Trabajo Práctico 1 TP N° 1 Conceptos y tipos de cultivares Genética cuantitativa. Conceptos básicos. Estimación de varianzas genéticas y ambientales. Interacción genotipo x ambiente. Heredabilidad. Conceptos, metodologías de estimación Actividades prácticas.

Tipos de Cultivares

Cultivar Un conjunto de plantas de un solo taxón botánico del rango más bajo conocido que, con independencia de si responde o no plenamente a las condiciones para la concesión de un derecho de obtentor, pueda (UPOV): Debe: definirse por la expresión de los caracteres resultantes de un cierto genotipo o de una cierta combinación de genotipos, distinguirse de cualquier otro conjunto de plantas por la expresión de uno de dichos caracteres por lo menos, considerarse como una unidad, habida cuenta de su aptitud a propagarse sin alteración

Poner de maíz

Sistema Reproductivo, modo de propagación y tipo de variedades Sexual Autogamia Línea Multilineas Parcialmente Autógamo Cruza controlada de padres Híbridos V. Sintéticas V.P.L Parcialmente Alógamo Asexual Propagación Vegetativa Variedades Clonales Apomixis Híbridos Apomícticos

Líneas Puras Característica de cultivos de especies autógamas. El concepto de línea implica alta homocigosis: 90% o más. Se obtienen por endocría y selección a partir de poblaciones F2. En F6 o F7 ya se consideran líneas puras.

Multilíneas Son mezclas de líneas isogénicas de especies autógamas. Su utilidad primaria fue para la resistencia a enfermedades Cada línea difiere en la resistencia cualitativa a un mismo patógeno. El objetivo es reducir la posibilidad que el patógeno quiebre los diferentes alelos para resistencia.

Cultivares Híbridos Homogéneos y altamente heterocigotos Pueden ser simples, triples o dobles. Dos etapas: Obtención y evaluación de líneas endocriadas parentales. Líneas superiores se cruzan para obtener los híbridos con alta heterosis.

Cultivares de polinización abierta Poblaciones heterogéneas compuestas de plantas genéticamente diferentes. Alto porcentaje de heterocigosis Casi exclusivos de especies alógamas Obtenidos por diferentes esquemas de selección recurrente.

Cultivares Sintéticos Resulta del entrecruzamiento de un número determinado de líneas, clones o poblaciones. Estos parentales han sido seleccionados en base a su aptitud combinatoria. Han sido exitosos en cultivos con cierto grado de autoincompatibilidad: alfalfa, centeno, mijo.

Cultivares Clonales Altamente heterocigotas Se reproducen vegetativamente por propágulos o por semilla apomíctica. Las variedades clonales se desarrollan a partir de la cruza o de la autofecundación. Las líneas son mantenidas asexualmente

Estructura genética de varios tipos de cultivares. Heterogeneidad Razas de Autógamas Poblaciones Mezcla de Líneas H. Dobles H. Triples H. Simples Líneas Puras Clones Heterocigosidad

Categorías de Mejora NO SI SI SI SI NO SI SI SI SI SI NO SI SI NO SI Mejora de Líneas Mejora de Poblaciones Híbridos Mejora de Clones Heterosis es importante? Único genotipo? Autopropagación? Propagación por semillas? NO SI SI SI SI NO SI SI SI SI SI NO SI SI SI NO

Genética Cuantitativa Estudio genético de los caracteres cuantitativos Efectos genéticos y ambientales

CARACTERES CUANTITATIVOS Y CUALITATIVOS CARACTERES CUALITATIVOS CARACTERES CUANTITATIVOS Caracteres determinados por unos pocos genes de efecto mayor u oligogenes. Caracteres determinados por muchos genes de efecto menor o poligenes. Cada uno con efecto pequeño y aditivo. Variación discontinua: clases fenotípicas discretas. Variación Continua: clases fenotípicas que forman un espectro métrico continuo. Efecto ambiental nulo o despreciable. Influencia ambiental importante sobre la expresión del carácter. El análisis genético se realiza mediante conteos y proporciones. Ejemplo: color, TEXTURA DE GRANO EN TRIGO El análisis genético se realiza mediante estimaciones estadísticas de los parámetros de la población como la media y la varianza.

