GENETICA Y MEJORA VEGETAL:

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1 GENETICA Y MEJORA VEGETAL:
MÉTODOS DE MEJORA EN PLANTAS AUTÓGAMAS

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3 Hibridación y combinaciones génicas.
Cuando un mejorador cruza 2 variedades de una planta autógama, su preocupación es: 1) Conocer los límites y naturaleza de la variabilidad en F2, o primera generación segregante. 2) El progreso de la población hacia la homocigosis completa. 3) La naturaleza de la combinación génica más adecuada.

4 Factores que afectan a la recombinación génica en F2
Cuando se realiza un cruzamiento entre líneas puras, la F1 es genotípicamente heterocigótica y fenotípicamente homogénea. En la F2 de dicho cruzamiento aparecerán genotipos recombinantes; su número dependerá de los siguientes factores: 1- Número de genes diferentes en ambos parentales. 2- Número de alelos en cada locus. 3- Ligamiento génico frente a segregación independiente. 4- Diferencias estructurales en los cromosomas.

5 Número de genes diferentes en ambos parentales
Es muy difícil concebir un cruzamiento entre 2 variedades de un cultivo, que produzca un híbrido que no sea heterocigótico para un número considerable de genes en loci diferentes. El número de loci diferentes entre ambos parentales determinará el número de genotipos y fenotipos obtenidos en un cruzamiento donde suponemos que no existe ligamiento entre los genes en cuestión. El mayor problema que se le presenta al mejorador es manejar dichas poblaciones en las que el número de genotipos es grande, aún cuando los padres difieran en pocos pares génicos.

6 Relación entre número de loci heterocigotos en plantas F1 y el número de genotipos y fenotipos en F2. Número de loci Heterocigotos Gametas diferentes en F1 Genotipos diferentes en F2 Genotipos totales en F2 1 2 3 4 9 16 8 27 64 81 256 10 1.024 59.049 21 n 2n 3n 4n

7 Número de alelos en cada locus
En un cruzamiento entre 2 líneas puras o líneas consanguíneas, cada locus tendrá un máximo de 2 alelos diferentes, uno por cada variedad. El número de genotipos se incrementa de forma considerable cuando se incrementa el número de loci que presentan más de 2 alelos por locus. Ej: si los parentales difieren en 3 loci, con 2 alelos cada uno de ellos, tendremos un total de 27 genotipos (3n), pero si hay 4 alelos por locus, los genotipos posibles son ...

8 Ligamiento El ligamiento afecta a la frecuencia de las combinaciones génicas, favoreciendo las combinaciones parentales a expensas de las recombinantes. La magnitud del efecto será dependiente del grado de ligamiento.

9 % de individuos AB/AB (o ab/ab) en F2 si la F1 es
Efecto del ligamiento sobre la proporción de genotipos AB/AB esperados en F2 a partir del doble heterocigota, AB/ab or Ab/aB. Recombinación % de individuos AB/AB (o ab/ab) en F2 si la F1 es AB/ab (acoplamiento) Ab/aB (repulsión) 0,50 6,25 0,25 14,06 1,56 0,10 20,25 0,02 24,01 0,01 24,50 0,0025 p ¼ (1-p)2 ¼ p2

10 Ejemplo considerando el efecto del gen T (Turkey) y R (Río) que ofrecen a las variedades de trigo portadoras la resistencia a roya Ambos genes se encuentran ligados a una distancia de 15 unidades de mapa (m.u). La variedad Turkey 3005 resistente es de genotipo TTrr y la variedad Río, también resistente, es ttRR. Ambos genes están presentes en la variedad Turkey Si esta variedad se usara como fuente de resistencia en un cruzamiento con una variedad susceptible (ttrr) el 81,9% de las plantas serían resistentes debido a la presencia de uno de los dos genes o de ambos. De las plantas resistentes el 83,1% tendrían ambos genes de resistencia y de éstas resistentes el 22% tendría ambos genes en homocigosis. Si estos genes hubieran sido independientes, el 93,75% de las plantas habrían sido resistentes en F2 , pero sólo el 60% podría tener ambos genes de resistencia, y sólo el 6,25% sería homocigótico para ambos genes. Si los genes de resistencia vinieran de los parentales Turkey 3005 (TTrr) y Río (ttRR), la recombinación seguiría otro patrón. Aproximadamente el 0,5% de las plantas de la F2 , podrían ser resistentes y sólo el 6% podrían ser homocigóticas para ambos genes de resistencia.

11 Proporción de genotipos en F2 cuando se consideran 2 genes para resistencia: (1) asumiendo ligamiento del 15% cuando entran al cruzamiento en fases de acoplamiento y repulsión. (2) asumiendo que no hay ligamiento Genotipo Fenotipo RT/rt (%) Rt/rT (%) RrTt (%) TTRR Resistente 18.06 0.56 6.25 TtRR 6.37 12.50 TTRr TtRr 37.25 25 TTrr Ttrr ttRR ttRr ttrr Susceptible

12 Algunas veces el ligamiento entre dos genes lleva implícito un bloque en el que uno de los dos genes tiene un efecto deseable y el otro no. Ej: en Triticum timopheevi Existe ligamiento casi absoluto entre el gen que confiere resistencia a la roya del tallo y el carácter madurez tardía. Después de trabajar con poblaciones muy grandes, se obtuvieron variedades resistentes con madurez temprana.

13 Es importante darse cuenta que cuando 2 líneas puras se cruzan, el número máximo de combinaciones génicas diferentes se obtiene en la F2 . Por tanto, las F2deben ser poblaciones segregantes tan grandes como sea posible la superficie de tierra disponible y el programa lo permita. Poblaciones de gran tamaño no tienen sentido en generaciones sucesivas (F4 …Fn ) porque el número de homocigoto se irá incrementando.

