Mejoramiento en Autógamas. Andrés Locatelli Fagúndez

Transcripción

1 Mejoramiento en Autógamas Andrés Locatelli Fagúndez

2 Contenido Generalidades Tipos de programas Selección en poblaciones criollas A partir de cruzamientos Masal DUS Genealógico DH Retrocruzas Multilíneas Híbridos Conclusiones

3 Generalidades Especies cultivadas Trigo: (Triticum aestivum), 2n=6x=42 Arroz: (Oryza sativa), 2n=2x=24 Soja: (Glycine max L. Merr.), 2n=2x=40 Avena: 2n=2x=14 (Strigosa) :2n=6x=42 (Sativa) Cebada: (Hordeum vulgare L.), 2n=2x=14 Lenteja: (Lens culinaris M.), 2n=2x=14 Maní: (Arachis monticola), 2n=4x=40 Poroto: (Phaseolus vulgaris), 2n=2x=22 Arveja: (Pisum sativum L.), 2n=2x=14 Tomate: (Solanum lycopersicum e), 2n=2x=24 Trébol carretilla: (Medicago polymorpha) 2n=2x=16 Lino: (Linum usitatissimum L.), 2n=2x=30

4 Generalidades Predominantemente autofecundas (<4% de alogamia) -clima, genotipo (arroz) Líneas puras -variabilidad : ambiente (Johannsen, 1903) Poblaciones naturales mezclas de líneas puras A partir de hibridaciones se alcanza en pocas generaciones la homocigosis Puede existir heterosis

5 AAbb x AaBb aabb AABB AAbb aabb aabb 6.25% 6.25% 6.25% 6.25% AABB AAbb aabb aabb 12.91% 12.91% 12.91% 12.91% AABB AAbb aabb aabb 25.0% 25.0% 25.0% 25.0% De 5 a 8 generaciones se alcanza la homocigosis práctica

6 Metodología del mejoramiento genético Variabilidad natural VARIABILIDAD Creación de variabilidad Poblaciones Criollas Silvestres Emparentadas Selección Evaluación Hibridaciones Mutaciones Poliploidía Transformación Obtención de cultivares Mantenimiento

7 Mejoramiento genético VARIABILIDAD Fuentes genéticas de interés Problemas, limitantes Prioridades Base genética? Cultivo Métodos de mejoramiento Mano de obra Infraestructura Germoplasma Cultivar

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9 Tipos de programas Selección en variedades camperas/criollas selección masal selección de líneas puras Selección a partir de cruzamientos genealógico d.u.s. masal doble haploides Retrocruzas

10 Cultivares / variedad cultivada Grupo de plantas dentro de un cultivo que forman una unidad diferenciable y que reproducen sus características en la forma usual de reproducción del cultivo. DUE LIEAS PURAS MULTILÍEAS (mezcla de isolíneas) HÍBRIDOS (cruza de LP)

11 Selección en variedades criollas Variedades criollas Grupo de plantas de una especie cultivada, que es propagada sin control, en la forma usual de reproducción de la especie. poblaciones primitivas o antiguas poblaciones modernas fuera de control Ejemplos: Maní (Tacuerembó) Avena Características: Ø Ø Ø Ø Heterogéneas Selección atural Selección artificial Adaptación

12 Selección en variedades camperas/criollas Selección masal Lo seleccionado se mezcla!!! Sin prueba de progenie

13 Selección en variedades camperas/criollas Selección de líneas puras 1ª estación Características: mayor uniformidad del cultivar obtenido 2ª estación posibilidad de diferenciar entre variabilidad ambiental y genotípica VG y VE VE VE

14 Variabilidad G. Variabilidad G. Selección de líneas puras entre dentro Un ciclo de selección entre dentro

15 Selección en variedades criollas Avena 1095 a LOTES, 3000 PLATAS LIEAS Selección por características agronómicas LIEAS 1979 RLE 115 Protina

16 Selección a partir de cruzamientos

17 Etapas en el cruzamiento Emasculación Embolsado Anotación Volcado de anteras padre Reembolsado Anotación Cosecha

18 Objetivo: identificar y seleccionar líneas que combinen caracteres deseables de ambos padres Padre A X Padre B Bajo, T.Flor. largo Alto, T.Flor. corto F 1 F 2 F 3 Alto T.Flor. largo Bajo, T.Flor. largo Bajo T.Flor. corto F6-7 Alto, T.Flor. corto Bajo T.Flor. corto