ESTRUCTURA GENÉTICA DE POBLACIONES HOMOGÉNEAS HETEROGÉNEAS HOMOCIGOTAS LÍNEA PURA, LÍNEA ENDOCRIADA CONJUNTO DE LÍNEAS PURAS, LÍNEAS ENDOCRIADAS HETEROCIGOTAS F1, CLON POBLACIONES F2, F3, FAMILIAS F4

Tipos de poblaciones Poblaciones no segregantes Línea pura Clon F1 Poblaciones segregantes F2 Retrocruzas

COMPONENTES DE LA VARIANZA Varianza fenotípica (VP): Dada por las diferencias observables entre los individuos de la población. Varianza genética (VG): Variación entre individuos debida a causas genéticas. Varianza ambiental (VE): Variación entre individuos debida a causas ambientales. FENOTIPO (P) INDIVIDUO: P = G + E POBLACIÓN: VP = VG + VE + V(GxE)

2P = (2A + 2D) + 2E + 2I(GxE) La estimación de estos parámetros es útil para determinar si las variaciones entre individuos son debidas a causas genéticas o ambientales. P = G + E + I(GE) 2P = 2G + 2E + 2I(GE) Seleccionable No Seleccionable 2P = (2A + 2D) + 2E + 2I(GxE) No Heredable La varianza aditiva es la causa principal del parecido entre parientes, determinante de las propiedades genéticas de una población y de la respuesta a la selección.

MODELO DE ADITIVIDAD/DOMINANCIA CARACTERES CUANTITATIVOS MODELO DE ADITIVIDAD/DOMINANCIA VP = VG + VE VP = (VA + VD + VIG) + VE La varianza aditiva (Va) se origina en las diferencias entre loci homocigotas La varianza de dominancia (Vd) se origina en las diferencias entre loci heterocigotas

Utilidad de la estimación de varianzas Conocer el porcentaje de variabilidad genética de una población experimental Estimar la heredabilidad (h2) Decidir el método de selección

F1, CLONES, HERMANOS COMPLETOS EN POBLACIONES HOMOGÉNEAS HETEROCIGOTAS F1, CLONES, HERMANOS COMPLETOS ES NECESARIO ESTIMAR LA VARIANZA GENÉTICA TOTAL EN POBLACIONES HOMOGÉNEAS HOMOCIGOTAS VARIANZA GENÉTICA = ?

Poblaciones segregantes EN POBLACIONES HETEROGÉNEAS HETEROCIGOTAS EN LOS CRUZAMIENTOS, LOS INDIVIDUOS PASAN SUS GENES A LA DESCENDENCIA A TRAVÉS DE LAS GAMETAS F2 F3 Poblaciones segregantes ES NECESARIO ESTIMAR LA VARIANZA GENÉTICA ADITIVA

MEZCLA DE LÍNEAS PURAS, LÍNEAS ENDOCRIADAS EN POBLACIONES HETEROGÉNEAS HOMOCIGOTAS MEZCLA DE LÍNEAS PURAS, LÍNEAS ENDOCRIADAS SI NO EXISTEN CRUZAMIENTOS ENTRE LOS INDIVIDUOS, ÉSTOS PASAN SU GENOTIPO COMPLETO A LA DESCENDENCIA SE ESTIMA VARIANZA GENÉTICA ADITIVA

MÉTODOLOGÍA DE estimación de varianzaS ANOVA Consiste en estimar las varianzas genéticas y ambientales a partir de los cuadrados medios. Es necesario discriminar dónde existe variación y a qué tipo pertenece (ambiental, genética, o ambas), de acuerdo al material genético con que se trabaje (autógamas, alógamas, asexuales).

ANÁLISIS DE LA VARIANZA (ANOVA)

X i J = µ + G i + є iJ VG = (CME – CMD)/R ESTIMACIÓN DE VARIANZAS FV ENTRE PROGENIES DENTRO PROGENIES SC GL CM є (CM) CME CMD VE + R VG VE ESTIMACIÓN DE VARIANZAS CUADRADO MEDIO DENTRO (CMD) = VARIANZA AMBIENTAL (VE) CUADRADO MEDIO ENTRE (CME) = VARIANZA FENOTÍPICA (VE + VG * R), donde R es el N° de Repeticiones. VG = (CME – CMD)/R

Interacción genotipo x ambiente VP = VG + VE + V(GxE) Interacción genotipo x ambiente Cuando los genotipos se prueban en varios ambientes: Yij = m + Gi + Ej + GxEij + R

¿Qué es la Interacción GxE? Es el cambio en la respuesta de los genotipos a los diferentes ambientes Diferencias en la expresiones de los genotipos según el ambiente.

Interacción G-E G1 G1 Rto. G2 G2 A1 Ambientes A2 CUALITATIVA CAMBIO DE RANKING G1 G1 Rto. G2 CUANTITATIVA G2 Sin CAMBIO DE RANKING A1 Ambientes A2

Estructura del ANOVA para un ensayo con "g" genotipos en "a" ambientes (localidades, años o localidades y años) F. V. G.L. C.M. E(CM) Ambientes (a – 1) Rep/Ambientes a(r – 1) Genotipos (g – 1) M1 2e + r .2ga + r.a 2g Genotipos x Ambientes (g -1) (a -1) M2 2e + r .2ga Error a (g -1) (g – 1) M3 2e Estimadores 2e = M3 2ga = (M2-M3)/r 2g = (M1-M2)/r.a 2p = 2e + 2ga + 2g Interacción GxE: Genotipo x Localidad Genotipo x Año Genotipo x Localidad x Año

Análisis de la interacción G x E Identificar genotipos estables (Baja GxE). Identificar genotipos con adaptación específica (Alta GxE).