14 Diferencias estructurales en los cromosomas
Las diferencias estructurales en los cromosomas que se producen espontáneamente, pueden también afectar al porcentaje de recombinación entre caracteres. Por ejemplo, suponiendo que los genes que cooperan con éxito estén en el mismo cromosoma, las inversiones afectarán las relaciones espaciales y el grado de cooperación entre ellos. Las inversiones que traigan como consecuencia acercar más genes que cooperen con éxito, serán favorecidas por la selección natural, ya que permitirán que los genes se hereden como unidad dado que los serán poco frecuentes. En el caso de translocaciones recíprocas, éstas producen una nueva relación de enlace entre los genes, pero no constituyen un impedimento para el sobrecruzamiento excepto en el área inmediata al punto de rotura y translocación.

15 Generaciones siguientes a la F2
En la F3 y generaciones siguientes, se produce un aumento de la homocigosis y disminución de la heterocigosis. Por lo tanto, las poblaciones híbridas se convierten en una mezcla de genotipos homicigóticos. La proporción de heterocigóticos en una generación Ft vendrá dada por: siendo t = el número de generación y m = el número de generaciones segregantes, desde la F2 en adelante.

16 Genotipos homocigóticos:
La proporción de plantas homocigóticas es de fundamental interés para el mejorador, ya que dichos tipos sirven de base para las nuevas variedades. La proporción de homocigóticos será: Si los parentales difieren en más de un locus el número de genotipos homocigóticos se calcula utilizando la fórmula: Donde “m” es el número de generaciones segregantes a partir de la F2 y “n” es el número de loci heterocigóticos en F1.

17 Por expansión de la binomial (1+(2m-1))n se puede obtener la composición génica de cualquier generación de una línea pura. En la expansión de la binomial el primer exponente de cada término corresponde a los genotipos heterocigóticos y el segundo corresponde al número de loci homocigóticos. Si se tiene una población F1 , originalmente heterocigótica para 4 loci y se autofecunda durante 5 generaciones, es decir F6 , la situación será: m=5 n=4

18 Reducción del tiempo necesario para obtener un homocigótico completo
Dado que se necesitan varias generaciones para lograr homocigosis completa en una población híbrida los mejoradores han ideado otros procedimientos. Actualmente, se puede cultivar in vitro , anteras, ovarios, y embriones haploides, obteniéndose plantas haploides. La duplicación de los cromosomas de un haploide, dará lugar a lo que se denominan dihaploides, que son individuos homocigóticos para todos los loci. Sin embargo, para algunas especies y para algunos genotipos todavía no se ha podido poner a punto estos métodos.

19 El éxito en la mejora de plantas a través de hibridación se logra, si se tienen en cuenta las siguientes consideraciones: 1) los objetivos están claramente definidos. 2) los padres seleccionados reúnen los requisitos que se buscan. 3) se utilizan los métodos de hibridación apropiados. 4) las poblaciones híbridas se manejan adecuadamente.

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21 Objetivos Antes de iniciar un proceso de mejora, hay que conocer perfectamente bien el cultivo, a fin de detectar cualquier causa que pueda limitar su productividad o aceptabilidad. Lo primero de todo es fijar objetivos claros de mejora del cultivo. Lo deseable es mantener las características de las mejores variedades del área. Por tanto, los objetivos estarán relacionados con la mejora de uno o varios de los caracteres presentes en las variedades que ya existen.

22 Elección de parentales
Una vez fijados los objetivos de la mejora de una planta, es decir, proyectado por el mejorador el genotipo ideal que desea obtener, es de fundamental importancia una buena elección de los parentales o genitores para el cruzamiento. Generalmente se partirá de 2 parentales que entre ambos reúnan los genes que en conjunto forman el genotipo ideal. Si entre el material que tiene a su disposición el mejorador encuentra varios genotipos posibles, para cada uno de los parentales, será conveniente elegir aquella pareja de parentales que, aparte de las características complementarias en las que forzosamente difieran, se parezcan lo más posible, para restringir así la amplitud de las segregaciones.

23 Realizar los cruzamientos
Hacer los cruzamientos es lo que menos tiempo ocupa en un programa de mejora. Es necesario emascular, es decir, quitar las anteras de las plantas que actuarán como parental femenino o como madre y aislarlas, para que no reciban el polen no deseado. Más tarde cuando el estigma esté receptivo, se transfiere el polen de la planta que se desea que actúe como parental masculino. En algunos casos se pude sembrar a diferentes tiempos con el fin de que solapen la maduración de la parte femenina y masculina. Los híbridos pueden hacerse en campo o en el invernadero o en cámara de cultivo.

24 Emasculación La emasculación consiste en quitar las anteras con pinzas. Sin son muy pequeñas se hace por succión. La extracción de las anteras se hace cuando se aproximan a la madurez. Se descarta toda flor que haya comenzado a echar polen así como cualquier flor que esté muy inmadura. Las flores emasculadas se cubren con bolsas de papel para prevenir polinización accidental.

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26 Polinización La polinización es un proceso menos preciso que la emasculación. El polen puede transferirse rompiendo una antera madura sobre el estigma. En muchos casos, puede hacerse una recolección masal del polen y transferirse con una espátula o con un pincel sobre el estigma. En otros casos, se espolvorea todo el polen sobre el estigma. Las polinizaciones se llevan a cabo por lo general el día después de la emasculación, pero este tiempo varía entre las especies. El ambiente influye considerablemente en el tiempo de realización de la emasculación y la polinización, razón por la cual se debe experimentar cuidadosamente cuál es el tiempo apropiado para cada especie. Por último, cada planta se marca para registrar el cruzamiento realizado y la fecha en que se realizó.

