencia al trigo mediante una cruza puente
3.3 Manipulación Cromosómica
3.3.1 Líneas de Adición y Sustitución.
Las líneas de adición y sustitución han tenido generalmente poco valor
comercial. Los univalentes ó bivalentes extra de una especie salvaje ó cultivada
tienen efectos adversos sobre la fertilidad. Las especies poliploides usualmente
toleran mejor los cromosomas extras que las especies diploides ("buffering"),
pero el delicado balance del complejo génico a menudo es perturbado. Una
excepción es el género Saccharum, donde la adición de cromosomas de una
especie salvaje a la sp Saccharum officinarum L. (2n=80), es común en la
mejora de esta sp. La sustitución de cromosomas, en algunos casos, tiene
efectos menores sobre la expresión fenotípica comparada con la adición. El
valor de la sustitución depende de:
# La naturaleza del carácter a transmitir
# Ligamientos no deseados
# Divergencia entre la sp cultivada y la silvestre
Se realiza en especies de las cuales se posee un extenso conocimiento de su
citogenética. Se ha empleado en la transferencia de resistencia a la roya desde
Agropyron a Triticum aestivum.
3.3.2 Translocaciones
Cuando las sp a cruzar poseen cromosomas no homólogos y cuando la
sustitución no es factible. Sears (1956) reportó el uso de translocaciones para
transmitir resistencia a roya de Aegilops umbellulata hacia Triticum aestivum,
con la ayuda de radiación y posterior transferencia del segmento de
cromosoma que lleva los genes para resistencia.
172
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
3.3.3 Control del Apareamiento Cromosómico.
Es una manipulación a nivel de cromosomas para facilitar el apareamiento de
cromosomas no homólogos.
3.4 Manipulación Fisiológica.
3.4.1 Cultivo de Embriones.
Aún cuando una cruza produzca un zigoto viable, interacciones de
incompatibilidad a nivel génico pueden impedir el normal desarrollo del embrión
ó del endosperma. Las técnicas de cultivo de órganos son usadas para proveer
el medio adecuado al embrión para su crecimiento y desarrollo. Se trata de
reemplazar la función que normalmente debería cumplir el endosperma en los
cereales y los cotiledones en las dicotiledóneas.
Triticum sp
x=7, 2-6x
x
Hordeum
x=7, 2-6x
F1
La F1 es tratada con ácido giberélico hasta 10 días y luego se remueve el
embrión para su traslado a un medio artificial.
4. Desarrollo de Variedades
Aunque en muchos casos exitosa, la transferencia génica entre especies
distantes por métodos sexuales es laboriosa y con un alto costo de tiempo y
recursos. Antes de que el cultivar llegue a producción comercial existen
algunos problemas:

Luego de seis generaciones de retrocruza seguida a una transferencia
intraespecífica, el natural proceso de recombinación frecuentemente no
separa genes fuertemente ligados. De lo anterior se desprende que
genes que afecten alguna cualidad pasan junto con los genes deseados.

Si el gen deseado es al fin aislado, su comportamiento y expresión
pueden ser impredecibles.
5. Transferencia mediante métodos no sexuales
El desarrollo de estos métodos ha sido posible debido a que células, órganos y
tejidos pueden ser cultivados “in Vitro”. El éxito de esta metodología depende
de la habilidad para producir plantas totalmente diferenciadas a partir de tejidos
ú órganos no sexuales.
173
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
5.1 Fusión de Protoplastos
La fusión de protoplastos provee un medio de combinar genomios de especies
distantes genéticamente. Se emplean células desprovistas de su pared celular
ó protoplastos. Estos protoplastos son inducidos a fusionarse mediante
diversas técnicas. Se obtiene una mezcla de los genomios nuclear y de las
organellas. Esta mezcla puede segregar en diferentes vías. El híbrido somático
resultante es cultivado in vitro para producir callos a partir de los cuales se trata
de regenerar la planta completa. Es factible obtener híbridos nucleares
simétricos y combinaciones de los genomios de las organellas en diferente
proporción de cada padre.
Técnicas




Fusión espontánea, luego de la remoción de la pared celular originando
cuerpos multinucleados.
Centrifugación a bajas r.p.m.
PEG con la mezcla de protoplasma, actúa como un puente molecular.
Impulsos eléctricos.
Objetivos




Combinar cromosomas de especies incompatibles
Introducir el genomio de una sp. dentro del citoplasma de otra.
Obtener un citoplasma “mezclado”, con organellas, cloroplastos y
mitocondrias, de ambas especies. Esto se denomina Cíbrido.
Incorporar esterilidad citoplásmica-nuclear. Ej. Nicotiana.
Desventajas:



Frecuente inestabilidad del Cíbrido
Falta de regeneración
Necesidad de repetidas retrocruzas y selección para fijar los caracteres
deseados.
