DESARROLLO DE LINEAS ENDOGAMICAS Y FORMACION DE HIBRIDOS

CONSIDERACIONES GENERALES En general, hay dos maneras de desarrollar líneas: Autopolinizaciones sucesivas en plantas seleccionadas de poblaciones de apareamiento aleatorio (ecotipos, variedades sintéticas, variedades locales, etc.) Autofecundando poblaciones segregantes derivadas de cruzas selectas (reciclaje). En ambos casos, las autopolinizaciones se efectúan hasta el nivel de endogamia deseado. Es muy importante considerar que la población base, de la cual se cual se inicie el desarrollo de líneas endogámicas debe poseer los alelos de interés para el investigador y poseer buenas características agronómicas. Muchas veces será necesario formar poblaciones que concentren tales alelos

PASOS GENERALES EN EL DESARROLLO DE LINEAS (1) Formar las poblaciones base. - Estas pueden ser muchas poblaciones segregantes (F2) originadas luego de autofecundar la F1 obtenida de la cruza de líneas con buenas características (reciclaje). - La población base también puede ser una buena variedad de polinización libre, o una variedad sintética formada a partir de líneas seleccionadas, o una población recombinada con mas de una variedad, etc., que contenga los genes de interés. Someter a la población base a un proceso sistemático de endocria siguiendo la metodología mas conveniente Evaluación temprana de la habilidad combinatoria general de las líneas. - las líneas S1 (o S2) se cruzan con un probador para después evaluar los mestizos en ensayos multilocales y con repeticiones. - El probador puede ser la misma población, o una cruza simple. 4. Evaluación de los mestizos y de las líneas S1 per se en ensayos multilocales y con repeticiones.

PASOS GENERALES EN EL DESARROLLO DE LINEAS (2) 5. Eliminar todas aquellas lineas con mal comportamiento como mestizos y per se.  6. Durante el proceso de endocria, someter a las líneas a una evaluación sistemática para estudiar su reacción a factores bióticos (plagas, enfermedades) y abióticos (bajo nitrógeno, sequía, exceso de calor, etc.). 7. Cruzar las líneas con endocria avanzada (S5, S6) con uno o mas probadores que pueden ser una cruza simple, o una (o dos) línea endogámica. Para efectos prácticos, las líneas probadoras deben pertenecer a un patrón heterótico. 8. Formar cruzas simples en dialelo y dialelos parciales, y evaluarlas en ensayos multilocales y con repeticiones. 9. Predecir, formar y evaluar híbridos triples y dobles. 10. Identificar las líneas mas estables y con mejor habilidad combinatoria general y especifica.

ESQUEMA GENERAL (1) Campaña 1 (campaña grande o principal): - Autofecundar 1500 plantas S0 selectas. - Cosechar al menos 1000 plantas y desgranarlas individualmente Campaña 2 (campaña chica o fuera de estación) -Sembrar la semilla S1 mazorca-surco y autofecundar plantas seleccionadas. Eliminar familias con malas características - Sembrar otro lote de formación de mestizos. - Cosechar individualmente mazorcas S2, de plantas seleccionadas. - Cosechar los mestizos de cada familia S1 Campaña 3 (campaña grande o principal): - Evaluación de mestizos de familias que fueron seleccionadas - - Evaluación de líneas S2 per se. Supongamos que el 40% de las familias S1 se eliminaron, entonces los ensayos de líneas S2 per se y de mestizos se planean con base a 600 entradas, que se pueden evaluar en tres ensayos de 200 entradas cada uno. - Sembrar un lote de crianza para avanzar las líneas S2. - Seleccionar mazorcas S3 luego de evaluar resultados de ensayos de mestizos y de líneas per se.

ESQUEMA GENERAL (2) Campaña 4 (campaña chica o fuera de estación): - Siembra de las familias S3 seleccionadas con base a los resultados de los ensayos de mestizos y evaluaciones per se de las líneas. - Selección entre y dentro de familias. Cosecha individual de plantas seleccionadas. Campaña 5 (campaña grande o principal): - Siembra de las familias S4. Selección dentro y entre familias. Cosecha individual de plantas seleccionadas. Campaña 6 (campaña chica o fuera de estación): - Siembra de las familias S5. Selección entre familias y dentro de aquellas que muestren aun una segregación evidente. Cosecha individual de plantas seleccionadas. - Siembra de dos lote de formación de mestizos, utilizando dos probadores que formen un patrón heterótico. A este nivel lo mas probable es que el numero de familias se haya reducido a alrededor de 50 o menos.