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28 Selección individual:
Se basa en la elección de las mejores plantas dentro de una población en la que exista variabilidad. Se debe eliminar de forma drástica la mayor parte del material, sobre todo cuando existen limitaciones de dinero, tiempo y espacio que restringen el número de líneas a cultivar en las siguientes generaciones. Cultivar para su observación líneas de las descendencias de las plantas seleccionadas de forma individual. Se evaluarán de forma visual, durante algunos ciclos y se eliminarán aquellas líneas con defectos aparentes o que no respondan al ideotipo previamente establecido. Dependiendo del carácter que queramos seleccionar, habremos de recurrir al establecimiento de las condiciones idóneas para poder realizar la selección.

29 La tercera etapa y última comienza cuando el mejorador ya no puede decidir que líneas conserva basándose sólo en la percepción visual. En este momento se necesita recurrir al diseño de experiencias que permitan una evaluación estadística posterior. En este tipo de experiencias se evalúan no solo las líneas seleccionadas entre si, sino también frente a algunos cultivares comerciales que permitan establecer si efectivamente nuestro nuevo material va a ser, al menos, igual que los preexistentes en el mercado. Este último periodo necesita unos tres ciclos para su conclusión. El éxito de este método esta directamente relacionado con la cantidad de variabilidad existente en las poblaciones de partida. Por ello sus grandes logros fueron cuando aún existían un gran número de variedades esperando su explotación. La mayor parte de las características de las variedades locales de los países de agricultura más avanzada, han sido ya aprovechadas, y por ello el método es menos valioso que en el pasado. Los únicos éxitos actuales podrían ser para algún carácter que hasta la fecha haya carecido de importancia y que todavía esté presente en estas variedades.

30 Selección masal: La principal diferencia con la selección individual, es que aquí se conservan la mayoría de las líneas de la población de partida. El proceso consiste en la eliminación de las plantas que se desvían del ideotipo. No en la selección de plantas individuales. Presenta una ventaja importante frente a la selección individual, que se deriva de la seguridad y rapidez con que se puede realizar la mejora de variedades locales. Se ha demostrado que lo que resta después de desechar las líneas claramente improductivas y defectuosas, conserva las mejores características de la variedad original, en cuanto a adaptación general y a rendimiento, y puede entregarse a los agricultores sin necesidad de los ensayos extensivos que necesitan las líneas puras. No existe demostración experimental que indique el tamaño de la población en que se han de realizar las selecciones o la proporción de líneas que se han de conservar. Cuando las circunstancias lo permitan, es aconsejable trabajar con poblaciones de varios centenares. Si se eliminan muy pocas líneas el avance obtenido mediante la selección será mínimo. Por otra parte si la eliminación es drástica puede poner en peligro la capacidad de adaptación de la nueva variedad.

31 En general, seleccionando al principio en grandes poblaciones y no eliminando más del 25% de las líneas, quedará el suficiente número de tipos para no alterar las características agronómicas de la variedad. Este criterio conservador tiene dos grandes ventajas: El mejorador no tiene que ensayar el nuevo tipo y puede por tanto dedicar más tiempo a otros programas de mejora. 2) La supresión de los ensayos estadísticos acorta mucho el tiempo que se tarda en entregar al mercado una nueva variedad. Existe otra función importante de la selección masal, y es su empleo en la purificación de variedades. Para eliminar las mezclas, mutantes o híbridos no deseados que puedan aparecer en los ciclos de multiplicación de estas variedades.

32 Aspectos a tener en cuenta y que condicionan el éxito del proceso:
El efecto básico es cambiar las propiedades genéticas de una población, de modo artificial, por medio de la elección de unos individuos con ciertas características que van a utilizarse como progenitores de la siguiente generación. La selección modifica las frecuencias génicas. La variación de dichas frecuencias nos dará una idea de la acción de la selección sobre la población. Esto sólo es factible en aquellos caracteres que muestran una variación discreta y una gran parte de los caracteres de interés agronómico muestran variación continua. Para estos caracteres no es factible medir el cambio de frecuencias génicas porque no se puede trabajar con un solo de los loci involucrados en el carácter. Por lo tanto tenemos que describir los efectos de forma diferente. Esta descripción se realiza en términos de parámetros poblacionales, medias varianzas y covarianzas. Para ello se estudia la distribución de frecuencia del carácter en la población. Se ha comprobado que esta puede ser modelizada como una distribución normal.

33 2) Definiremos Respuesta a la Selección, como la diferencia entre el valor medio de la descendencia de la población seleccionada y el valor medio de la población parental. Se simboliza por R. El objetivo es obtener un R máximo por generación, para ello hay que tener en cuenta: 3) Sólo es aplicable la selección, cuando la población de partida este formada por un conjunto de líneas puras, es decir cuando exista variabilidad genética. 4) Si la heredabilidad es alta, la selección de los mejores fenotipos, conducirá a la elección de los mejores genotipos y el método será eficaz. Además como la heredabilidad se relaciona con la varianza genotípica de la población de partida, cuanto mayor sea dicha varianza, mayor será la respuesta a la selección que podamos obtener. 5) La heredabilidad puede ser maximizada, minimizando el efecto ambiental, planificando diseños con repeticiones y controlando muy bien las condiciones de cultivo. Así unas buenas prácticas culturales pueden aumentar la respuesta a la selección.

