Félix San Vicente Programa Global de Maíz, CIMMYT-México. PCCMCA 2015, Guatemala

Transcripción

1 Félix San Vicente Programa Global de Maíz, CIMMYT-México PCCMCA 2015, Guatemala

2 Biofortificacion: Del campo al plato Pre-mejoramiento Mejoramiento Semilla Agricultor Grano Mercado de grano Molinos Industrias Distribuidores Consumidores

3 Parametros fisicos Micro-estructura Composicion quimica Propiedades reologicas Propiedades termicas Calidad del producto final (Tortilla)

4 Variables a medir en el grano NMX-FF-034/1-SCFI-2002 HUMEDAD DUREZA COLOR TAMAÑO COMPONENTES DEL GRANO

5 Alto contenido de Zinc Suelos altos en Zinc Multiple capa de aleurona Maíz QPM

6 Inbred CML264 CML264Q CML451 CML451Q CML247 CML247Q CL02450 CL02450Q CML273 CML273Q CML254 CML254Q Mean Zn (ppm) b,a,c a b,a b,a b,a,c d,c b,d,c b,a,c d b,d b,d,c b,d,c QPM no implica alto contenido de zinc. Sin embargo, altos contenidos de Zn se han observado principalmente en materiales con background de QPM.

7 25 Existe variabilidad genética para Zn en líneas tropicales More

8 5 hybrid trials Fe DIIHY: 10x4 DIIHZn: 16x2 TCA: 11x6 TCB: 5x3 Sites *** *** *** *** Rep(S) NS *** *** NS Entries *** *** *** NS Genotipo, ExS ambiente e *** interacción * GxA *** para Zn en NS mean granos 23.1 de maíz Zn DIIHY: 10x4 DIIHZn: 16x2 TCA: 11x6 TCB: 5x3 Sites *** *** *** *** Rep(S) ** *** NS *** Entries *** *** *** *** ExS ** NS * * mean Lineas Subtropicales (80 ent x 2 loc x 2 rep) Source Zn (ppm) Genotypes ** Sites ** 1. Environmental effect: very important 2. Genotype effect: very important 3. G xe interaction: less important G x S ns Collaboration with R. Glahn & R. Welch at USDA-Cornell

9 Efecto ambiental en la concentración de Zn en maíz Zn content in maize grain (2 locations) Zn (ppm) TL (mean Zn 32.4 ppm) AF (mean Zn 29.2 ppm) Entries

10 Hacer Fitomejoramiento! El mejoramiento de plantas es la ciencia y el arte de seleccionar nuevos genotipos con las características deseadas. F= G + A + GxA.

11 Que necesitamos? Objetivos claros, definir el ambiente blanco, seleccionar y crear ambientes representativos, estudiar y seleccionar germoplasma, identificar y crear variación genética, ensamblar genes en los genotipos. Herramientas de soporte tecnológico: Marcadores Moleculares (incluyendo selección genómica), Doble Haploides, Caracterización fenotípica de alta precisión, Bioinformática, entre otras.

12 I. Principales objetivos (Maíz Blanco Tropical) Potencial de rendimiento en temporal, incluyendo tolerancia a sequia/calor y bajo N Gran énfasis en pudriciones de mazorca y enfermedades foliares Aplicación de marcadores de ADN de alta densidad para predicción de comportamiento Desarrollo de sistemas doble-haploide de adaptación tropical Calidad nutricional (Zinc) Tolerancia a alta densidad

13 Zn: Linea base y metas Línea base: 25 ppm Incremento: 12 ppm Full Target (100%): = 37 ppm Mínimo para liberar variedades (50% target): = 31 ppm

14 II. Métodos Selección de progenitores elite en cada grupo heterótico DH Formación de F1s (elite x elite) y avanzar a F2 ( autos) Sembrar S1 (F2) bulks en alta densidad (10-20 surcos/f2) Sembrar 10,000-20,000 líneas S2 (mazorca/surco): alta densidad, inoculación artificial, avanzar S3-S4-S5. Fijar las líneas en S4-S5(Cosechar en bulk) Formación y evaluación de mestizos Etapa 1 (1 probador/gh) Formación y evaluación de mestizos Etapa 2 (2 probadores y factorial)-acg Formación y evaluación de híbridos elite en redes colaborativas en América Latina Validación de 2-5 híbridos en múltiples localidades en cada país meta Esquema General de Selección Genealógica en Maíz

15 Líneas endocriadas productivas. AUMENTO DE ENDOGAMIA, SIN PERDER PRODUCTIVIDAD (Líneas más uniformes, mayor heterosis) S 1 S 4, S 5 S 8, S 9

16 2,500 líneas producidas in 2014 Ciclo DH Convencional 1 Formar F1 Formar F 1 2 F1 x Inductor Formar F 2 3 Formar D 0 Formar S2 4 Formar D 1 Formar S3 5 Formar S4 6 Formar S5 Vivero de líneas DH AF 14B Avance Recientes: Instalaciones de totalmente operativas Mejoras en manejo agronómico Servicio a colaboradores Nuevo sitio para vivero D0 en Hidalgo Tecnología: Producción de líneas DH en México

17 Base genética heterosis Dominancia parcial a completa. Loci en condición heterocigota. En promedio: Simple > Triple > Doble.

