El mejoramiento genético, aunque es una ciencia,

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1 C A PÍT UL O 2 DESAFÍOS DEL MEJORAMIENTO GENÉTICO EN HORTALIZAS AGROINDUSTRIALES Gabriel Saave dra Del Real Ing. Agrónomo PhD. gsaavedr@inia.cl INIA - La Platina El mejoramiento genético, aunque es una ciencia, también se considera un arte, otra descripción la hizo el científico ruso Nicolas Vavilov, que definió el mejoramiento genético como "la evolución dirigida por el hombre". Desde que el hombre se hizo sedentario y empezó con una agricultura básica, ha existido el mejoramiento de plantas. Al principio por selección de los mejores ejemplares y después con la evolución de las ciencias, con el manejo de cruzamientos y recombinaciones genéticas. La domesticación de especies fue el primer paso. En la actualidad aún se domestican muchas especies silvestres que tienen potencial agrícola. También, muchas de estas especies silvestres se utilizan como fuente de genes para introducir caracteres de interés a las especies actualmente en uso. La base del mejoramiento está en la explotación de la fórmula tradicional: Fenotipo (F) = Genotipo (G) + Medio Ambiente (E) + GxE Donde se puede lograr la obtención de diversos fenotipos mejorados a través de la manipulación del genotipo obteniendo nóveles combinaciones génicas y someterlas a diversos medio ambientes para determinar su adaptación. Los principales objetivos del mejoramiento genético se pueden clasificar en dos categorías, según Tinker (2008): Caracteres agronómicos o aquellos relacionados con la producción, tales como factores de rendimiento, resistencia a patógenos, altura de planta, dormancia de semillas, etc. Caracteres de calidad relacionados con la composi ción de la c osec ha, tale s co mo contenidos de proteínas, nutraceúticos, aceites, almidón, etc, que pueden tener importancia relativa para la salud humana y uso industrial. Entonces, analizando lo expuesto, qué desafíos tienen los mejoradores genéticos de hortalizas para la agroindustria?, por dónde se debe trabajar y qué mejorar? Estas son preguntas que tienen muchos aspectos relativos. No existe una respuesta cierta o más bien todas las respuestas pueden ser correctas. Cada país, cada compañía o Instituto y cada mejorador puede tener un planteamiento diferente, pero todos buscan una adaptación amplia a la mayoría de los medio ambientes, de manera de cubrir mayor superficie y que los caracteres mejorados se expresen de igual manera sin importar mayormente la presión agroclimática. En INIA, se ha decidido seguir una línea de orientación del trabajo en mejoramiento genético hortícola hacia la producción procesada de hortalizas, esencialmente contenido de azúcares, nutraceúticos, materia seca y calidad industrial. Por lo tanto, los objetivos están definidos, aunque siempre está abierta la posibilidad de mejorarlos o cambiarlos de acuerdo a las necesidades nacionales de mercado, sanidad u otro factor. Es así como se ha estado trabajando en pimiento y alcachofa principalmente, pero además se han hecho algunos adelantos en ajo, cebolla y maíz choclero. Sin embargo, con este proyecto se realizó a la vez un trabajo de colecta de berros y cardo penquero a lo largo y ancho de Chile, para realizar mejoramiento y obtener variedades para uso agroindustrial y consumo fresco. 16