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35 Método genealógico o Pedigree:
DEFINICIÓN: como su nombre lo indica, el método supone llevar un registro permanente de la relación de descendencia de todos los individuos y familias en cada generación. El registro genealógico (pedigree) consiste en una serie de anotaciones que dan las relaciones entre las familias criadas. No hay razón de llevar un registro detallado de un gran numero de caracteres y menos aún de gastar tiempo y esfuerzo en familias destinadas a ser eliminadas por deficiencias evidentes.

36 De cada familia se anotan las características más destacadas evitando anotar aquellas triviales, que puedan comprometer la eficiencia del método, pues esto representa consumo innecesario de tiempo y esfuerzo. La utilidad del registro genealógico está en evitar seleccionar demasiados individuos o familias que estén estrechamente relacionados, por lo que la selección final viene a constituir una selección de genotipos homocigotas provenientes de diferentes familias. El método genealógico debe poseer las siguientes características: 1.El proceso de selección debe iniciarse en la primera generación segregante. 2. Como la heterocigosis decrece rápidamente a consecuencia de la autogamia, las progenies de las plantas individualmente seleccionadas desde la F2 a la F6 tienden progresivamente a ser menos segregantes, así que la selección de plantas individuales es de mayor relevancia en las primeras generaciones. 3.Contrariamente a lo que ocurre con la heterocigosis, la homocigosis se incrementa rápidamente desde la F2 hasta la F6. esto produce en la generación F3 la aparición de diferencias familiares y en generaciones posteriores la disminución de la variabilidad dentro de familias e incremento de la variabilidad entre familias. En consecuencia, en las generaciones posteriores a la F3 se debe dar un mayor énfasis a la selección entre familias y disminuir la selección plantas individuales dentro de las familias seleccionadas.

37 Ventajas e inconvenientes del método pedigree
permite más oportunidades que cualquier otro método para evaluar los resultados del cruzamiento si el mejorador conoce bien el cultivo y es lo suficientemente habilidoso para estimar el comportamiento en campo de cada planta en particular. Si no se tiene este conocimiento es mejor no iniciar un programa de mejora, utilizando esta metodología, ya que el método de selección masal permite lograr homocigosis con mucho menos trabajo. La pregunta por tanto es: ¿qué puede lograrse seleccionando en generaciones muy tempranas cuando en ese momento sólo se trabaja con plantas aisladas?. Para caracteres cualitativos, tales como resistencia a enfermedades (en presencia de la enfermedad) altura, color de la flor, forma del fruto, etc, este método permite la eliminación temprana de los tipos que no tienen futuro alguno. De esta forma, se ahorra tiempo y espacio para el material prometedor. Los mejoradores generalmente recurren a técnicas especiales que identifican las plantas deseables en generaciones tempranas. Estas técnicas incluyen: Epidemias artificiales (en campo o en invernadero), pruebas de temperatura , microtests de calidad.

38 Los caracteres cuantitativos (especialmente los relacionados con el rendimiento) son difíciles de evaluar en generaciones tempranas. Un problema importante es que el comportamiento de una sola planta en un área muy grande es totalmente diferente al que tiene una población creciendo en el mismo área. El problema se complica aún más cuando los niveles de heterocigosis son altos, cosa que ocurre en generaciones tempranas.

39 Las ventajas del método de pedigree son:
a) Permite la eliminación de gran cantidad de material muy tempranamente. b) Permite la evaluación de seleccionas en función de su comportamiento de año en año. c) Permite llegar rápidamente a la homocigosis cuando la selección de planta única se traduce en progenie de planta única uniforme.

40 Las objeciones de este método son:
Se trabaja con una cantidad limitada de material debido al tiempo que se consume para elegir planta por planta. Incluso más engorroso es el tiempo que se tarda para hacer el criadero (parcela de multiplicación) y la cosecha planta a planta. Cuando se deben evaluar numerosos cruzamientos, este método debe descartarse. Sin embargo, cuando el mejorador trata de obtener el mejor resultado a partir de un cruzamiento o de unos pocos cruzamientos puede ser una buena elección la aplicación de este método.

41 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO:
Primer Paso: Se siembran las semillas F2 de cada población básica. El tamaño del lote F2 depende del numero de familias (líneas) F3 que se desee. Generalmente el tamaño de la F2 oscila entre 3000 a 5000 plantas, o sea, 10 a 20 veces el número de familias F3 que se obtendrá. Esta siembra de la F2 se hace en forma espaciada, usando una menor densidad de la comercial, esto por la conveniencia de obtener plantas por separado y así poder efectuar selección individual. Algunas veces debido al número tan grande de plantas de esta generación resulta un poco imprecisa la selección visual de las mejores plantas. Segundo paso: cada planta F2 seleccionada se cosecha individualmente para luego ser sembrada en una hilera de 30 a 40 semillas. De tal manera que cada hilera representa una familia F3 o línea F2 en F3. por cada 10 hileras en el campo se siembran una a tres hileras del o los testigos: La hileras con defectos evidentes son eliminadas y aquellas uniformes y de buena apariencia se seleccionan llevándose el registro de sus características más destacadas. Dentro de las mejores familias se seleccionan las mejores plantas evitando seleccionar más de 4 plantas dentro de una sola familia. En esta etapa la selección entre y dentro de familias se hace visualmente usando las variedades testigos como criterio de selección

42 Tercer paso: las plantas seleccionadas dentro del 20 al 30 por ciento de las mejores familias F3 son cosechadas individualmente y sembradas a razón de una hilera de 30 a 40 semillas por cada planta. Cada hilera representa una familia F4. Cuarto paso: para la generación F5 las plantas F4 seleccionadas del 30 al 40 por ciento de las mejores familias F3 son cosechadas y luego sembradas en hileras. Ahora cada hilera representa una familia F5 o línea F4 en F5. El procedimiento en esta etapa es similar a la anterior, excepto que las parcelas más grandes pueden ser utilizadas y la densidad de siembra puede aproximarse a las comerciales. En esta etapa la selección se basa, como en la etapa anterior, en el registro genealógico y en apariencia visual, y en caso de utilizar parcelas más grandes se podría medir el rendimiento de las parcelas. Quinto paso: para la generasen F6, la semilla de las plantas F5 son sembradas a densidad comercial en parcelas de tres hileras. En esta etapa las mejores parcelas son seleccionadas y cosechadas manualmente sin efectuar selección de plantas individuales, por cuanto se debe haber alcanzado una proporción de homocigosis del 97 por ciento. Como en la etapa anterior la selección se basa en el registro genealógico, en evaluación visual y en el comportamiento de las parcelas.