Identificación y Selección de Células Híbridas
Luego de la fusión, después de que las células recobren su pared y se
multipliquen por mitosis, se dispone de un medio con:
a) Células parentales
b) Células heterocarióticas o híbridos
Las células híbridas pueden ser diferenciadas de las otras por selección
basada en la complementación:

Si se fusionan protoplastos con distintos requerimientos para el
desarrollo, se puede identificar lo híbridos al ponerlos en un medio que
174
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
no suplemente esos requerimientos, ej. para obtener híbridos somáticos
autótrofos para auxinas en sp del género Nicotiana.

Fusión de albinos, con alelos recesivos en distinto locus, y posterior
selección para individuos fotosintéticos.
Además, se pueden emplear otras técnicas:

Empleo de marcadores morfológicos en combinación con mutantes
albinos

Selección visual (microscópica) y aislamiento mecánico.

Separación de los heterocariotes por diferencias de densidad bajo
centrifugación.
Regeneración
La habilidad de regeneración a partir de protoplastos parece comportarse como
un carácter dominante en todas las células híbridas que han sido examinadas.
En muchos casos, el híbrido es capaz de regenerarse aún cuando uno solo de
los padres posee esa cualidad.
6. Transferencia génica mediante manipulación directa de DNA
La transferencia de DNA mediante métodos no sexuales hace posible
manipulaciones que están mas alla de las técnicas comunes de la mejora o de
la fusión de células. Lo genomios pueden ser obtenidos de fuentes exóticas:
plantas, animales, bacterias y virus e introducidas en una especie en particular.
6.1 Agrobacterium
Se explota la habilidad natural de la bacteria de suelo Agrobacterium
tumefaciens, de transmitir DNA a un cromosoma hospedante. A. tumefaciens
es un patógeno que transmite un set de genes de una región denominada TDNA (Ti-plasmid) dentro de las células de una planta en los sitios de infección.
El patógeno tiene un amplio rango de hospedantes. El resultado de la
transferencia es un crecimiento tumoroso llamado corona en el cual el T-DNA
es integrado en forma estable dentro del cromosoma huésped. El sitio de
integración es aleatorio. El tumor resulta de la expresión de los genes del TDNA que altera el normal balance de fitohormonas en la célula. La técnica
consiste en eliminar los genes que causan el tumor y reemplazarlos por DNA
que codifique las características deseadas. El período crítico es la recuperación
de una planta completa a partir de una célula transformada.
Se ha empleado con éxito en tabaco, tomate soja y en petunia. Una gran
desventaja es que no es activo en monocotiledóneas.
175
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Aplicaciones más importantes:


Transferencia de genes que anulan el efecto de herbicidas.
Transferencia de genes que codifican proteínas obtenidas de Bacillus
thuringiensis para prevenir el ataque de insectos.
La ventaja de este método es que, luego de una selección para obtener plantas
regeneradas con las características deseadas, estas son predecibles,
heredables y estables.
6.2 Introducción directa de DNA
Es una alternativa para especies que no admiten el empleo de Agrobacterium.
6.2.1 Absorción. Es la absorción por parte de los protoplastos de DNA de un
medio de cultivo con la ayuda de ciertos agentes como el PEG o pulsos
eléctricos.
6.2.2 Microinyección de DNA. Se inmoviliza la célula y mediante micropipetas
se inyecta DNA sin alterar el organismo. Se ha utilizado en alfalfa y en Brassica
napus.
7. Conclusiones
La posibilidad de la transferencia exitosa de ciertos genes de una especie
silvestre a otra cultivada depende del método utilizado, como así también del
grado de parentesco entre las especies. Si existe la posibilidad de elegir la
especie donora del carácter, se debe priorizar aquella mas cerca
filogeneticamente. En orden de prioridad en la elección debe ser: otras
variedades - variedades relacionadas botánicamente - especies ancestrales de
la variedad - especies o géneros que posean uno o mas genomios en común
con el cultivar receptor. A medida que el grado de parentesco entre las
especies a cruzar disminuya, mas complicado será el método a emplear, y las
posibilidades de éxito serán menores.
Teniendo en cuenta los ejemplos mencionados anteriormente y en la tabla 1, el
uso de especies ancestrales o no domesticadas es principalmente para
incorporación de resistencia a enfermedades, sin embargo existen otros
caracteres que fueron mejorados ( Ramanna and Jacobsen, 1993):
Mejora de la Adaptación. En Rusia se ha introducido precocidad en soja,
extendiendo de este modo este cultivo a regiones frías como Siberia. De la
misma manera se ha introducido tolerancia al frío en trigo, centeno y en uvas.