Campaña 7 (campaña grande o principal): ESQUEMA GENERAL (3) Campaña 7 (campaña grande o principal): Siembra y evaluación per se de las familias S6. Selección entre familias. Autofecundar 3 o 4 plantas dentro de cada familia Cosechar en bulk en cada familia, las plantras autofecundadas. Evaluación de los mestizos. Selección de las mejores líneas per se y con mejor habilidad combinatoria general. Incremento de las líneas Campaña 8 (campaña chica o fuera de estación): Formación de cruzas simples en dialelo. (En esta etapa el número de líneas ya no es muy grande). Campaña 9 (campaña grande o principal): - Incremento de las líneas. - Evaluación de las cruzas simples en ensayos multilocales y con repeticiones - Identificar cruzas promisorias, triples y dobles (Método B de predicción de Jenkins, 1934)

Campaña 10 (campaña chica o fuera de estación): ESQUEMA GENERAL 4) Campaña 10 (campaña chica o fuera de estación): - Formación de cruzas triples y dobles predichas, usando remanente de la semilla obtenida en la Campaña 8 Campaña 11 (campaña grande o principal): - Evaluación de las cruzas triples y dobles en ensayos multilocales con repeticiones, testigos locales y testigos referenciales, etc. PREDICCION DE HIBRIDOS (CRUZAS) TRIPLES Y DOBLES (1) El número de cruzas simples, triples y dobles se incrementa a medida que se incrementa el número de líneas que intervienen en su formación. Ejemplo, con 20 líneas : Cruzas simples = n (n – 1) / 2 120 cruzas Cruzas triples = n (n – 1) (n – 2) / 2 3420 cruzas Cruzas dobles = n (n – 1) (n – 2 ) (n – 3) / 8 14535 cruzas

PREDICCION DE HIBRIDOS (CRUZAS) TRIPLES Y DOBLES (2) Jenkins (1934), desarrolló 4 métodos de predicción que permite identificar las cruzas que mejores posibilidades tienen de ser las mejores. El mas usado es el METODO B de Jenkins Estas predicciones se basan en el comportamiento promedio de las posibles cruzas simples no parentales que se originan a partir de un grupo de líneas superiores, De esta manera, una vez calculados todas las cruzas triples y dobles posibles, se puede seleccionar las mejores, y mas tarde formar tales cruzas y evaluarlas. EJEMPLO: - Líneas A, B, C, D, E, - Cruzas directas posibles: A x B B x C C x D D x E A x C B x D C x E A x D B x E A x E

FORMULAS DE LAS PREDICCIONES DE JENKINS Cruzas triples: {[(P1 x P2) x P3 = [(P1 x P3) + (P2 x P3)]/ 2}   Cruzas dobles: {[(P1 x P2) + (P3 x P4) = [(P1xP3) + (P1 x P4) + (P2 x P3) + (P2 x P4) ] / 4} Supongamos que el rendimiento de grano de las cruzas fue: A x B = 11.5 t/ha B x D = 10.2 t/ha A x C = 10.8 t/ha B x E = 9.4 t/ha A x D = 8.8 t/ha C x D = 9.6 t/ha A x E = 11.0 t/ha C x E = 8.6 t/ha B x C = 9.0 t/ha D x E = 8.0 t/ha Entonces: Predicción de la cruza triple (A x B) x C = {[(AxC) + (BxC)] / 2}= = (10.8 + 9.0) / 2 = 9.9 t/ha Predicción de la cruza doble (B x D) x (C x E) = [(BxC)+(BxE)+(DxC)+(DxC)] / 8} = (9.0 + 9.4 + 9.6 + 8.0) = 9.0 t/ha

METODO B DE JENKINS Supongamos que los valores obtenidos de las 6 cruzas simples posibles entre 4 líneas A, B, C, y D sean: A x B = 8.8 A x C = 8.9 A x D = 8.4 B x C = 9.2 B x D = 8.0 C x D = 8.1 La predicción del comportamiento del hibrido doble (A x C) (B x D): ¼ [ ( A x B) + (A x D) + (B x C) + (C x D) ] = ¼ [ 8.8 + 8.4 + 9.2 + 8.1] = 8.6 La predicción del comportamiento del hibrido triple (A x D) x C: ½ [ (A x C) + (C x D) = ½ [ 8.9 + 8.1] = 8.5 Una vez identificadas las mejores combinaciones hibridas, esas son las que se forman y se evalúan en ensayos multilocales y con repeticiones para elegir a los híbridos superiores