43 Sexto paso: para la generación F7, las líneas F6 son sembradas en ensayos con 2 o 3 repeticiones para ser comparados con los mejores cultivares comerciales como testigos. Es recomendable utilizar en los ensayos estadísticos simples, como por ejemplo el diseño completamente aleatorizado o el de bloques completos al azar. Séptimo paso: para las generaciones desde la F8 hasta la F10 se efectúan ensayos comparativos de rendimiento en diferentes localidades del área para la cual se intenta producir un cultivar.

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45 MÉTODO DE POBLACIONES GLOBALES (Bulk Method)
Este método fue descrito por Newman, cuando cruzó la variedad de trigo de invierno resistente “Squavehead” con la de alto rendimiento “Stand-up”. Newman permitió que se autofecundaran la F2 y las siguientes generaciones y recogió toda la semilla conjuntamente, sin hacer selección de planta alguna. Newman observó que: 1) se podían cultivar en cada generación poblaciones de gran tamaño. 2) se requería poco trabajo para llevar a cabo cada cruzamiento, lo cual permitía que varios cruzamientos se llevaran a cabo al mismo tiempo. 3) las selecciones se llevaban a cabo en las últimas generaciones y sus resultados eran positivos.

46 Este método a diferencia del de pedigree cultiva las generaciones tempranas en masa. El número de generaciones cultivadas de esta forma, está en función del mejorador y de la naturaleza del cruzamiento. Algunos piensan que la homocigosis absoluta no es necesaria al principio y hacen selección de plantas para formar familias y selecciones en la F5 ó F6 . Otros mejoradores hacen la selección en la F7 ó F8, o incluso más tarde. La última generación masal a partir de la cual se seleccionarán las plantas que formarán líneas se plantarán espaciadas (como en la F2 del método pedigree). De aquí en adelante, ambos métodos son esencialmente iguales.

47 El método de poblaciones globales y el de pedigree no son mutuamente excluyentes. Harrington propuso y utilizó un método que combinaba al de pedigree y al masal de la siguiente forma: Cultivó las poblaciones híbridas en masa hasta que las circunstancias fueron favorables para la expresión de caracteres importantes, momento en el cual hizo selección de planta única y siguió con las poblaciones aplicando el método del pedigree. Se hicieron selecciones para resistencia a sequía y calor en años secos y calurosos y selección para resistencia a enfermedades cuando la epidemia severa ocurría de forma natural. Otros autores han preferido usar el método de pedigree en generaciones tempranas para eliminar fenotipos indeseables rápidamente y luego las mejores plantas en una población y continuar con el método masal.

48 Método de mejora en autógamas que parten de una primera hibridación necesaria para introducir nueva variabilidad cuando esta no existe en la variedad de partida o bien cuando el objetivo sea obtener una nueva variedad, mejor que las preexistentes. Esto se puede alcanzar desarrollando una nueva variedad que combine las buenas características de dos genitores diferentes. Procedimiento simple y económico para propagar poblaciones heterogéneas de especies autógamas que da como resultado final una mezcla de numerosos genotipos homocigotas. El método de poblaciones globales es el único donde la selección natural constituye un factor importante, pues ejerce fuertes presiones selectivas particularmente en los caracteres responsables de la adaptación y/o habilidad competitiva. Por esta razón es necesario hacer algunas consideraciones sobre la competencia y supervivencia de las plantas en poblaciones. Cuando Dos tipos de plantas compiten entre si en una población, la supervivencia de cada tipo depende de dos factores, a saber: 1) el número de semillas que produce cada tipo y 2) la proporción de esas semillas que logran producir plantas adultas y fértiles. Obviamente ambos factores son el resultado de la acción e interacción del genotipo ambiente.

49 Cruzamientos compuestos
Este método requiere que la F2, producto de varios cruzamientos se mezcle en una población que sea compuesta y que recibe el nombre de Cruzamiento Compuesto. Este método fue desarrollado por Harlan y Martini. Cruzaron 28 variedades como padre, lo que significó un total de 378 cruzamientos. Esta compuesta se multiplicó sin selección hasta la F8, momento en el que se llevaron a cabo selecciones, que se compararon con un número igual de selecciones obtenidas de cruzamientos individuales, utilizando el método de pedigree. Los rendimientos promedio de las dos series fueron: para las selecciones compuestas 480,4 g por parcela y para las selecciones obtenidas por pedigree 463,4 g por parcela.

50 ¿Cómo hacer una compuesta?
Una compuesta puede hacerse de varias formas. Harlan cruzó 28 variedades en todas las combinaciones. Este procedimiento permite que el germoplasma de cada variedad se combine con el de todos los otros, pero también significa (siempre y cuando se excluya la alogamia) que todas las plantas híbridas pueden tener germoplasma de no más de 2 variedades. Otro método consiste en trabajar con 16 variedades y manejarlas del siguiente modo:

51 Tipos de cruzamientos:
Cruces complementarios: Con estos se intenta obtener en las generaciones segregantes un nuevo genotipo homocigoto, que reúna determinadas características de cada genitor. Los cruces complementarios consisten en realizar un cruzamiento entre dos genitores que difieren en características que se complementan y que nos interesan juntas.