Trabajos en el Centro Internacional de la Papa (CIP) en Perú, han permitido el
cultivo de papa en tierras bajas de los trópicos, donde los anteriores cultivares
no producían tubérculos. En Holanda se esta tratando de incorporar tolerancia
al calor y a menor intensidad de luz, para cultivar tomates en invernaderos,
utilizándose Lycopersicum pimpinellifolium y L. minutum.
176
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Mejora de la Calidad.
Mejor textura en papa a partir de Solanum goniocalyx.
Menor contenido de nicotina en tabaco a partir de Nicotiana debneyi.
Mejor sabor en frutillas a partir de Fragaria vesca.
Alto contenido de proteína en soja, arroz y avena, a partir de especies
silvestres.
Incremento en el Rendimiento. En este aspecto es muy poco lo logrado hasta
el momento, sin embargo existen algunos antecedentes. Se han encontrado
incrementos en los rendimientos en cruzas que, originariamente, fueron
realizadas para incorporar resistencia: en avena cruzada por A. sterilis para
conferir resistencia a roya; en papa con S. vernei, originalmente para
resistencia a nemátodos y con S. demisum para resistencia a Phytophthora.
Caracteres específicos. El carácter espigas ramificadas en trigo y centeno
introducido de especies salvajes.
Tabla 1. Ejemplos de caracteres transferidos por hibridación interespecífica o
intergenérica. Los ejemplos se basan en aquellas familias en la cual la
transferencia ha sido exitosa.
Especie Cultivada
Avena sativa
Beta vulgaris
Gossypium hirsutum
Lycopersicum
sculentum
Solanum tuberosum
Solanum tuberosum
Triticum aestivum
Triticum aestivum
Triticum aestivum
Triticum aestivum
Triticum aestivum
Especie Donante
A. sterilis
B. procumbens
G. raimondii
L. peruvianum
Triticum durum
Zea mays
T. monococcum
Tripsacum dactyloides
S. acaule
S. demissum
Aegilops ovata
Aegilops speltoides
Aegilops squarrosa
Agropyron elongatum
Secale cereale
Carácter
Incremento en rendimiento
Resistencia a nemátodos
Resistencia a roya
Resis. a nemátodos y virus
TMV
Resis. al virus X
Resis al virus Y
Alto contenido de proteína
Resis. a la roya del tallo
Resis. a la roya de la hoja
Tolerancia a sequía
Resis. a la roya amarilla y al
frío
Resis. a la roya del tallo
Resis. a Helmintosphorium
Haploidía
1. Introducción
El número cromosómico somático de una planta, 2n, es debido a la unión de
dos gametas con número haploide, o con n número de cromosomas. Haploides
son aquellos organismos que se originan de un núcleo con n cromosomas.
Teóricamente, ellos pueden originarse a partir de la célula huevo, de las
sinérgidas y de las antípodas en el caso materno, y del núcleo vegetativo y
177
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
ambos núcleos generativos paternos. El desarrollo autónomo de un núcleo con
n número de cromosomas en una planta completa puede ocurrir in vivo
(partenogénesis y androgénesis haploide) e in vitro (cultivo de micrósporas).
Una planta completamente homocigota produce gametas idénticas, y por lo
tanto un solo tipo de haploides. Una planta heterocigota da lugar a diferentes
tipos de gametas, y por tanto, a haploides genéticamente diferentes.
1.1 Definición
Un haploide es un organismo que se asemeja a un esporofito, pero que posee
una constitución cromosómica igual a la de los gametos normales de la especie
(Lacadena, 1970, Hermsen y Ramanna, 1974). Estos individuos se llaman
monoploides si derivan de una planta diploide y polihaploides si provienen de
una planta alo o autopoliploide (Sanchez Monge, 1974).
2. Origen e Inducción de Haploides
La ocurrencia de individuos haploides no depende de una especie, género o
familia en particular. Se han encontrado haploides en alrededor de 250
especies de 25 familias. En el 60% de los casos ellos eran monohaploides y en
el resto polihaploides.
2.1. Origen in vivo
La modalidades difieren grandemente, pero ellas tienen en común que se
originan después de la autopolinización o de la polinización cruzada. Esto
significa que, los individuos haploides deben ser seleccionados a partir de
poblaciones mezcladas (Diploides mas haploides).
2.1.1. Ginogénesis (seudogamia)
Una célula haploide del saco embrionario se desarrolla formando un esporofito
completo. en este caso existe fertilización del núcleo secundario del saco
embrionario para la formación del endosperma, permitiendo la sobreviviencia
del embrión haploide. Este modo de origen de haploides ha sido investigado
principalmente en maíz, papa y alfalfa (Figura 1).