2 Seminario: Avances y Desafios para la Agroindustria Hortícola de Exportación Pimiento y Ají (Capsicum spp.) Según Vavilov (1994), el centro de origen de esta especie es Sudamérica y América Central, pero la mayor diversidad genética se encuentra en México y Guatemala, aunque la distribución de parientes silvestres se encuentra desde el sur de Texas (EEUU) hasta Argentina, con importantes centros de diversidad genética para C. chinense y C. frutescens en la región amazónica. El proceso de selección de pimientos y ajíes ocurrió hace miles de años. Algunos científicos lo datan en años. Así, las formas de frutos y tipos de plantas de pimiento indican una extensiva selección por muchos grupos humanos y sobre muchas generaciones. En los últimos 100 años, se ha dado más importancia a la especie C. annuum en mejoramiento, probablemente por su más extensiva distribución geográfica por los exploradores europeos a través del mundo. Pero, el potencial de frutos más grandes puede ser también una razón para que se eligiera esta especie por sobre otras del mismo género. Ambos Capsicum tienen bastante importancia como alimento y condimento. Sin embargo, recientemente han recibido mayor atención por su potencial nutraceútico, debido a los altos niveles de fitoquímicos que presentan con muy buenos efectos en la salud humana. Estos incluyen carotenoides, flavonoides, ácido ascórbico, compuestos fenólicos y los pungentes capsicinoides. El mejoramiento genético ha estado muy orientado hacia la calidad de fruto, donde existen desafíos muy interesantes para obtener como uniformidad de frutos, concentración de cosecha y adaptación a diferentes medio ambientes. La concentración de cosecha es uno de los caracteres más buscados por los mejoradores, porque la floración en cada nudo con ramificación del pimiento lo estratifica e implica maduraciones diferidas. Por lo tanto, no hay cosecha mecanizada de frutos maduros de una sola vez. Para la industria de procesamiento, es muy importante lo anterior, como también la prolongación de cosecha. O sea, la generación de variedades tempranas y tardías para cubrir la mayor cantidad de tiempo las líneas de procesamiento. Siempre es importante el rendimiento de campo, pero para la industria es necesario tener variedades con pericarpio más grueso, que contengan mayor cantidad de materia seca y sólidos solubles. De esta manera se mejora también el rendimiento industrial. En este proyecto, se estudiaron muchas variedades de pimiento comerciales para observar su comportamiento agronómico e industrial y como se observa en el Cuadro 1, existe bastante diversidad de resultados para estas características entre las variedades actuales en el comercio. Los coeficientes de variación del análisis indican que se tiene mucha variabilidad para usar en mejoramiento genético en materia seca (50,8%) y sólidos solubles (89,1%), no tanto para grosor de pericarpio (18,6%), siendo este un carácter aparentemente más estable. Las variedades Calahorra y Cherokee presentaron muy buenas características para las tres variables evaluadas. Cuadro 1. Resultados de características de calidad industrial en pimientos comerciales. Temporada 2009/2010, INIA La Platina, RM. Grosor de Sólidos Materia pericarpio solubles Seca Variedad (mm) (ºbrix) (%) Aristotele 5,5 7,1 5,1 Aurelio F1 4,3 7,1 8,9 Baron 4,4 6,6 5,7 BSS 518 F1 5,1 7,0 7,2 Calahorra 5,0 7,7 10,0 California Wonder 4,1 8,1 6,8 Capistrano 5,2 6,9 7,1 Cherokee 5,3 7,8 9,4 CLX-225 5,1 6,1 5,0 Favolor F1 4,7 7,4 7,3 Finita F1 4,1 5,9 6,6 Impacto 3,8 7,2 4,2 Indra F1 5,4 8,0 5,9 Olímpico F1 5,4 6,3 6,6 Paloma 5,3 7,4 7,6 Phytosun R 4,2 7,5 5,5 Platero F1 5,6 7,3 8,2 Resistant 4,9 7,5 5,7 Snowdon F1 4,6 5,0 6,2 Stanley F1 4,0 8,1 8,2 Tambora F1 4,8 8,6 6,1 Tirano 4,0 9,6 6,3 Volga F1 5,4 7,1 5,0 Whitney F1 4,9 5,7 6,1 Promedio 4,8 7,2 6,7 Coef. de Variación 18,60% 89,10% 50,80% 17