52 2) Cruzamientos transgresivos:
Se intenta obtener por una segregación transgresiva, genotipos que muestren un carácter cuantitativo, con mayor o menor intensidad que sus genitores. Los cruzamientos transgresivos han dado buenos resultados en la mejora de caracteres poligénicos, ya que los genotipos que muestran igual intensidad en un carácter poligénico pueden corresponder a distintas combinaciones de genes y en la segregación posterior al cruzamiento, se pueden obtener nuevos genotipos que acumulen mayor número de poligenes favorables.

53 Elección de los genitores
Es conveniente seguir las siguientes normas en cuanto a la elección de los parentales: Un genitor se elige casi siempre por su buen comportamiento en la/s zona/s donde vaya a cultivarse la nueva variedad, pues será portador de genes de adaptación a las condiciones ambientales. Entre varios genitores se elige siempre el más productivo. 2) El otro debe ser complementario al primero, expresar los caracteres complementarios con la máxima intensidad posible, ya que se produce siempre alguna pérdida como consecuencia de su inserción en un nuevo medio genético. 3) Cumplidos los requisitos anteriores, se elegirán, los más parecidos entre si, pues de este modo se reduce el tamaño poblacional óptimo, y con algún método el tiempo del programa de mejora. 4) Conviene, utilizar como genitor masculino un genotipo que lleve un marcador dominante, para poder así verificar en la siguiente generación el éxito del cruzamiento.

54 Incidencia de la selección natural.
1) La supervivencia de los alelos en competencia, no se efectúa al azar, ya que los peores competidores suelen ser inferiores agronómicamente (al menos en capacidad de reproducción). Es decir la selección natural tiende a favorecer a los individuos mas capacitados para la supervivencia, y en términos de interés para la especie, a aquellos con mayor capacidad de reproducción. Esto es importante para comprender las mayores utilidades de este método, ya que hace que sea especialmente adecuado para aquellos cultivos que se aprovechan por su semilla y menos indicado para el resto. 2) Características tales como maduración, altura de la planta y adaptación, se ajustan rápidamente a la selección natural y al medio ambiente en el que se cultiva la población. Sin embargo, algunas características que podrían pensarse que tendrían cierto valor de supervivencia, como resistencia a enfermedades suelen ser neutras a la hora de sobrevivir en la población. En estos casos es obligado practicar la selección por parte del mejorador, previo establecimiento de la enfermedad, mediante inoculaciones artificiales, en todos los ciclos de cultivo. 3) El número de individuos superiores aumenta con periodos largos de multiplicación masal (más ciclos). 4) La uniformidad morfológica también aumenta después de periodos largos, pero aún después de 20 años de selección natural persiste una importante variabilidad.

55 5) El éxito que podamos obtener será mayor, cuanto más elevada sea la heredabilidad del carácter/es a mejorar. 6) En ocasiones y dependiendo de la especie y del tipo de carácter/es a mejorar, se puede acortar el tiempo del proceso, realizado algunos ciclos en invernadero. Esto nos puede permitir obtener más de una generación por año, pero no es demasiado aconsejable porque las condiciones van a ser muy diferentes y se pueden perder características que confieren adaptabilidad al medio para el que estamos desarrollando la nueva variedad.

56 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO: el método original sugerido y utilizado por Nilsson-Ehle supone una propagación global de las poblaciones globales por seis a ocho generaciones hasta llegar a un alto grado de homocigosis. Primer paso: se hacen selecciones individuales para su posterior evaluación en ensayos de prueba. Para ello se siembran varios cientos a pocos miles de plantas F2 de la población básica en lotes a densidad comercial, las cuales son cosechadas globalmente. Segundo paso: de la semilla cosechada en forma global se toma una muestra para establecer la próxima población, este proceso se sigue por otras cuatro (4) o cinco (5) generaciones hasta que la población halla llegado a un alto grado de homogosidad en la mayoría de sus loci. Tercer paso: en la quinta o sexta generación según el grado de homocigosis de la población, se procede a seleccionar individualmente el 5 al 10% de las mejores plantas evaluadas por su fenotipo. Cada planta seleccionada a partir de la generación F6 viene a constituir una línea.

57 Cuarto paso: en su fase inicial las líneas son comparadas en base a observaciones en las hileras o parcelas en un solo ambiente. Quinto paso: las evaluaciones posteriores de las líneas que han logrado salir favorecidas hasta el momento son llevadas en ensayos repetidos en dos o más localidades, hasta obtener las semillas homocigotas certificadas.

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59 MÉTODO DE DESCENDENCIA DE UNA SEMILLA POR PLANTA
DEFINICIÓN: el método de poblaciones globales posee dos desventajas, a saber: 1) El inadecuado muestreo en la secuencia generacional de propagación global de la población puede reducir la variabilidad genética. 2) la selección natural puede reducir la variabilidad genética. Para superar estas desventajas se propuso el método de una semilla por planta a partir de la F2 hasta generaciones avanzadas, cosechando una semilla de cada planta.