EJERCICIO DE APLICACIÓN ACTIVIDAD PRÁCTICA EJERCICIO DE APLICACIÓN Estimar la varianza genética, ambiental y heredabilidad para peso de 100 granos (gr.) en una población HETEROGÉNEA HOMOCIGOTA de garbanzo

ACTIVIDAD PRÁCTICA A partir de una parcela de 200 plantas de garbanzo, sembrada en forma masal, se cosecharon al azar 30 plantas. En la generación siguiente, se implantó un ensayo mediante un DBCA con 3 repeticiones, donde los tratamientos fueron la descendencia de cada una de aquellas 30 plantas cosechadas. De cada parcela se obtuvo el peso promedio de 100 granos, registrándose en una planilla de datos.

Primero debemos preguntarnos… ¿Qué tipo de material es? Autógama, Alógama o Asexual? Cómo es su estructura genética? Dónde existe variabilidad? Qué tipo de variabilidad es? Cómo puedo estimar los componentes de la varianza?

ANOVA

ANOVA Utilizando el Programa INFOSTAT, se obtiene el siguiente cuadro de análisis de la varianza:

ANOVA

ACTIVIDAD PRÁCTICA Se evaluó el peso fresco de flores de piretro en 20 clones durante 3 años con dos repeticiones por año. de acuerdo a la siguiente tabla de análisis de la varianza:   Variable N R² R² Aj CV PFF 120 0,97 0,94 4,29 Cuadro de Análisis de la Varianza (SC tipo III) F.V. SC gl CM F p-valor Modelo 361082,50 60 6018,04 30,42 <0,0001 CLON 81640,6 19 4296,88 21,72 <0,0001 Año 251120,0 2 125560,0 634,76 <0,0001 B 91,88 1 91,88 0,46 0,4982 CLON*Año 28230,0 38 742,89 3,76 <0,0001 Error 11670,6 59 197,81 Total 372753,13 119

PREGUNTAS ¿Qué significa R2 y CV? ¿Existieron diferencias entre los clones para PPF? ¿Existe Interacción clon x año? Qué significa? Calcule porcentaje de variación genética y H2 para PFF

HEREDABILIDAD Heredabilidad. Conceptos básicos y métodos de estimación Heterosis y Aptitud combinatoria. Conceptos y estimaciones . Endocria Selección. Respuesta a la selección. Criterios de selección Análisis de correlación

¿Qué es la Heredabilidad ¿Qué es la Heredabilidad? Es la proporción de la varianza fenotípica que puede ser atribuída a efectos genéticos. HEREDABILIDAD EN SENTIDO AMPLIO (O Grado de determinación genética) H2 = VG(TOTAL) /VP = VG / VG + VE Varía entre 0 y 1 Si la población consiste de individuos con el mismo genotipo (Vg = 0), la variabilidad es atribuida al ambiente; por lo tanto la H2 tiende a 0. Si los individuos tienen diferentes genotipos pero el ambiente no tiene efecto sobre el carácter, la VE = 0 y la H2 tiende a 1 Util para poblaciones de individuos NO SEGREGANTES.

HEREDABILIDAD EN SENTIDO ESTRICTO h2 = VG(ADITIVA) / V P La VARIANZA ADITIVA se puede FIJAR POR SELECCIÓN. Expresa la confiabilidad que tiene un determinado individuo seleccionado de originar descendencia similar a él. h2 ≤ H2 Útil para poblaciones de individuos SEGREGANTES

¿Por qué es útil estimar la heredabilidad ? Permite describir el PARECIDO ENTRE PARIENTES. # Cumple un ROL PREDICTIVO al permitir estimar el Avance Genético. Determina el MÉTODO DE SELECCIÓN a utilizar.

SELECCIÓN EN BASE A PRUEBA DE PROGENIES MÉTODOS DE SELECCIÓN SELECCIÓN FENOTÍPICA h2 SELECCIÓN EN BASE A PRUEBA DE PROGENIES

ESTIMACIÓN DE LA H2 Aspectos a tener en cuenta Los procedimientos para calcular los componentes de la varianza , conducen a estimar la heredabilidad. Tipo de población y de su estructura genética El genotipo en particular, en un ambiente determinado. Distintas metodologías pueden dar estimados diferentes de h2

Estimación de la Heredabilidad 1- COMPONENTES DE LA VARIANZA (ANOVA). 2- REGRESIