Hitos de la mejora genética en cereal de invierno CEBADA I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 1 de 40 Por qué trabajar sobre la cebada? Mayor área dedicada a un único cultivo en España, 3-3.5 millones ha Pocas alternativas agronómicas Poca mejora privada de cebada en España Tenemos mucha diversidad, poco utilizada, y los medios para acceder a ella I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 2 de 40 1
Estación Experimental de Aula Dei, CSIC Ana M. Casas M. Pilar Gracia Ernesto Igartua Bruno Contreras Carlos P. Cantalapiedra Jorge Loscos Vanesa Martínez (Blanca Medina) (José Manuel Lasa) Blanca Abad, Pilar Asín, Teresa Acín, Pilar Becerrica, Clarisa Gracia IRTA, UdL Lleida Marian Moralejo José Luis Molina-Cano ITACyL Valladolid Francisco Ciudad ITAP Albacete Prudencio López Fuster Juan Escribano I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 3 de 40 Cebada 2000-2010 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 4 de 40 2
La mayor parte de la cebada cultivada en España es de dos carreras, mientras que la mayoría de las variedades tradicionales eran de seis carreras: verdadera ventaja o sesgo de la mejora? I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 5 de 40 La mayor parte de la cebada se usa para alimentación animal, pocas zonas de secano son propicias para la cebada de calidad maltera Bajo uso de semilla certificada que, hasta ahora, ha retraído el interés de la mejora privada I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 6 de 40 3
Investigación en cebada en España Barley + country (in address) Barley + country (in address) + breeding or genetics Número de artículos en el Science Citation Index 2000-2013 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 7 de 40 Las variedades tradicionales se desarrollaron en el marco de un cultivo tradicional 8 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 8 de 40 4
Orígenes de accesiones de cebada en bancos de germoplasma Global Biodiversity Information Facility I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 9 de 40 Mejora de CEBADA DE INVIERNO Cuenca Mediterránea Orígenes de accesiones de cebada de Europa Global Biodiversity Information Facility ESPAÑA:Centro Recursos Fitogenéticos-INIA I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 10 de 40 5
Mejora moderna de la cebada: siglo XX RESISTENCIA A ENFERMEDADES CALIDAD MALTERA FERTILIZACION Y MECANIZACION 11 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 11 de 40 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 12 de 40 6
Fertilización moderna: encamado, necesidad de variedades de talla reducida I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 13 de 40 Historia de la mejora de cebada moderna en Europa, siglo XX Etapas de la mejora moderna de cebada en Europa G Fischbeck 1992, W Friedt 2011 1. Selección en variedades locales DIVERSIDAD 2. Cruzamientos entre variedades de varios orígenes: Suecia, Chequia, Alemania, Reino Unido (primavera) Holanda, Canadá, Francia (invierno) 3. Introducción de nuevas resistencias a enfermedades 4. Nuevos ciclos de recombinación I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 14 de 40 7
Baviera Moravia Suecia resistencia enfermedades resistencia enfermedades Baviera resistencia enfermedades Talla corta UK Moravia Suecia CEBADA DE PRIMAVERA Friedt 2011 resistencia oídio + calidad Suecia Moravia Baviera ++ calidad +++ calidad +++ calidad I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 15 de 40 Mejora de CEBADA DE INVIERNO Europa (G Fischbeck, 2003) I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 16 de 40 8
Mejora de CEBADA DE INVIERNO. Cuenca Mediterránea. Importación de variedades Programas de mejora locales (Italia, España, etc) Pero también: Variedad local Variedad local Variedades locales Albacete Tokak Varios cultivares España Turquía ICARDA I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 17 de 40 Por qué no ha tenido el mismo éxito la mejora de cebada en la cuenca Mediterránea que en otros países de la Europa Central y del Norte? Variabilidad climática de los ambientes mediterráneos Estreses abióticos, en especial la sequía Factores de adaptación (y los genes que la causan) no reconocidos hasta ahora I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 18 de 40 9
I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 19 de 40 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 20 de 40 10
Variabilidad en la disponibilidad de agua. Serie de precipitación histórica durante la primavera en el aeropuerto de Zaragoza. Gobierno de Aragón, 2012 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 21 de 40 Qué esperanzas tienen los mejoradores actuales de continuar con el progreso en la obtención de variedades y, en especial, se puede esperar un mayor progreso para áreas de clima mediterráneo? MUCHAS! Dos herramientas fundamentales: Diversidad genética, bancos de germoplasma Acceso a la diversidad genética mediante biología molecular y bioinformática I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 22 de 40 11
Colección nuclear de cebadas españolas: http://www.eead.csic.es/eead/barley/index.php Igartua et al, 1998, Genet Res Crop Evol; Lasa et al, 2002, Hereditas I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 23 de 40 Cebadas españolas: comportamiento agronómico depende del ambiente Igartua et al. 2010, Proceedings of the 10th IBGS I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 24 de 40 12