FORMACION DE LOS MESTIZOS sembrar un lote de MH para el cruzamiento Cada línea se siembra en surco-hilera como “surco hembra” y el probador se siembran para ser los “surcos machos” Cada surco hembra no tiene que ser muy largo, y el numero de plantas de cada uno estará en función de cuanta semilla necesitamos producir del mestizo para el número de ensayos que se pueda conducir. Por ejemplo, si pensamos que con 5 ensayos de dos repeticiones cada uno es suficiente, y un surcos por entrada, la cantidad total de semillas que necesitamos formar para cada mestizo es igual a: 5 ensayos x 2 repeticiones x 1 surcos (5.0 m) x 52 semillas (esto es, 20 cm entre golpes y dos semillas por golpe) = 520 semillas. Si creemos que una mazorca puede producir al menos 208 semillas, necesitaremos al menos 2 plantas.

DESARROLLO DE LINEAS ENDOGAMICAS SUPERIORES Involucra seis aspectos : Formación de una población base segregante Endocriar a la población hasta el nivel adecuado de homocigosis Evaluación per se del comportamiento de las líneas Evaluación de la habilidad combinatoria de las líneas Evaluación de las líneas en combinaciones hibridas especificas Preparación de los núcleos de semilla genética de las líneas Germoplasma para la formación de poblaciones segregantes: Cruzas simples, triples, dobles, Variedades locales Variedades mejoradas Híbridos comerciales Familias genéticas (MH, HC, S) Programas de mejoramiento poblacional (selección recurrente)

PROCESO DE ENDOCRIA – PERDIDA DE VOGOR EN ALOGAMAS 50 Incremento de la homocigosis (%) durante el proceso de endocria 75 87.5 93.75 96.875 98.4375 99.21875 99.609375 99.8075 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 - S8 línea pura

P1 (amarillo) P2 (verde) F1(S0) Aa F2 (S1) ¼AA ½Aa ¼aa 1/2 F3 (S2) ¼AA ½(¼AA ½Aa ¼aa) ¼aa 1/4 F4 (S3) ¼AA 1/8AA ¼(¼AA ½Aa ¼aa) 1/8aa ¼aa 1/8 F5 (S4) ¼AA 1/8AA 1/16AA 1/8(¼AA ½Aa ¼aa) 1/16aa 1/8aa ¼aa 1/16 F6 (S5) ¼AA 1/8AA 1/16AA 1/32AA 1/16(¼AA ½Aa ¼aa)1/32aa 1/16aa 1/8aa ¼aa 1/32 F7 ¼AA 1/8AA 1/16AA 1/32AA 1/64AA 1/32(¼AA ½Aa ¼aa) 1/64aa 1/32aa 1/16aa 1/8aa ¼aa 1/64 Amarillos homocigotas amarillo heterocigotas verdes homocigotas A CADA NIVEL DE ENDOGAMIA SE REDUCE A LA MITAD LA FRECUENCIA DE LOS HETEROCIGOTAS

FORMACION DE GRUPOS HETEROTICO PARA MEJORAMIENTO INTERPOBLACIONAL (1) Una de las razones que justifican invertir recursos en mejoramiento de dos poblaciones, es que estas sean heteróticas entre si, es decir, que las líneas derivadas de cada una de ellas, al cruzarse produzcan un hibrido superior. . Generalmente estas poblaciones se forman a partir de un número determinado de líneas provenientes de distintos orígenes. Entones, lo que se tiene que hacer es distribuir las líneas que van a ser la base para formar las dos poblaciones, cruzando cada una de ellas con un par de líneas que son heteróticas entre si, es decir, que al cruzarse produzcan un hibrido superior. Estas líneas probadoras constituyen lo que se conoce como un “PATRON HETEROTICO”, y sus componentes son DOS grupos heteróticos Las líneas se cruzan con ambas líneas que conforman el patrón heterótico, y según su respuesta son clasificadas en uno u otro grupo heterótico.

FORMACION DE GRUPOS HETEROTICO PARA MEJORAMIENTO INTERPOBLACIONAL (2) Supongamos que existe un patrón heterótico formado por dos líneas endogámicas de maíz amarillo duro de diferente origen: CML 87 y CML 285 que serán las líneas probadoras. Por otro lado, tenemos 96líneas endogámicas, también de diferente origen y queremos formar dos grupos heteróticos entre si, que serán la base para formar dos poblaciones heteróticas El paso siguiente es establecer dos Lotes de formación de mestizos, es decir, cruzar las 96líneas con cada uno de los probadores. Estos Lotes se siembran aislados uno del otro para evitar que el polen pase de un lote a otro. logradas las cruzas (mestizos), se evalúan en por lo menos 3 localidades con al menos 2 repeticiones en un diseño que podría ser un latice simple 10 x 10, con 4 testigos Para entender el razonamiento que se sigue para asignar cada línea a un grupo heterótico, consideremos solo 10 cruzas.