18 HIBRIDO SIMPLE TIPOS DE SEMILLA HIBRIDA Línea A Línea B HS A x B

19 HIBRIDOS TRIPLES Línea A Línea B Línea C HS A x B HT (A x B) x C

20 HIBRIDOS DOBLES Línea A Línea B Línea C Línea D HS A x B HD(AxB) x (DxC) HS D x C

21 Híbridos Multiparentales vs Híbridos Simples Propósito principal en triples, dobles, simples modificados, triples modificados, simples doble modificados; es reducir los costos de producción de semilla por medio de hembras progenitoras más productivas en las cruzas simples.

22 Principios de Hibridación Shull (1909): Endogamia e Hibridación entre dos líneas. Jones (1918): Híbridos multiparentales. Viabilidad económica para producción de semilla. Cambio hacia híbridos simples esta determinado por el comportamiento per se de las líneas. Autofecundación continua en poblaciones mejoradas o en poblaciones F2 (reciclaje).

23 APTITUD COMBINATORIA Línea x Probador L 1 L 1 L 2 ACE L 3 ACE L 4 ACE X ACG L 2 ACE ACE ACE ACG L 3 ACE ACE ACE ACG L 4 ACE ACE ACE ACG Probador Líneas Sn Sprague and Tatum, 1942

24 Capacidad Combinatoria General (CCG): Comportamiento promedio de una línea en combinaciones híbridas (Sprague y Tatum, 1942) Dialélico (Hayman, 1954; Griffing, 1956); Cruzamientos: n(n-1)/2 Diseño II o Factorial (Comstock y Robinson, 1948); Cruzamientos: mxh; lxp Grupos y patrones heteróticos

25 Patrones heteroticos USA: Stiff Stalk (hembra) x Non- Stiff Stalk Europa: US dent (hembra) x European Flint China: Domestic (hembra) x Lancaster/RYD/PN Trópicos: Tuxpeño (hembra) x Caribbean Flint/Tuson/ETO Reif et al., 2005

26 Cuando usar uno u otro? Objetivo: investigar accion genica, definir patrones heteroticos, reciclaje de lineas, identificacion de probadores, etc..?? Dialelico vs Linea x Probador

27 Método 4, Modelo I (efectos fijos) propuesto por Griffing (1956), cuyo modelo es el siguiente: yij = μ + gi + gj + sij + 1/bc ΣkΣl eijkl i, j = 1...p k = 1...b l = 1...c; Donde: Análisis Estadístico: Dialélico μ es la media de la población (común a todas las observaciones); gi y gj son los efectos de la aptitud combinatoria general (del padre i y j); sij, el efecto de la actitud combinatoria específica de la cruza (tal que, sij = sji); y eijkl es el efecto del error de la ijklésima observación (es el efecto ambiental aleatorio de la observación); i: progenitor femenino; j:progenitor masculino; k: bloques; l: observación. (Griffing, 1956; Martinez Garza, 1983)

28 Análisis Estadístico: Diseño II Análisis individual y combinado de varianza, considerando un modelo mixto: localidades y repeticiones de efecto aleatorio; líneas machos y hembras de efecto fijo. El análisis de varianza y el calculo de los efectos de capacidad combinatoria general (CCG) es realizado de acuerdo al modelo propuesto por Comstock y Robinson, 1948: X ijk = + mi + hj + mhij + eijk Donde: Xijk: comportamiento del cruzamiento entre la i-ésima línea macho con la j-ésima línea hembra en la k-ésima repetición; i = número de líneas macho, i = 1, 2, 3,..., 8 j = número de líneas hembra, i = 1, 2, 3,..., 8 k = número de repeticiones, k = 1, 2 : media general; mi: efectos de CCG de la i-ésima línea macho; hj: efectos de CCG de la j-ésima línea hembra; mhij: efectos de CCE para el cruzamiento entre la i-ésima línea macho y la j-ésima línea hembra; eijk: error experimental asociado con la ijk-ésima observación PROC MIXED, GLM, ANOVA (SAS Institute, 2003)

29 Salida del Programa SAS o R TABLE OF GCA OF Line ACROSS Site Line_ LINE Pedigree Mean GRANMEAN GCA GCASE GCARANK 4 CLWN CLWN CLWN CLWN CLWN CLWN CLWN CLWN TABLE OF GCA OF Tester ACROSS Site Tester_ TESTER Pedigree Mean GRANMEAN GCA GCASE GCARANK 2 CLWN CLWN CML CLWN CLWN