2.1.2. Androgénesis
La célula huevo es expulsada y un núcleo espermático (paterno) toma su lugar
dando un embrión haploide de origen paterno embebido en el citoplasma
materno. El endosperma se desarrolla normalmente. La frecuencia de estos
haploides es muy baja, por ejemplo en maíz es de 1 en 80.000, lo cual impide
su utilización práctica (Chase, 1969). Para incrementar la ocurrencia de
haploides Kermicle (1969) encontró un mutante recesivo, Ig (gametofito
indeterminado) que causa un crecimiento indeterminado del saco embrionario,
dando mas chances al núcleo paterno de desarrollarse androgenéticamente. El
Ig gene aumenta la frecuencia en 2.3%.
178
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Para detectar los individuos adrogenéticos es indispensable utilizar marcadores
genéticos donde el padre es homocigota recesivo y la madre es homocigota
dominante (en el caso de ginogénesis la situación es a la inversa).
2.1.3. Semigamia
Los núcleos masculino y femenino no se fusionan. Ellos se dividen
independientemente y forman un embrión haploide quimérico en el cual existen
tejidos haploides paternos y maternos. Los tejidos se pueden identificar en el
esporofito desarrollado mediante marcadores, como ser distintos tipos de
glándulas epidérmicas, o distintos tipos de hojas. Se encontró semigamia en
algodón (Turcotte y Feaster, 1967) y en cacao.
2.1.4. Eliminación del genoma
La eliminación natural de un genoma completo de uno de los padres después
de la fecundación origina individuos haploides. Esto se ha encontrado en el
género Hordeum, y especialmente en Hordeum bulbosum (Barclay, 1975). En
la cruza H. vulgare x H. bulbosum los cromosomas de H. bulbosum son
eliminados del embrión y también del endosperma. Al no ser viable el
endosperma el embrión debe ser cultivado in vitro. La eliminación se produce
en un estadio muy temprano del embrión y es independiente si H. bulbosum es
utilizado como padre o madre.
Se ha tratado de lograr haploides de trigo mediante cruzamientos con sorgo,
mijo y con maíz. En la combinación trigo x maíz, ocurre fertilización del 20 al
30% de las espiguillas. Se forma el embrión pero carece de endosperma. Esto
híbridos pierden rápidamente los cromosomas pertenecientes al maíz. El
embrión debe ser cultivado en un medio artificial.
2.2. Origen in vitro.
Los haploides in vitro pueden ser obtenidos por cultivos de anteras y ovarios. el
número de especies en las cuales pueden producirse grandes cantidades de
individuos es aún limitado. El estadio de desarrollo de la antera, el medio y la
necesidad de tratamientos complementarios, ej.: frío, calor, varía enormemente
de especie a especie.
Se requiere:
1.
Un medio de cultivo de micrósporas estandarizado.
2.
Genotipos que respondan al tratamiento en alta frecuencia.
3.
Buena regeneración de plantas a partir de células o callos.
4.
Que el agente para la duplicación cromosómica no provoque mutaciones
3. Selección de haploides a partir de cruzas
Como para la producción de haploides in vivo es necesario la polinización, es
obvio que se obtienen progenies consistentes en híbridos + haploides. Por ello
es necesario seleccionar los individuos haploides. Esto se puede realizar de
distintas maneras:
179
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
b. Recuento de cromosomas. Este es un método muy laborioso,
dado que en promedio se pueden obtener 20 plantas por día.
c. Empleo de marcadores genéticos. Básicamente se necesita
que la progenie híbrida de un cruzamiento controlado pueda
diferenciarse de la no híbrida o haploide (partenogenética). Se
requiere un genotipo homocigota para un gen o un complejo de
genes dominantes que ocasionen una manifestación fenotípica
temprana, en semilla o en plántula. Un ejemplo es el embrión púrpura
en maíz, P que puede ser aplicado en el caso de plantas no
coloreadas, pp (Nanda y Chase, 1966):
pp x PP

Pp Hibridos + p haploides
4. Duplicación
Un genoma se duplica cuando todos sus cromosomas se duplican sin que
exista una posterior división del núcleo. A fin de obtener individuos
homocigotas y semillas viables el individuo haploide obtenido debe ser
duplicado:
Duplicación espontánea: esta se produce, pero en frecuencias muy bajas para
las necesidades del experimentador.
Duplicación inducida: para diploidizar un elevado número de haploides rápida y
eficientemente, la técnica utilizada debe ser:
a.
b.
c.
d.
e.
f.
Segura, simple y rápida
Permitir el manejo de grandes cantidades de individuos
Que no se produzcan daños fisiológicos y que no sea selectivo
Que no produzca daños o cambios genéticos
Que no origine otros niveles de ploidía
De alta eficiencia y repetibilidad
5. Utilidad de los haploides
a. Obtención de plantas diploides homocigotas a partir de individuos
heterocigotas, especialmente plantas alógamas y plantas dioicas.
b. Obtención de series monosómicas para estudios genéticos.
c. Utilización directa, por ejemplo en ornamentales por su
prolongada floración, ej: Pelargonium.