19 Método masal Descendencia de una semilla F 2 F 3 F 4 Selección de plantas F 5 Selección de plantas Campo F 6 Selección de surcos F 7 F 8-10 Pruebas preliminares de rendimiento Pruebas de rendimiento (localidades)

20 Método genealógico F 2 Siembra espaciada (selección de las mejores plantas) F 3 Selección de las mejores plantas de los mejores surcos F 4 F 5 F 6 F 7 F 8-10 Se cosechan las mejores familias Pruebas preliminares de rendimiento Pruebas de rendimiento

21 Dobles haploides F 1 Cultivo de anteras AaBb F 2 Haploides Duplicación cromosómica Colchicina Doble haploides F 3 AB Ab ab ab AABB AAbb aabb aabb Selección de surcos F 5 F 4 Pruebas preliminares de rendimiento F 6-8 Pruebas de rendimiento Selección de surcos

22 F 1 HOMOGÉEA SI SELECCIO F 2 HETEROGEEA CO SELECCIO SI SELECCIO Selección de plantas individuales Selección de plantas o líneas F 3 F 4 F 5 Mantenimiento de plantas individuales Sin selección. Mantenimiento de un número fijo de plantas Mantenimiento de población Sin selección artificial. Selección natural Selección temprana de LDH F 6 GEEALÓGICO D.U.S. MASAL DOBLES HAPLOIDES LIEAS EXPERIMETALES EVALUACIO

23 Selección a partir de cruzamientos GEEAL MASAL D.U.S. D.H. Momento de selección Continua Final Final Final* Avance generacional O O SI SI Selección natural SI* SI O O Infraestructura MEDIA BAJA ALTA ALTA Intensidad trabajo campo ALTA BAJA BAJA BAJA

24 Principales ventajas y desventajas Genealógico DUS Masal Ventajas Se mantienen sólo plantas seleccionadas A. Generacional Baja mano de obra Desventajas Elevada mano de obra Se mantienen todos los genotipos S. atural negativa DH A. Generacional Falta de ajuste

25 Objetivo: Retrocruzas Incorporar una característica específica en un material adaptado, deficiente en esa característica Padre recurrente Padre donante Generalidades material adaptado con una deficiencia bien definida individuo con buen comportamiento en el carácter a transferir el carácter debe reconocerse fácilmente en las plantas híbridas es más fácil si el carácter a transferir es dominante debe transferirse la menor cantidad del genoma del padre donante como sea posible en general utilizado para genes de efecto mayor

26 Donante dominante MM Donante Mm F 1 mm Recurrente mm Recurrente Porcentaje de genoma del Recurrente 50.0 Mm mm BC 1 Mm mm Recurrente 75.0 Mm mm BC Mm Mm mm BC

27 Donante dominante Mm MM Mm mm MM MM MM Mm MM Mm MM mm Padre recurrente + MM M M

28 mm Donante Donante recesivo MM Recurrente Porcentaje de genoma del Recurrente Mm F 1 MM Recurrente 50.0 MM Mm BC MM BC 1 F 2 MM Mm mm BC 1 F 2 MM Recurrente Mm BC

29 Donante recesivo Porcentaje de genoma del Recurrente Mm 87.5 BC 2 Mm BC MM Mm mm Padre recurrente + mm

30 Proporción del genoma del padre recurrente en esquemas con y sin selección por el carácter objetivo (estudio de simulación) Sin selección Selección por objetivo BC BC BC BC BC Adaptado de Frisch et al., 1999

31 Proporción del cromosoma que corresponde al genoma del padre donante 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, º de generaciones de RC Ubicación del gen objetivo Central Al azar Adaptado de Stam y Zeven, 1981

32 Efecto del ligamiento en la probabilidad de eliminar un gen indeseado ligado a un gen deseado con 5 retrocruzas y con 5 autofecundaciones, asumiendo que la selección se hace solo por el gen deseado Fracción de recombinación Probabilidad de que el gen no deseado pueda ser eliminado Con 5 RC Con 5 autofecundaciones Allard, 1960

33 D I D I I D D I D D I I D I I D D I D I X I D D I Donante Recurrente D I I D

34 Proporción del genoma del padre recurrente con selección solo por el carácter objetivo, y utilizando dos esquemas de selección asistida por marcadores por el genoma del padre recurrente (estudio de simulación) Uso de marcadores Sin selección Selección por objetivo Esquema 1 Esquema BC BC BC BC BC Adaptado de Frisch et al., 1999