Lote 1 de formación de mestizos: líneas x CML 87 ♂ ♀ ♀ ♀ ♂ ♂ ♀ ♀ ♀ ♂ + . . . . . . . + 1 2 3 94 95 96 En cada Lote, se siembran las 96 líneas como surcos “hembras” (despanojadas), y en los surcos “machos” el probador Lote 2de formación de mestizos: líneas x CML 285 ♂ ♀ ♀ ♀ ♂ ♂ ♀ ♀ ♀ ♂ + . . . . . . . + 1 2 3 94 95 96

Resultados de los Ensayos: rendimiento de grano (t/ha)de 10 líneas CML 87 CML285 CML 285 1 12.6 4.4 6 4.7 5.2 2 11.8 10.5 7 10.9 5.1 3 6.6 13.0 8 7.2 4 5.8 11.2 9 4.3 11.7 5 9.5 6.4 10 10.7 5.6 Líneas que combinan bien con CML 85: 1 – 2 – 5 – 7 - 10 Líneas que combinan bien con CML 285: 2 – 3 – 4 – 8 -9 Líneas que combinan bien con ambas CML: 2 Líneas que no combinan bien con ningún probador: 6 Distribución de líneas a los grupos heteróticos A y B: - Grupo Heterótico A: 1 – 2 – 5 – 7 – 10 - Grupo Heterótico B: 3 - 4 – 8 - 9

MEJORAMIENTO INTERPOBLACIONAL PATRON HETEROTICO CML 285 CML 87 Otros Grupos Heteróticos Otros Grupos Heteróticos GRUPOS HETEROTICOS Población A Población B Líneas: 1 - 2- 5- 7 - 10 Líneas: 3 - 4 – 8 - 9 MEJORAMIENTO INTERPOBLACIONAL Derivar líneas de cada una de las poblaciones en cada ciclo de selección Combinar líneas superiores de cada población Híbridos comerciales exitosos

HABILIDAD COMBINATORIA Hay dos tipos: Habilidad Combinatoria General - HCG, es el comportamiento promedio de una línea en cruzas con otros padres Habilidad Combinatoria Especifica – HCE, es el comportamiento de una línea en una cruza con un padre especifico Por ejemplo: Si una línea P1 se cruza con las líneas P2, P3 y P4, el comportamiento promedio de la F1 de las cruzas P1 x P2, P1 x P3, y P1 x P4, dará un estimado de la HCG de la línea P1 Y el comportamiento especifico de cada una de las 3 cruzas será la HCE de la línea P1 con el otro padre

HABILIDAD COMBINATORIA (2) Los PROBADORES (testers) usados para determinar la HCG de una línea pueden ser poblaciones genéticamente heterogéneas que representen el arreglo de genes con los cuales una línea puede asociarse (i.e., representan por ejemplo a las líneas P2, P3, y P4)- Por eso, el comportamiento de la línea en cruzas con tales poblaciones da un estimado de la HCG de esa línea para combinarse con otros padres Los Probadores mas comunes, para la primera evaluación de la HCG son las líneas con las cuales la línea que se prueba puede formar eventualmente un hibrido superior En este último caso, solo se usan como probadores, una o dos líneas endocriadas, ya que se prueban cientos o miles de líneas a la vez Luego, al disminuir el numero de líneas, las mejores se prueban con mas de dos probadores Cuando quedan ya pocas líneas, se hacen cruzas entre ellas y los probadores para conocer su HCE

EJERCICIO. HCG y HCE de 5 líneas endogámicas (t/ha) A B C D E Total Promedio HCG A x A 11.5 10.8 8.8 11.0 42.1 10.525 B x B 9.0 10.2 9.4 40.1 10.025 C x C 9.6 8.6 38.0 9.500 D x D 8.0 36.6 9.150 E x E 37.0 9.250 193.8 9.69 ♂ ♀ Cruzas recíprocas Cruzas directas Cruzas parentales Interpretación: HCG línea A= 10.525 t/ha HCE de A x B = 11.5 t/ha