180
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
d. Los haploides androgenéticos permitirían la incorporación de
núcleos en citoplasma de otra célula
e. Dado que no existe relación de dominancia el genotipo del
recesivo se expresa, siendo de utilidad en la mejora por mutación
f. En alopoliploides como paso intermedio en la duplicación
cromosómica a fin de conseguir homología.
g. Para transferencia génica de sp poliploides a sp diploides.
6. Perspectivas y Conclusiones
Desde el punto de vista del mejoramiento, la utilización de haploides como
tales no es muy frecuente, salvo en ornamentales (punto c). Las mejores
perspectivas las ofrece la posibilidad de obtener plantas 100% homocigotas
partiendo de material heterocigota como clones, plantas alógamas, F2 y F3 de
un cruzamiento en autógamas. Este procedimiento, producción de monoploides
seguido de la duplicación, se conoce como el método doble-haploide (DH).
En el caso de especies alógamas, ej.: maíz, con el método DH, se pueden
obtener plantas homocigotas o líneas endocriadas en un solo paso, mientras
que por el método usual, autofecundación, demanda 6 a 7 generaciones. En el
caso específico del maíz, se evaluaron líneas homocigotas obtenidas por el
método común y derivadas de haploides, a nivel de aptitud combinatoria no se
encontraron diferencias sustanciales. Por ello, algunos autores, Sprague et al.
(1960), están en contra del método DH dado que argumentan que es mas fácil
la obtención de líneas por el método común. Mas aun, por el método
convencional, las lineas que llegan a las ultimas etapas han sido evaluadas, y
el mejorador posee información sobre características agronómicas y sobre la
aptitud combinatoria de las líneas.
En el caso de autogamas, el método DH ofrece la posibilidad de fijar genotipos
individuales en etapas tempranas del programa de cría. De esta forma se
pueden obtener variedades o material para el nuevo ciclo de recombinación y
selección.
En el caso de plantas dioicas, especies con fase juvenil demasiado larga y en
aquellas que presenten autoincompatibilidad estricta, es difícil producir líneas
homocigotas a través de autofecundaciones, siendo el método DH una
alternativa a considerar.
181
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Figura 1. Obtención de líneas puras mediante la utilización de haploides y
mediante la metodología clásica.
Bibliografía
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(Triticum aestivum) by chromosome elimination. Nature 265: 410-411.
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Van Harten, A. M., 1991. Mutation Breeding, In: Introduction to Plant
Breeding II. Genetic Variation. Dep. of Plant Breeding, Wageningen Agricultural
University, Wageningen, The Netherlands, 84 p.
Plantas Transgénicas.
La Ingeniería genética permite el acceso y manipulación directa de los genes
rompiendo las barreras impuestas por la divergencia genética. Esta tecnología
nos permite no sólo introducir en una planta genes procedentes de otras
especies vegetales sino también de animales y microorganismos. De esta
manera se obtienen plantas transgénicas, es decir, portadoras de un gen ajeno
o exógeno que se denomina transgén. Surge el término de transgénicos u
organismos genéticamente modificados (OGM), que son seres vivos a los
cuales se incorpora uno o más genes de otras especies, a fin de conferirles
determinadas características nuevas.
El descubrimiento de las enzimas de restricción y el desarrollo de la tecnología
de DNA recombinante ha propiciado la aplicación de diferentes tecnologías de
producción de plantas transgénicas con una amplia variedad de aplicaciones.
Para llegar al nivel actual de desarrollo de esta rama de la ingeniería genética
vegetal ha sido necesaria la aportación de los importantes avances en el
conocimiento de la Biología molecular de los ácidos nucleicos y el desarrollo de
la técnica del cultivo de tejidos vegetales in vitro.
Enzimas de restricción
Las enzimas de restricción reconocen secuencias determinadas en el ADN. De
esta manera, conociendo la secuencia de un fragmento de ADN es posible
aislarlo del genoma original para insertarlo en otra molécula de ADN. Hay
muchas enzimas de restricción obtenidas a partir de bacterias y que sirven
como herramientas para la ingeniería genética Las enzimas de restricción
reconocen secuencias de 4, 6 o más bases y cortan generando extremos
romos o extremos cohesivos. Estos extremos, generados en diferentes
moléculas de ADN, pueden sellarse con la enzima ADN ligasa y generar así
una molécula de ADN nueva, denominada recombinante.