60 DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO: en esencia el método consiste en avanzar cada planta de la población básica partiendo de la generación F2, tomando una o dos semillas al azar de cada una de las plantas de la generación anterior, eliminando así el efecto de la competencia indeseable entre plantas de la misma población. Prácticamente ningún tipo de selección individual es practicado en las primeras 5 o 6 generaciones. Una vez obtenido un alto grado de homocigosis, ya sea en la generación F5 o F6, se procede a efectuar selección visual e individual de plantas fenotípicamente deseables. De forma similar al método de la línea pura. La semilla de cada planta seleccionada se siembran en hilera. Cada hilera representa una línea. La selección de las líneas se basa en el comportamiento de las plantas en cada hilera. Las hileras uniformes y de mejor apariencia son seleccionadas. Una posterior eliminación se efectúa cuando se obtengan los datos del comportamiento de las hileras. Las líneas de mejor comportamiento son posteriormente evaluadas en ensayos comparativos de rendimiento de una localidad. El diseño experimental debe ser sencillo, con pocas repeticiones e incluyendo como testigos los mejores cultivares comerciales.

61 Las líneas que logren los mejores rendimientos en estos ensayos son sometidas a pruebas por lo menos durante 3 años en varias localidades de la zona para la cual se piensa producir el cultivar. Esta etapa se aprovecha para incrementar la semilla de las líneas sobresalientes antes de ser lanzadas como cultivares comerciales.

62 Es muy importante para conseguir los objetivos, el mantenimiento del mismo tamaño poblacional, durante todos los ciclos que abarca el método. Este método, permite reducir el periodo para la obtención de líneas puras cultivando las generaciones en otras condiciones, no habituales del cultivo, como puede ser en invernadero, de tal manera que para algunos cultivos pueden obtenerse hasta 2,5 generaciones por año, con lo que se acorta considerablemente el proceso de mejora. La ventaja de este método, es la rapidez en la obtención de líneas puras, y el poco coste y dedicación que requiere. Sin embargo, es el menos predecible en cuanto a resultados y posibilidades de éxito. No es adecuado para mejorar variedades frente a varios caracteres, en especial si estos son cuantitativos, ni tampoco en el caso de que los dos genitores difieran considerablemente en sus características agronómicas.

63 EL RETROCRUZAMIENTO Es el único método que aporta resultados predecibles y repetibles (Briggs, 1967) razón por la cual se ha adoptado por numerosos mejoradores, aunque tienen limitaciones que restringen su uso. En este método ciertas características se transfieren de la espacie B a la A sin que se produzca cambio alguno significativo en la integridad de la especie A. La especie A se la denomina parental recurrente y a B genitor donante. Los genes de B incorporados en A se denominan genes bajo transferencia. Los retrocruzamientos pueden considerarse desde 2 puntos de vista: 1)Parental recurrente y su recuperación. 2) Carácter que se transfiere y su recuperación.

64 Parental recurrente y su recuperación
Cada vez que se hace el retrocruzamiento con el parental recurrente se reduce a la mitad el aporte del germoplasma del donante. Suponiendo que la F1 del cruzamiento original tuviera la mitad del germoplasma del donante, la proporción del mismo que tendría en el primer retrocruzamiento BC’ F1 sería ¼. Por tanto, si el número de retrocruzamientos con el parental recurrente es “n”, la proporción de germoplasma del genitor donante será de (1/2)n+1 y después de 5 retrocruzamientos sería (1/2)6= 1/64. La proporción de homocigóticos se calcula por la misma fórmula que vimos anteriormente ((2m –1)/ 2m )n donde m =número de retrocruzamientos y n = el número de loci heterocigóticos en la F1 del cruzamiento original. Suponiendo que el número de retrocruzamientos es 5 y el número de loci heterocigóticos es 10, tenemos: de los BC5 F1 serán homocigóticos para 10 loci del genitor recurrente.

65 Cuando se desee recuperar el genitor recurrente es recomendable durante el último retrocruzamiento cruzar a los descendientes con distintas plantas con el fenotipo del genitor recurrente. Esto se hace bajo el supuesto de que el genitor recurrente es la resultante de la síntesis de genotipos levemente diferentes.

66 Carácter que se transfiere y su recuperación
Cuando la variedad donante tiene 2 caracteres para transferir es más eficiente transferir cada carácter en programas separados. Cuando se ha completado las transferencias los caracteres pueden combinarse cruzando los tipos recuperados. Cuando un determinado carácter está controlado por un gen dominante es relativamente fácil transferirlo con un retrocruzamiento en cada generación. Esto se ha visto que es así cuando se incorporan genes de resistencia por retrocruzamientos y se cultivan las poblaciones bajo condiciones naturales o artificiales de infección Si el carácter que se desea transferir está controlado por un gen recesivo es aconsejable cultivar las generaciones de retrocruzamiento hasta la F2 para permitir la identificación del genotipo homocigótico recesivo. Cuando se desea transferir un carácter cuantitativo, cada generación de retrocruzamiento se debe cultivar hasta la obtención de líneas F3 y luego se sigue con el siguiente retrocruzamiento. Si aparte la heredabilidad del carácter es baja y varios genes están envueltos en la expresión del carácter, las poblaciones F2 y F3 procedentes de los retrocruzamientos deben ser suficientemente grandes.

67 El ligamiento puede también complicar la selección por retrocruzamiento. La complicación surge cuando el gen que se desea transferir está ligado a otro indeseable o a un bloque de genes no beneficiosos, ya que la selección para el de interés aumenta también la selección del no deseable. Cuando el efecto del gen indeseable es conspicuo, una serie de autofecundaciones después de un cruzamiento es más efectivo para romper el ligamiento, pues la oportunidad de romper el ligamiento existe tanto en el parental masculino como en el femenino (por meiosis), mientras que en el retrocruzamiento no puede ocurrir ruptura de ligamiento en el parental recurrente.