Days to heading 30/01/2014 Cebadas españolas: resistencias a enfermedades Silvar et al. 2009, Plant Breeding I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 25 de 40 Adaptaciones de las cebadas españolas B AL Sensibilidad a vernalización (VrnH1) en función del clima de la localidad de origen 160 140 120 100 80 0 days 15 days 30 days 45 days dura a dad ana Clasificación Papadakis Climate climática Classification de Papadakis Temperate Mediterráneo Mediterranean templado Fresh Mediterráneo Temperate templado Mediterranean fresco Subtropical Mediterráneo Mediterranean subtropical Mediterranean Mediterráneo marítimo Maritime Continental Mediterráneo Mediterranean continental HvBM5 VrnH1 intron Alelo VrnH1 1allele VrnH1-4 1200 bp VrnH1-6 4850 bp 60 40 20 0 Typical winter VrnH1-6 VrnH1-4 Typical spring VrnH1 allele Igartua et al, 2012. Proceedings 11th IBGS Casao et al. 2011, J Exp Bot I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 26 de 40 13
Adaptaciones de las cebadas españolas Sensibilidad a fotoperiodo corto (PpdH2) en cebadas de invierno 50 44 N N N Casao, Karsai et al. 2011, BMC Plant Biology I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 27 de 40 Adaptaciones de las cebadas españolas Sensibilidad a fotoperiodo largo (PpdH1) Cockram J et al. 2007 I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 28 de 40 14
Adaptación Las cebadas seleccionadas ancestralmente en condiciones mediterráneas tienen al menos tres mecanismos principales para asegurar que la floración ocurre en el momento óptimo, evitando las heladas y el calor del final de la primavera: 1. Genes de vernalización adaptados al frío invernal de la zona 2. Gen de sensibilidad a los días cortos para asegurar el progreso del ciclo de crecimiento aunque falle la vernalización 3. Finalmente, gen de sensibilidad a los días largos, para evitar una floración excesivamente tardía, incluso aunque hubieran funcionado los dos mecanismos anteriores Además, otros genes permiten un ajuste fino de la floración según el régimen general de temperaturas Estos mecanismos aún no han sido incorporados de un modo consciente a programas de mejora para climas mediterráneos I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 29 de 40 Ejemplo de mejora posible: modificación de vernalización sin afectar a tolerancia a la helada Cruzamiento Plaisant x línea española número 58 Vernalización: 60 días Tolerancia a helada (70% supervivencia a -13 ) sin cambios 15 días Casao et al. (2011) Mol Breeding I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 30 de 40 15
Materiales desarrollados de cebadas españolas para mejora y para evaluar caracteres agronómicos Población Tipo Objetivo SBCC097 x Plaisant RIL Oídio, floración SBCC145 x Beatrix DH Oídio, rincosporiosis, floración altura SBCC154 x Beatrix DH Rincosporiosis, floración, altura, tipo de espiga SBCC042 x Cierzo BC2 RIL Rendimiento SBCC073 x Cierzo BC2 RIL Rendimiento SBCC016 x Esterel RIL Vernalización SBCC157 x Hispanic BC3 Vernalización, tolerancia a frío SBCC058 x Plaisant BC3 Vernalización, tolerancia a frío I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 31 de 40 Avances de la Biología Molecular Se dispone de herramientas de precisión para marcar el genoma, buscar genes y moverlos con agilidad (sin transgenia) Secuencia del ADN de la cebada publicada en noviembre de 2012 Recursos genómicos abundantes Marcadores moleculares: BARATO Ensayos de campo, FENOTIPACION: CARO I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 32 de 40 16
EXPRESBAR I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 33 de 40 EXPRESBAR I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 34 de 40 17
Presente y futuro de la mejora Mejora clásica sigue siendo esencial Mejora de precisión, asistida por marcadores moleculares (no transgénica), GENERALIZADA Mejora defensiva, mantener lo bueno que se conoce de los cultivares actuales, y mejorar el resto Métodos acelerados: haplo-dipoidización Hallazgo de genes muy facilitado por la existencia de secuencia de ADN y de acceso a la secuenciación. Impacto sobre enfermedades, sequía? Colaboración público-privada para acceder a todo el potencial de la tecnología Cebada híbrida I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 35 de 40 Programa Nacional Público de Mejora de Cebada I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 36 de 40 18
Avance espiga-surco, independiente por localidades 24 espigas 50 espigas 12 espigas 30/01/2014 Programa nacional de mejora de cebada 1. Cruzamientos 30 cruzamientos x 4 ( L,V, Z, A) F 1 Lleida-Valladolid-Zaragoza-Albacete 2. Selección F 2 120 x 4 (L,V,Z, A) selección independiente F 3 5.000 x 4... (L,V, Z, A) F 4 1.000 x 4 (L.V, Z, A) SELECCIÓN GENEALÓGICA selecciones de otras localidades (L,V,Z, A) Ensayo de rendimiento, independiente F 5 400 x 4 (L,V, Z, A) F 6 60 x 4 (L,V, Z, A) F 7 30-35 x 4 (L,V, Z, A) F 8 32 (L,V, Z, A) F 9 16 (L,V, Z, A) F 10 10 (L,V, Z, A) Multiplicación Multiplicación Multiplicación 50 surcos 50 surcos selección G0 y espigas Semilla para registro: identificación- multiplicación p=25% 400 líneas, opcional p=33% 240 líneas, 4 ambientes p=33% 100 líneas, 4 ambientes p=50% 32 líneas, 8 ambientes p=50% 16 líneas, 8 ambientes 10 líneas, 8 ambientes Ensayos de rendimiento, con las selecciones de las tres localidades 3. Registro Selección y envío a Registro de variedades CIERZO ESTRELLA TARDANA YURIKO LAVINIA I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 37 de 40 Programa Nacional Público de Mejora de Cebada I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 38 de 40 19
Gracias por su atención igartua@eead.csic.es I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 39 de 40 20