183
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Plásmidos
Los plásmidos son moléculas de ADN circulares, originalmente aisladas de
bacterias y que pueden extraerse de las mismas e incorporarse a otras, a
través del proceso de transformación. Los plásmidos fueron modificados por los
investigadores para ser empleados como “vectores”. Así, el gen de interés
puede insertarse en el plásmido-vector e incorporarse a una nueva célula. Para
seleccionar las células (bacterias o células animales o vegetales) que
recibieron el plásmido, éste lleva, además del gen de interés, un gen marcador
de selección (por. ej., de resistencia a un antibiótico), que le otorga a la célula
que lo lleva la capacidad de sobrevivir en un medio de cultivo selectivo (medio
con antibiótico, en este ejemplo). Las células que sobreviven se dividen y
generan colonias, formadas por bacterias idénticas. Estas bacterias se
denominan recombinantes o genéticamente modificadas. El plásmido
recombinante puede aislarse de estas colonias y transferirse a otras células.
Por esta metodología es posible introducir genes de interés en todo tipo de
células, empleando los vectores y las técnicas propias de cada sistema
Podemos entonces generalizar los pasos de la ingeniería genética de la
siguiente manera:
1. Identificar un carácter deseable en el organismo de origen.
2. Encontrar el gen responsable del carácter deseado (gen de interés).
3. Combinar dicho gen con otros elementos necesarios (vector) para
que éste sea funcional en el organismo receptor.
4. Transferir el gen de interés, previamente introducido en el vector
adecuado, al organismo receptor.
5. Crecer y reproducir el organismo receptor, ahora modificado
genéticamente.
6.
Métodos de transformación.
Agrobacterium tumefaciens
El mecanismo natural de infección de la bacteria del suelo Agrobacterium
tumefaciens introduce un gen de su plásmido en las células de la planta
infectada. Recordemos que un plásmido es un fragmento de ADN circular y
extracromosómico que suele contener información no vital para la bacteria y
cuyo tamaño es del orden del 1 al 3% del cromosoma bacteriano. Este gen se
integra en el genoma de la planta provocándole un tumor o agalla. Lo que se
hace con A. tumefasciens, es crear una cepa recombinante de ésta (con los
genes de interés) y se induce la formación de tumores, en los cuales se
encuentran células modificadas por la interacción, se aíslan estas células y a
partir de ellas se genera el individuo transgénico. Se aplicó con éxito por
primera vez en 1984 en el tabaco y el girasol. Las gramíneas y en general
todas las monocotiledóneas presentan gran resistencia a Agrobacterium por lo
cual este método es bastante inviable en un extenso grupo de plantas de gran
importancia económica.
184
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Microproyectiles
La biolística es otro método difundido, consiste en bombardear las células con
partículas metálicas microscópicas recubiertas del DNA que se desea
introducir. Si bien esta técnica ha dado buenos resultados, tiene un
componente aleatorio de efecto muy fuerte que da un amplio margen a
resultados impredecibles y un incremento significativo en la tasa de mutación
celular. Igualmente costosos, pero con menos problemas de efecto aleatorio,
están los métodos de inyección (micro y macroinyección), estos métodos
consisten en inyectar el material genético foráneo al núcleo de la célula
mediante equipo sofisticado. Los métodos de microinyección tienen mayor
eficacia que los de macroinyección por la focalización dirigida de la inserción.
Adicionalmente se emplean otros métodos directos como la transformación del
polen y la electroporación, pero no son ampliamente utilizados. La técnica del
cañón de partículas que consiste en bombardear tejidos de la planta con
micropartículas metálicas cubiertas del fragmento de ADN que interesa se
integre en el ADN de la planta, es el procedimiento que más éxitos ha
conseguido y el que promete más avances.
Marcadores moleculares en la mejora genética de plantas
Introducción
Los estudios genéticos y taxonómicos en plantas se han basado en el
desarrollo progresivo de criterios más objetivos para cuantificar las diferencias
entre individuos y poblaciones. Esas diferencias deben reflejar el genotipo del
organismo tan exacto como sea posible por lo que los investigadores han
puesto énfasis en la estimación de los productos inmediatos de la acción
génica más que la expresión final en las características morfológicas.
La mayoría de los caracteres agronómicos de importancia como el rendimiento,
la calidad, los principales componentes del rendimiento y algunas formas de
resistencia son controladas por muchos genes y son referidas como caracteres
cuantitativos, poligénicos o complejos. Las regiones dentro del genoma que
tienen genes asociados con un carácter cuantitativo en particular son
denominadas como loci de caracteres cuantitativos o mas simplemente QTLs
(Quantitative trait loci). La identificación de los QTLs no es posible basados en
la simple evaluación fenotípica. A partir de 1980 con los avances en el estudio
y caracterización del ADN se hizo posible el análisis y evaluación de los QTLs
para ser empleados como ayuda en la selección fenotípica.
Un marcador genético representa diferencias genéticas entre individuos. Ellos
actúan como signos o indicadores de la presencia de genes de interés. Los
marcadores que están muy próximos (ligados) a estos genes de interés son
denominados como gen tags. Estos marcadores no afectan el fenotipo del
carácter debido a que sólo están cerca del gen de interés que controlan la
expresión del carácter y su efecto es neutro. Como cualquier gen, ocupan
posiciones específicas en el genoma dentro de los cromosomas llamadas loci.