3 La resistencia o tolerancia a Phytophthora capsici es uno de los factores relevantes para Chile y el mundo en mejoramiento genético de pimiento, siendo la enfermedad que más daño ha causado en las producciones comerciales. La mayoría de los suelos donde se produce pimiento, está infectado con el patógeno. Se ha identificado algunas fuentes de resistencia en parientes silvestres de Capsicum pungente, pero su introgresión ha sido difícil en pimiento. Sin embargo, ha habido algunas variedades que presentaron resistencia poligénica como Fyuco de la Universidad de Cuyo (Argentina), Resistant de Seminis y Phytosun R de Nunhems, pero han ido siendo desplazadas por otros híbridos, que aún sin tener tolerancia/resistencia, tienen mejor rendimiento de campo. Una solución sería la introducción de resistencia poligénica de tipo horizontal, donde varios genes aportan un poco de resistencia. Alcachofa (Cynara cardunculus var. scolymus L.) Esta hortaliza pertenece al Cynara, dentro de la familia Asteraceae y comprende siete especies nativas de la cuenca del Mediterráneo, dentro de las cuales, perteneciendo al complejo cardunculus, también están el cardo cultivado (C. cardunculus var. altilis L.) y silvestre (C. cardunculus var. cardunculus L.). Estas tres especies son completamente compatibles entre sí y los híbridos F1 son fértiles. Como en todo programa de mejoramiento genético, la elección apropiada del material parental a trabajar es esencial y normalmente es determinante en su éxito o fracaso. En alcachofa, se hace aún más exigente la caracterización y evaluación de diversos germoplasmas, debido a su plasticidad y respuestas al medio ambiente. Muchas veces ocurre que una planta tiene comportamiento diferente de acuerdo a las condiciones medio ambientales del año. Esta especie es propagada fundamentalmente de manera asexual, donde cada genotipo constituye un clon con homogeneidad fenotípica, independientemente de su constitución genética, pudiendo conformar este conjunto de clones una población. Actualmente, se han desarrollado cultivos de alcachofa a partir de variedades de semilla, lo cual ha permitido hacer un cultivo más sano. Dentro de los caracteres que se desea mejorar en alcachofa clonal es la obtención de poblaciones más homogéneas en lo referente a calidad de capítulos a cosechar para procesamiento industrial. Sin embargo, esta homogeneidad genética podría atentar contra la capacidad de respuesta que posee este cultivo a situaciones agroclimáticas adversas, al tener menor variabilidad disponible en la población. La precocidad es un carácter de mayor importancia para la agroindustria, por ello se buscan clones que posean esta característica de menor necesidad de temperaturas vernalizantes para emitir capítulos, de manera de conseguir 2 producciones por año. La calidad del capítulo es otro factor industrial de interés, idealmente se buscan plantas con capítulos compactos y cónicos, de manera que las pérdidas por procesamiento sean minimizadas. Estos y otros caracteres se pueden acelerar en mejoramiento con el uso de técnicas como cultivo de tejidos, que a la vez puede permitir la limpieza de virus de las plantas y mejoramiento asistido por marcadores moleculares. También, usando estrategias de mejoramiento como retrocruzas recurrentes se puede introducir caracteres de tolerancia a estrés hídrico utilizando genes de cardo silvestre colectado en zonas de secano costero. Esta estrategia ha sido implementada por INIA y está siendo aplicada en cruzamientos interespecíficos de cardo penquero y alcachofa tipo argentina. Cardo silvestre (C. cardunculus var. cardunculus L.) Esta es una planta que tiene un tremendo potencial hortícola e industrial, por su capacidad de prosperar en zonas bastante rústicas, el valor nutraceútico que posee y también valor genético por su adaptación a situaciones extremas. En Chile, siempre ha sido consumido desde principios de primavera como ensalada de "penca". Seguramente fue introducido por los conquistadores españoles hace algunos siglos y se adaptó muy bien a los ecosistemas chilenos. 18