35 F1 TIPO 1 TIPO 2 D R X X DOATE RECURRETE

36 D o n a n t e Búsqueda de puntos de cross-over que flanqueen la región objetivo En este caso el conocimiento de la ubicación exacta de la región objetivo y de los marcadores usados es esencial

37 USO DE RETROCRUZAS Programa de mejoramiento de cebada, Facultad de Agronomía Incorporación de resistencia a mancha borrosa Fuente de resistencia: BCD47 (resistencia cuantitativa) Padres recurrentes: IIA Ceibo, IIA Aromo, C9205

38 CLE 203 CLE 202 C9205 SELECCIÓ FEOTIPICA F1 RC1 RC2 RC2F1 RC2F2 RC2F3 RC2F4 BCD 47 SELECCIÓ ASISTIDA

39 CLE 202 CLE 203 SELECCIÓ DE MARCADORES POLIMORFICOS 1H k04435 GMS021 k06257 k04230 BMac213 Bmag718 Bmag090 Bmag347

40 BCD47 CLE 202 CLE 203 Quebracho C9205 BCD47 CLE 202 CLE 203 Quebracho C9205 Bmac718 k04230

41 CLE 203 BCD47 CLE 203 BCD CLE CLE 203 BCD BCD47 CLE 203 Padre recurrente: IIA AROMO 1H k04435 GMS021 k06257 k04230 BMac213 Bmag718 Bmag090 Bmag347

42 Multilíneas

43 Multilíneas Mezcla de líneas genéticamente similares, excepto por un gen Retrocruzas (5) Donante 1 (R1 R1) Isolínea 1 Donante 2 (R2 R2) Isolínea 2 Recurrente (rr) X Donante 3 (R3 R3) Isolínea 3 Multilínea Donante 4 (R4 R4) Isolínea 4 Donante 5 (R5 R5) Isolínea 5

44 Multilíneas Ojetivos: diversificación varietal frente a cambios poblacionales de patógenos ofrecer mayor prevalencia al cultivar Desventajas: utilidad clara sólo en zonas donde exista un patógeno muy especializado tendencia a descuidar otros caracteres demora en la liberación manejo de varias líneas Comercialización proporciones

45 Híbridos

46 Híbridos Por qué no son tan populares? Menores niveles de heterosis que en alógamas Dificultades operativas para la producción de semilla a gran escala (estructuras florales, dispersión del polen, etc.) SORGO Macho esterilidad geneticocitoplasmática (MEGC) ARROZ TOMATE Sistemas intensivos (China) Control de la autopolinización a gran escala (MEGC) Alto valor de la semilla Alto valor del cultivo Alta producción de semilla por polinización

47 Híbridos en tomate Muchas semillas por polinización

48 Producción de híbridos en arroz y sorgo Participan tres tipos de líneas: A: Línea machoestéril B: Línea mantenedora R: Línea restauradora Línea A Línea B Línea R msms S msms MsMs Machoestéril Fértil Fértil

49 Híbridos de arroz Generalidades China principal precursor mano de obra barata Primer híbrido: an-you (1974) Más del 50% 20% + rendimiento Autoesterilidad genético-citoplasmática Características de los híbridos: Sistema radical vigoroso Mayor macollaje Panojas más grandes Granos más pesados FAO, 2001

50 Línea machoestéril Línea restauradora Anteras atrofiadas Anteras normales

51 Producción masiva híbrida Aislamiento > 100m (IRRI) Línea padre (R) Línea madre (A)

52 Explotación de los tipos de acción génica Población segregante Mezcla de LP Híbrido Aditivos Aditivos Epistasis Aditivos Epistasis Dominancia

53 Mejoramiento en Uruguay Trigo Cebada Arroz Tomate Soja

54 Conclusiones La variabilidad genética es el punto de partida del mejoramiento. Las líneas puras son el tipo de cultivar más común en autógamas. La selección a partir de cruzamientos es el programa más utilizado en el mejoramiento de autógamas. En general, ninguno de los métodos de selección a partir de hibridaciones se hace al pie de la letra y la elección de cuál se utilizará dependerá del cultivo, mano de obra, infraestructura, tipo de germoplasma y exigencias impuestas por el mercado.

55 Bibliografía Pohelman, J. M. Sleper, D. A. Breeding Feield Croop. Iowa: ISU Press p. Chaahal, G.S. Gosal, S.S. Principles and Procedures of Plant Breeding. Alpha Science International: India Press p. Fehr, W.R. Principles of cultivar development. Mac Millan, Press p. Long-Ping Yuan. FAO, Tecnología para la producción de arroz híbrido. V URL,