185
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Los marcadores que estén fuertemente ligados a genes que controlen
caracteres agronómicos importantes pueden ser empleados como
herramientas moleculares para la selección asistida por marcadores o MAS
(Marker-assisted selection). La MAS utiliza la presencia o ausencia del
marcador como sustituto o como ayuda en la selección fenotípica, de manera
de hacerla más eficiente y efectiva comparada con la mejora genética
convencional.
Uno de los principales usos de los marcadores de ADN en agricultura ha sido la
construcción de mapas de ligamiento en diversas especies. Estos mapas de
ligamiento han sido empleados para la identificación de regiones de los
cromosomas que contienen genes que controlan caracteres simples y
caracteres cuantitativos empleando análisis de QTLs. Este proceso de
construcción de mapas de ligamiento y de análisis de QTLs para identificar
regiones genómicas asociadas con caracteres es conocida como mapeo por
QTLs o mapeo genómico. El uso de los marcadores de ADN en el
mejoramiento de plantas ha creado una nueva rama de la genética aplicada
llamada mejoramiento molecular.
Características de los marcadores
Los atributos ideales de un gen marcador para que pueda ser empleado
eficientemente son: a. Que sea polimórfico, b. De herencia mendeliana y sin
efectos epistáticos, c. Sin influencia ambiental, d. Sin efectos sobre el
organismo, e. Facilidad de identificación y análisis, f. Codominancia y g. Que
pueda detectarse en etapas tempranas del desarrollo de la planta.
Tipos de marcadores
Existen tres tipos principales de marcadores genéticos: 1) Morfológicos, que
son por si mismos caracteres fenotípicos, 2) Bioquímicos, que incluyen
variantes alélicas de enzimas llamadas isoenzimas y 3) Moleculares, que
indican sitios de variación en el ADN.
Marcadores morfológicos
La posibilidad de usar marcadores morfológicos como ayuda en la selección de
caracteres cualitativos y cuantitativos en plantas fue sugerida hace ya más de
70 años. A lo largo de la historia de la mejora de plantas, se han hecho intentos
para seleccionar caracteres con utilidad agronómica utilizando marcadores
morfológicos (denominados también alelos mutantes en contraposición al alelo
normal). A modo de ejemplos podemos citar: el gen bm3 del maíz (pigmento
pardo en la nervadura central de la hoja) que proporciona un forraje con menos
contenido en lignina y por tanto de más alto valor nutritivo, sin embargo
simultáneamente produce efectos desfavorables como son una reducción del
rendimiento y mayor susceptibilidad al vuelco. También en maíz el gen y
(endosperma blanco) ligado a 5cM y en cebada el gen sex1 (endosperma
arrugado) ligado a <1 cM, están asociados al loci de androsesterilidad (ms). En
186
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
Brassica, la primera hoja vellosa y en maíz la raíz primaria o el coleoptilo
púrpura están asociados a la haploidía.
Debido a que no son numerosos y en algunos casos son influenciados por el
ambiente y o por efectos epistáticos, la selección con base en marcadores
morfológicos ha sido utilizada de forma muy limitada en la mejora genética de
plantas.
Marcadores bioquímicos y moleculares
Además de los marcadores morfológicos, en los últimos años se han
descubierto otro tipo de marcadores genéticos como los isoenzimas en la
década del 70, y marcadores moleculares como los RFLPs (restricted fragment
length polymorphisms) en los años 80, y los RAPDs (random amplified
polymorphic DNA) en los años 90. Estos marcadores han permitido
confeccionar mapas de ligamiento de alta densidad en el genoma. Existen hoy
mapas de ligamiento con marcadores moleculares muy completos en varios
cultivos como el tomate, maíz, trigo, cebada, soja, almendro etc. Estos
marcadores con un efecto neutro o al menos no adverso en la planta pueden
ser una ayuda valiosa en la selección.
Los isoenzimas y los RFLPs son los que más se acercan a los atributos ideales
de un marcador. Los isoenzimas tienen el inconveniente de que su número es
limitado, y por tanto no tienen una presencia suficientemente densa en todas
las regiones del genoma. Los RFLPs son marcadores moleculares que
permiten una densidad de mapeo alta en todo el genoma. Sin embargo, tienen
el inconveniente de que su análisis en el laboratorio es costoso y necesitan
isótopos radiactivos para su resolución, aún cuando los costes están
reduciéndose progresivamente y nuevas técnicas limpias de fluorescencia
pueden sustituir a los isótopos radiactivos. Los RAPDs son más sencillos de
analizar y al igual que los RFLPs pueden cubrir densamente el genoma, tienen
sin embargo el inconveniente de que no ser codominantes, por lo que no es
posible distinguir el genotipo homocigótico dominante del heterocigótico. Esta
distinción es imprescindible para realizar la selección de individuos en la
generación F2.