4 Seminario: Avances y Desafios para la Agroindustria Hortícola de Exportación En el marco del proyecto se realizó una colecta de cardos en el año 2007/2008 desde el norte de la Región de Valparaíso hasta la Región del Maule. Al parecer, esta especie ha ido disminuyendo su área de ocurrencia, porque al sur del rio Maule no se encontró cardo penquero y en el resto de las regiones se colectó principalmente en el secano costero y algunas accesiones al interior, pero no cerca de la cordillera. Las accesiones colectadas fueron manejadas bajo manejo agronómico de cultivo, con distancias entre plantas como alcachofa, riego y fertilización completa. Estas tuvieron una respuesta muy fuerte al manejo y los resultados se presentan en el Cuadro 2, al ser comparadas con los datos tomados al momento de muestreo en el lugar de origen. En el Cuadro 2, se observa que sólo el contenido de sólidos solubles fue inferior bajo cultivo, probablemente debido a que las plantas tuvieron mayor contenido de agua y estaban menos concentrados al ser cultivadas bajo riego y con fertilización apropiada. Sin embargo, los valores de altura de planta y largo de hoja encontrados indican que casi se duplicaron. Por lo tanto, las plantas tuvieron mayor tamaño, factor de interés para la producción hortícola. El problema a solucionar o minimizar actualmente, es la presencia de espinas, esto se está realizando a través de retrocruzas con alcachofas. Otras variables evaluadas se presentan en el Cuadro 3, donde se observan otros caracteres no comparables con los de origen, por no tener esa información. Sin embargo, se observa que los coeficientes de variación para cada carácter tomando los promedios de las 66 accesiones evaluadas fueron suficientemente altos, lo cual indica que existe variabilidad genética como para realizar selecciones y mejoramiento genético en esta especie. Berros (Nasturtium officinale W.T. Aiton) El berro pertenece a la familia Brassicaceae. Es de origen Griego o del mediterráneo oriental y se desarrolla en regiones templadas de todo el mundo. Cuadro 2. Cuadro comparativo de parámetros evaluados in situ (IS), con plantas cultivadas en INIA La Platina (LP). Desv. Coef. Promedio Est. Máximo Mínimo de Var. Altura de Planta (cm) LP 128,1 36, ,35% Altura de Planta (cm) IS 63,6 18, ,48% Largo de Hoja (cm) LP 97,5 28, ,58% Largo de Hoja (cm) IS 74,8 15, ,26% Sólidos Solubles ( o brix) LP 4,1 1,8 11,7 0,7 43,74% Sólidos Solubles ( o brix) IS 7,2 2,8 17,2 4,3 38,43% Cuadro 3. Caracteres de cardo penquero bajo cultivo evaluados en INIA La Platina, RM. Desv. Coef. Promedio Est. Máximo Mínimo de Var. Cobertura de Planta (cm) 149,1 33, ,76% Ancho de Hoja (cm) 37,2 9, ,72% Diámetro Tallo de la base (mm) 20,5 6, ,39% Diámetro Tallo de la mitad (mm) 14,2 3, ,72% Grosor de Tallo (mm) 8,4 2, ,57% Porcentaje de Materia Seca (%) 12,5 3,0 21,3 6,7 24,05% Rendimiento de Jugo (cc/kg de MV) ,38% 19

5 Fue utilizado desde la antigüedad clásica, más como planta medicinal que como alimento. La primera referencia escrita que se tiene data es del año Desde el siglo XIX hasta nuestros días es una hortaliza habitual en los mercados europeos y norteamericanos. Es una planta perenne que crece espontáneamente a orillas de arroyos o lagunas. Los berros silvestres pueden ser perfectamente comestibles. Apreciado como una planta nutritiva rica en vitaminas A, C, fibra y minerales, especialmente calcio, fósforo y yodo. Además se l e atri buyen p ropied ades depurativas, antiescorbúticas y