68 Su empleo en un programa de mejora tiene interés cuando disponemos de una variedad que tiene buenas características agronómicas pero que posee una deficiencia específica que queramos superar. Esta deficiencia puede ir asociada a la aparición en un momento de un elemento nuevo, como un nuevo gusto en el mercado, la aparición de nuevas enfermedades, o bien de condiciones ambientales adversas, como podrá ser la salinización de los suelos. En esta situación es deseable incorporar a la variedad comercial genes que permitan superar esta deficiencia específica, a partir de otro genotipo, pero manteniendo al máximo el fondo genético de la variedad. Al genotipo en el que deseamos introducir el nuevo carácter se le denomina recurrente, y al genotipo fuente de la variación y a partir del cual se incorporan nuevos genes en el recurrente se le denomina donante. Este método es aplicable tanto a autógamas como a especies alógamas, con algunos matizes para el segundo caso y que veremos en su momento.

69 Factores que condicionan el éxito del programa
−. Número de genes: Mayor probabilidad de éxito y facilidad de ejecución, cuanto menor sea el número de genes que controlan el carácter. −. Heredabilidad: Cuanto más elevada mejor. −. Facilidad de reconocimiento por parte del mejorador. Este aspecto es más importante incluso que el número de genes y la heredabilidad. −. Más sencillo la incorporación de caracteres dominantes que si estos son recesivos. −. Expresividad elevada: Es importante que se de en el genitor donante, ya que siempre se pierde algo de intensidad al incorporarse a un fondo genético distinto. −. Posibles ligamientos negativos en el genitor donante. Aunque, debido a los distintos ciclos de retrocruzamiento, es factible que se presente recombinación y podamos seleccionar el genotipo buscado. −. Si podemos elegir, escogeremos como donante la variedad que se parezca más a la comercial, así acortaremos la duración de nuestro programa de mejora.

70 Introducción de un gen dominante.
Vamos a suponer el caso más simple en el que deseamos introducir un carácter controlado por un gen dominante, en una variedad comercial (R) de fondo genético G, a partir de una fuente de variación (V) de fondo genético G'. El genotipo buscado será G AA. Siempre el genitor recurrente será el parental femenino y el donante el masculino. El material de partida será G aa x G' AA. Obtendremos una F1 = 50% G Aa. A continuación retrocruzaremos dicha F1, con el genitor recurrente de tal manera que el resultado será: BC1= 75% G (50% Aa + 50% aa). Las plantas que muestren el fenotipo recesivo aa se eliminan. Al retrocruzar vamos forzando la eliminación de los genes del parental donante y recuperando los genes de la variedad comercial. Las plantas de fenotipo A, se vuelven a retrocruzar con el genitor recurrente para obtener la segunda generación de retrocruzamiento. El ciclo se repite entre dos y cuatro veces. Dependerá de las similitudes o diferencias existentes entre el material de partida. Nunca más de cinco, ya que, la incorporación del genoma parental es mínima a partir de la BC4.

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72 Introducción de un gen recesivo.
El manejo de los materiales para introducir un gen recesivo en una variedad comercial es diferente y algo más complicado que el caso anterior. El programa se inicia como en el caso anterior, pero al llegar a BC1= 75% G (50% Aa + 50% aa) no podemos seleccionar en contra de los individuos de fenotipo dominante ya que serán idénticos Aa, que es el fenotipo que porta el alelo a, como AA. La forma de afrontar el programa sería mediante el retrocruzamiento seguido de autofecundaciones sucesivas: Autofecundación de las plantas de la generación BC1, que segregarán en la proporción 75% G (50% AA + 50% Aa) = 75% G (12, 5 % aa + 25% Aa + 62,5% AA). Solamente el 12, 5% de las plantas mostrará el carácter, con lo cual es necesario aumentar el tamaño poblacional con respecto al caso anterior. Tras seleccionar las plantas de genotipo aa, obtenemos la segunda generación de retrocruzamiento: BC3= 93% G (50% AA + 50% Aa). El proceso de retrocruzamiento−autofecundación puede repetirse, siendo más o menos largo, en función de las diferencias genéticas entre el donante y el recurrente. En el momento en que decidamos no realizar más ciclos, seleccionamos después de la última autofecundación, aquellas plantas que presenten el fenotipo aa. El porcentaje oscilará en función de si partimos de una última población Aa o de una en la que estén presentes AA y Aa. En el primer caso obtendremos un 25% de las plantas aa y en el segundo un 12,5%. A continuación se realizan los ensayos comparativos igual que en el caso anterior.

73 Evaluación del Método de Retrocruzamiento
Este método ha sido muy útil para la transferencia de caracteres con alta h2. Ej: la resistencia a enfermedades tienen una h2 alta, pues pocos genes la controlan. La resistencia a enfermedades constituyó un hito importante en la mejora de cereales, ya que el éxito de la misma evitó grandes desastres económicos. El retrocruzamiento no es un método limitado sólo para mejora de la resistencia. Se ha utilizado también para obtener tomates que maduren más pronto.

74 Requisitos 1) Se debe disponer de una variedad recurrente buena, la que deba mejorarse en uno o más caracteres. 2) Se debe disponer de variedades donantes que complementen a la variedad recurrente, para el carácter de interés. 3) El número de retrocruzamientos que se hagan deben ser lo suficiente para reconstituir el parental recurrente.

75 Ventajas 1) Debido a que las mejoras se hacen paso a paso, nada de lo ganado se pierde. 2) El programa de mejora es independiente del ambiente. 3) No son necesarias evaluaciones de las variedades obtenidas por retrocruzamiento. 4) Es rápido. 5) Requiere un número pequeño de plantas. 6) Es predecible. 7) Es repetible.