30 III. Programa de Trópicos Bajos Zn 2014 Poblaciones F2: 39 Líneas segregantes S2-S4: 4,000 Etapa 1(3): 483 líneas S4-S5 Etapa 2 (3): 180 líneas >S6 Híbridos Avanzados (2): 28 Variedades Experimentales (1): 8 9 ensayos

31 Mega ambientes de maíz en el mundo

32 Esquema de mejoramiento (Etapa 2) para rendimiento en temporal, tolerancia a sequia, calor y bajo N y tolerancia a enfermedades en el Programa de tropicos bajos Manejo Ciclo Sitios Criterio de Seleccion Temporal/recomendacion general insumos PV 5-8 RG, TSC, Bm, Et, CSC, pudricion mazorca, acame, cobertura Temporal/alta densidad/recomendacion general insumos Bajo N controlado Sequia controlada Sequia+calor controlado PV TL PV AF OI TL, IG OI CDO 1 RG, pudricion mazorca, acame, cobertura 1 RG, ASI, senescencia, mazorcas por planta, pudricion mazorca 1-2 RG, ASI, senescencia, mazorcas por planta, pudricion mazorca 1 RG, ASI, senescencia, mazorcas por planta, pudricion mazorca

33 IV. Caracterización fenotípica para tolerancia a sequia, calor y bajo N El CIMMYT utiliza estrés manejado para sequia y bajo N de rutina en desarrollo de sus productos en ensayos que: Reducen rendimiento por 70-80% Tienen alta H Predicen comportamiento en el medio ambiente objetivo AF, Puebla TL, Morelos Iguala, Guerrero Obregon, Sonora

34 Sitios para evaluación bajo estrés controlado de sequia y calor en México Sequia / Sequia + Calor Calor: 8000 surcos BN: surcos Sequia: surcos Sequia Bajo Nitrogeno Sequia / Sequia + Calor / Bajo Nitrogeno

35 Caracterización de suelos y georreferenciación en estaciones experimentales en México Iguala Agua Fria Tlaltizapan

36 V. Caracterización fenotípica para tolerancia a enfermedades Localidad GLS Et Pud Maz Bm TSC CSC Iguala, Guerrero Merida, Yucatan Agua Fria, Mexico Catalina, Colombia San Andres, El Salvador Managua, Nicaragua Monjas, Guatemala

37 VI. Interaccion genotipo x ambiente: estabilidad de rendimiento Redes Colaborativas de Evaluación: la clave del éxito Valles altos Subtrópicos Trópicos bajos

38 Escala de mejoramiento y evaluación: Para incrementar progreso, hay que alcanzar niveles altos de precisión por evaluación a través de muchos ambientes Componentes de varianza y estimados de H: ensayos de CIMMYT, trópicos bajos, 2009 Parámetro Ensayo Etapa 1 Ensayo Línea x Probador Ensayo de híbridos avanzados σ 2 G σ 2 GE σ 2 E H (2 locs) H (5 locs) H (10 locs) Redes de evaluación de 10 localidades en vez de 2-5 pueden aumentar el avance genético en 30-50%

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40 VII. Resultados: Híbridos normales Comportamiento de 24 híbridos de maíz grano blanco, 22 localidades de Centro América, 2013 Rend FF Maz pod Aca T Ach Asmz Cob Posic Text % Rend vs Hibrido (t/ha) (días) (%) (%) (%) (1-5) (%) Maz (1-4) DK357 CLTHW DK CLTHW MJ DK-357 (TC 1) CLTHW DAS HE DK St Trex HE P3966W DIAMANTE F-96 (TC 2) Media General DMS h C.V

41 Comportamiento de 20 híbridos de maíz grano blanco, 15 localidades de Centro América, 2014 Rend Flor F Maz pod Aca T Ach Asf Asmz Cob Posic Text % Rend Cultivares (t/ha) (días) (%) (%) (%) (1-5) (1-5) (%) Maz (1-4) CLTHW MJ CLTHW MN DK P 4065W CLTHW DOW DOW SV DK-357 (TC1) P 4083W DOW 223B SV St Trex SV T Local F96 (TC2) Promedio DMS h C. V HIB vs DK57

42 The Breeding Pipeline: Híbridos para validación 2015 Ensayo 01AS: Híbridos elite blancos, 20 sitios América Latina, 2014 Hibrido Rend FF Pos Maz ppmaz Asp Asp Maz Plt TEX pachap CLTHW CLTHW CLTHW CLTHW CLTHW11002 (Reference Check1) CLTHW Commercial Check Commercial Check CLTHW CLTHW CLTHW CLTHW GMEAN Heritability LSD CV