diuréticas. Con respecto a su introducción en Chile, no es endémica y fue introducida. No existe claridad en qué fecha fue, pero se tiene información que ya era recolectado durante el siglo XIX a la orilla de arroyos y esteros. Algunos textos de cocina lo citan como acompañamiento de ensaladas y otras comidas. Pero, esta hortaliza ha sido muy dejada de lado por los consumidores debido a los problemas que ha presentado por Fasciola hepática, parásito que se ubica en el hígado humano causando serios problemas a la salud. Este parásito que es una especie de platelminto trematodo, cumple parte de su ciclo en un caracol pulmonado de agua del género Lymnaea, produciendo cercarias. Las cercarias abandonan el caracol, tras un periodo de vida libre en el agua se enquistan sobre el berro, transformándose en metacercarias, las cuales son ingeridas por el ganado o por los humanos, los hospedadores definitivos. Se desenquistan en el duodeno y pasan a los conductos biliares, donde se originan los adultos que producen los huevos y abandonan el hospedador y cerrando el ciclo. El berro se desarrolla mejor en climas templados, pero a su vez tolera una amplia gama de temperaturas las que van desde los 5 o hasta los 23 o C, desarrollándose en perfectas condiciones. Crece a plena exposición solar. La parte sumergida de la planta soporta bien las heladas. Así en días fríos, la temperatura del agua determina la temperatura de la capa de agua situada inmediatamente encima, la cual es la zona donde se produce el desarrollo del berro, de manera que cuanta más alta sea ésta, mejor condición de protección se da en el cultivo. El berro es muy exigente en agua tanto en calidad como en cantidad. Esta exigencia se debe a que la planta obtiene el nitrógeno que necesita del agua, pues en el suelo, debido a las condiciones de anaerobiosis, la nitrificación casi no existe. La concentración deseable es de 8 ppm de nitrógeno, debiéndose aumentar el caudal o la fertilización si esta es menor. El ph del agua debe estar en el rango de 5.5 a 8. En el marco del proyecto se realizó una colecta de 53 accesiones de berros a lo largo del país, desde Papudo (Región de Valparaíso) hasta Constitución (Región del Maule), más dos accesiones en la Región de la Araucanía. Se planteó la necesidad de determinar la existencia de variaciones genéticas y de comportamiento de estas accesiones en un ambiente determinado para obtener plantas con fines agroindustriales. Por lo tanto, se realizaron ensayos para determinar las variaciones en características químicas y de floración en las accesiones colectadas de las diversas regiones, pero cultivadas en un mismo sitio. Las accesiones se plantaron durante la temporada 2008/2009 en piscinas en INIA La Platina (RM) en agua con oxigenación por un minuto cada hora. Se muestreó durante el periodo de crecimiento primaveral de septiembre a noviembre cada 15 días, midiéndose sólidos solubles, materia seca y floración al momento de la aparición del 75% de botones florales. La concentración de azúcares mostró bastante homogeneidad en promedio general entre Regiones (±7,5 o Brix). Sin embargo, hubo accesiones que destacaron por su mayor contenido de o Brix. En cuanto a floración, hubo accesiones bastante precoces, aunque se observó una buena distribución en el tiempo. La materia seca tuvo bastante variación entre accesiones y los promedios regionales. Uno de los desafíos de mejoramiento es la producción de berros libre de Fasciola. Para ello, se puede hacer producción de semillas y sembrar en aguas limpias o hidroponía, o también hacer plantas a partir de cultivo de meristemas, lo cual ya se hizo el estudio. El establecimiento in vitro de esta especie fue muy exitosa, cercana a 100%, en este mismo estudio se estudió la presencia de virus en las accesiones colectadas, mediante el test de 20