En el genoma del maíz existen actualmente descritos más de 700 marcadores,
de los cuales aproximadamente unos 450 son RFLPs, 200 morfológicos y 70
isoenzimáticos. En el maíz como en otros cultivos, continuamente se van
descubriendo nuevos marcadores, especialmente RFLPs y RAPDs.
Usos de los marcadores
Los marcadores moleculares se han utilizado o se pueden utilizar en los
siguientes aspectos de la mejora genética de plantas:
(A) Estimación de distancias genéticas entre poblaciones, variedades, líneas
puras e híbridos, lo que permitiría: (i) la clasificación taxonómica de ecotipos o
muestras de los Bancos de Germoplasma como complemento de los datos
morfológicos. (ii) la asignación de líneas puras a grupos heteróticos con objeto
187
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
de predecir el valor de los híbridos resultantes del cruzamiento de dos líneas
puras.
(B) Identificación y distinción de variedades, líneas puras e híbridos para
proteger los derechos del obtentor. Los marcadores moleculares permiten una
distinción más precisa de genotipos que los descriptores morfológicos.
(C) Establecimiento de relaciones de parentesco o pedigrí entre líneas o
variedades para realizar estudios genéticos. El método es similar al utilizado en
las pruebas de paternidad y parentesco en genética humana.
(D) Localización e identificación de genes cualitativos o mayores y también de
genes con efectos pequeños afectando a caracteres cuantitativos (QTLs).
Identificación y selección de QTLs
La identificación de los QTLs se basa en la teoría de ligamiento y
recombinación desarrollada en el primer tercio de este siglo. La posibilidad de
marcar densamente el genoma de plantas y animales ha hecho resurgir el
interés por esta teoría. Una población segregante en desequilibrio de
ligamiento es necesaria para localizar los QTLs. Las poblaciones más aptas
son las derivadas del cruce de dos líneas puras. Consideremos dos líneas
puras P1 y P2 con genotipos marcadores MM y mm, respectivamente y los
QTLs, QQ y qq, respectivamente. El cruce F1 tiene la siguiente disposición
cromosómica:
Q
r
q
M
m
Donde r es la frecuencia de recombinación entre Q y M; r es menor o igual que
0,5 y determina el grado de asociación entre Q y M en las generaciones
segregantes. En la generación F2 se detectan las clases marcadoras MM, Mm
y mm. La clase MM está asociada al alelo Q con una frecuencia (1-r) mayor
que la frecuencia (r) de asociación al alelo q. Esto significa que al seleccionar
para la clase marcadora MM, al tiempo se selecciona para el alelo Q con
interés agronómico. Si los genotipos portadores de una clase marcadora en un
locus se diferencian significativamente de los de otra para un carácter
poligénico determinado quiere decir que esos marcadores están asociados a
un QTL para ese carácter.
Aplicaciones prácticas de los marcadores
Además de la identificación de genes mayores asociados a marcadores
moleculares, se han detectado QTLs en varios cultivos, por ejemplo en tomate,
maíz, soja, cebada, etc. Se han identificado QTLs responsables del contenido
de los sólidos solubles del tomate en la generación de retrocruzamiento
derivada del cruce entre dos líneas que diferían ampliamente en el contenido
188
Mejoramiento Genético Vegetal: Principios y Procedimientos
de los sólidos solubles. También, varios QTLs del maíz controlando el
rendimiento y otros caracteres agronómicos (altura de la planta, longitud de la
espiga, etc.) han sido identificados y localizados en las regiones cromosómicas
del híbrido B73 x Mo17, cultivado extensamente en todo el mundo. Otros QTLs
responsables de la resistencia del maíz al gusano europeo del taladro del tallo
(Ostrinia nubilalis) han sido detectados en poblaciones segregantes.
Las regiones cromosómicas portadoras de los QTLs identificados mediante los
marcadores son demasiado largas (5-30 cM) para aislar, clonar y manipular el
DNA informativo del QTL por sí mismo. Por tanto la estrategia que se sugiere
en la mejora de plantas es seleccionar individuos portadores de marcadores
con QTLs favorables y asistir o ayudar en la selección cuando se empleen los
métodos convencionales de mejora; por ejemplo en la selección genealógica,
en la selección con base en "test-crosses", o en la selección en
retrocruzamientos, etc. El método implica seguir la pista del gen marcador
asociado al QTL favorable a través de las sucesivas generaciones de
selección.
Este tipo de selección asistida se está usando ya hoy día en varios laboratorios
de Universidades, Centros Públicos y Empresas privadas grandes, pero es
presumible que en el futuro pueda convertirse en un proceso rutinario en la
mayoría de los programas de mejora de plantas, especialmente para el
desarrollo de líneas puras y de híbridos.
Bibliografía
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