43 Nuevos híbridos vs testigos comerciales: 53 sitios (38 México y 15 América Central) Híbrido RG (t/ha) Pud Maz (%) Ac (%) Asp Maz (1-5) CLTHW CLTHW DK

44 VIII. Resultados: Híbridos Alto Zn Ensayo 05: 18 Híbridos Avanzados Blancos QHZN,14 localidades en México y Centro América 2014 Ent Pedigri RG FF AM/AP pmcob ppm AspM pach Zn mg/kg Test Com Test Ref Test Com Media Gral Heredabilidad MDS CV Sitios

45 Ensayo 06: 10 Híbridos Avanzados Blancos HZN,15 localidades en México y Centro América 2014 Ent Pedigri RG FF AM/AP pmcob ppm AspM TEX pach Zn mg/kg 11 Test Ref Test Ref Test Ref Test Com Test Com Media General Heredabilidad MDS CV Sitios

46 IX. Resultados: Variedades Ensayo 19: 8 Variedades Experimentales Blancas, 20 localidades en México y Centro América 2012 Genotype Yield per AD PltAsp pbhc reph S11TLWNAB S11TLWNAB S03TLW3B Ref Check S06TLWQAB2 Ref Check S07TLWAB S11TLWNAB Commercial Check Commercial Check Local Check Heritability Mean LSD CV Locs

47 Variedades competitivas Color Estatus Países S03TLW3B Blanco Liberación Honduras S06TLWQAB2 Blanco Liberación Honduras, Nicaragua S07TLWAB Blanco Liberación Honduras S07TLYAB01 Amarillo Liberación Panamá, Nicaragua S07TLYAB02 Amarillo Liberación Panamá S11TLWNHGAB06 S11TLWNHGAB08 Blanco Blanco Por definir Por definir

48 IX. Resultados: Variedades Alto Zn Ensayo 07: 8 Variedades Experimentales Blancas HZN,19 localidades en México y Centro América 2014 Ent Pedigrí RG FF AM/AP p MCOB ppm TEX pach Zn mg/kg 10 S06TLWQAB02 (Test Ref 2) Test Comercial S13LTWQHZNHGAB Test Comercial S13LTWQHZNHGAB S13LTWNHZNHGAB S13LTWQHZNHGAB S13LTWQHZNHGAB S13LTWNHZNHGAB S13LTWNHZNHGAB S03TLW3HGB (Test Ref 1) S13LTWNHZNHGAB Media General Heredabilidad MDS CV Sitios

49 X. Análisis ZN:ICP-OES (Espectroscopia de emisión óptica acoplada a plasma)

50 Analisis Zn: Rayos X de fluroescencia (XRF) RSQ model RSQ internal validatio n Fe RSQ external validatio n (n=274) Zn Fe Zn

51 ICP vs. XRF XRF: Monitoreo de lineas, OPVs en proceso de mejoramiento ICP: Hibridos, lineas avanzadas, OPVs para liberar

52 Manipulación de la muestra 1. Advertir al equipo de trabajo del riesgo de contaminación 2. Cosechar las mazorcas con su hoja 3. Colocarlas directamente en las arpillas 4. Evitar colocar las arpillas en el suelo 5. En lugar limpio, superficie NO METALICA, remover la hoja y dejar secar las mazorca 6. Desgranar manualmente (No usar anillos, relojes, pulseras, nada metálico) 7. Colectar grano en contenedores plásticos y mezclar la muestra 8. Empacar muestras en sobres de papel y en lo posible no cerrar con grapa 9. Pre-triturar en mortero de porcelana enjuagado con 10% acido nítrico

53 Muestreo OPVs: 1. Hacer 2-4 autos por surco 2. Colectar mazorcas con su hoja 3. Desgranar, evitando granos de los extremos 4. Mezclar al máximo los granos 5. Preparar muestra de al menos 500gr

54 Muestreo Líneas e Híbridos: 1. Hacer 3-10 autos 2. Colectar las mazorcas con su hoja 3. Desgranar, evitando granos de los extremos 4. Mezclar al máximo los granos 5. Preparar muestra de al menos 50 granos

55 Conclusiones Germoplasma mejorado (líneas, híbridos y variedades) competitivo con alto Zn identificado para etapa de validación. Herramientas modernas en proceso de integración al programa de mejoramiento (DH, Selección genómica). Evaluación continua para estreses y adaptación: Complejo Mancha de Asfalto, Sequia/Calor, Densidad. Con cierta precaución y algunas excepciones, se puede tratar el trópico húmedo de América Latina como un solo ambiente objetivo. Es necesario mantener el trabajo en red y buscar opciones para entregar semilla de nuevos cultivares.

56 El valor agregado y la fortaleza: los colaboradores en México, Centro y Sur América