6 Seminario: Avances y Desafios para la Agroindustria Hortícola de Exportación Cuadro 4. Características químicas y precocidad de floración en accesiones colectadas de berros. Sólidos solubles (ºBrix) Materia Seca (%) Precocidad Región Nº accesión Promedio Máximo Mínimo Promedio Máximo Mínimo Días Coquimbo 14 7,8 11,5 3,6 15,2 18,0 8,8 29 Coquimbo 16 7,7 13,0 3,9 19,2 25,2 13,4 29 Coquimbo 17 7,4 12,4 5,5 18,4 21,0 14,8 50 Coquimbo 13 7,0 12,3 3,3 19,5 24,4 12,8 24 Coquimbo 15 6,9 10,1 5,3 16,6 23,0 10,8 0 Valparaíso 51 9,0 14,0 6,5 19,7 21,4 18,8 29 Valparaíso 50 8,4 11,3 4,4 15,6 17,8 13,8 38 Valparaíso 22 8,3 11,2 6,5 18,2 21,6 11,8 29 Valparaíso 21 7,8 10,9 5,2 14,0 16,8 10,0 16 Valparaíso 23 7,4 11,0 5,3 16,8 20,2 10,8 16 Valparaíso 49 7,2 9,4 5,8 13,4 15,8 8,8 29 Valparaíso 24 7,2 9,7 5,7 14,2 16,8 11,6 38 Valparaíso 29 7,1 9,3 5,1 15,1 17,8 13,2 29 Valparaíso 48 6,9 10,9 3,9 18,4 21,4 14,4 38 Metropolitana 1 7,7 11,5 4,8 18,4 24,0 12,8 38 Metropolitana 5 7,8 10,3 5,6 16,8 20,2 12,4 38 Metropolitana 4 7,6 12,4 5,2 15,7 18,0 13,2 43 Metropolitana 3 7,5 10,7 4,7 18,7 28,0 13,6 29 Metropolitana 2 7,3 10,6 4,4 22,3 24,4 20,2 29 Metropolitana 27 7,2 13,3 5,3 15,1 16,4 14,4 50 Metropolitana 47 7,3 10,6 3,3 18,7 20,0 18,0 43 Metropolitana 28 6,5 8,8 5,3 14,9 15,8 13,0 38 Metropolitana 37 6,6 8,1 5,3 15,9 19,4 11,8 38 O'Higgins 20 8,6 11,5 6,7 18,8 25,6 11,0 56 O'Higgins 33 8,2 12,9 5,5 17,8 21,0 11,2 38 O'Higgins 18 8,0 11,5 5,6 15,2 17,0 11,6 56 O'Higgins 31 7,7 10,1 5,6 15,8 19,6 11,0 38 O'Higgins 38 7,6 11,0 5,2 18,4 23,6 10,8 29 O'Higgins 40 7,6 11,5 5,9 18,0 18,8 17,6 43 O'Higgins 45 7,8 10,8 4,7 17,9 20,6 13,6 50 O'Higgins 19 7,1 10,0 4,6 15,3 20,4 11,0 56 O'Higgins 30 7,5 11,8 2,7 19,5 20,8 18,8 O'Higgins 32 7,1 10,8 3,4 13,4 18,0 8,0 O'Higgins 41 7,3 10,3 5,1 12,2 13,0 11,8 50 O'Higgins 42 7,4 9,0 5,7 15,7 18,2 10,0 43 O'Higgins 43 7,5 9,6 4,1 16,6 22,0 11,6 0 O'Higgins 44 7,2 11,3 5,4 16,1 18,4 9,8 50 O'Higgins 46 7,3 10,2 5,2 16,4 20,8 11,4 29 O'Higgins 39 6,5 10,0 4,5 17,4 23,6 11,2 29 Maule 11 8,5 12,0 6,4 17,2 22,6 11,6 50 Maule 6 7,9 9,7 6,2 16,7 19,4 12,2 8 Maule 12 7,7 9,9 5,7 17,8 24,6 12,0 43 Maule 7 7,1 8,8 5,6 19,8 36,0 8,8 43 Maule 8 7,4 9,8 5,7 17,8 24,8 10,6 29 Maule 9 7,0 8,7 5,3 13,9 17,6 8,2 43 Maule 10 7,0 9,8 4,7 17,7 22,0 11,2 0 Maule 25 7,0 10,5 5,5 19,1 20,2 18,6 38 Maule 26 7,1 11,1 5,1 16,7 19,6 11,6 0 Araucanía 34 7,6 12,7 5,4 17,3 20,8 10,8 38 Total 7,5 14,0 2,7 16,9 36,0 8,0 21

7 ELISA indirecto, determinando la presencia de Potyvirus en el material de campo y en el cultivado in vitro. Se cuenta con el protocolo de establecimiento y la próxima meta es realizar limpieza de virus y evaluar potencial productivo entre material con presencia de virus y material libre de virus. Por otra parte, se ha estado realizando una selección de accesiones caracterizadas por diferentes precocidades, de manera de cubrir el mayor tiempo de producción con material de calidad. BIBILOGRAFÍA Tinker, N.A. (2008). "Plant Breeding.", in Stewart, C.N.Jr. (ed.) - Plant Biotechnology and Genetics: Principles, Techniques and Applications, Wiley InterScience, Chapter 3, pp Vavilov, N.I. (1994). Origin and geography of cultivated plants. Cambridge Universty Press. 500pp. En conclusión, muchos trabajos de mejoramiento genético de hortalizas están aún por realizarse, los desafíos son grandes, muchas otras especies se pueden trabajar y se deben tomar como un proyecto país para lograr avances reales. Las iniciativas están, existen fondos disponibles en la actualidad, pero qué nos depara el futuro?. 22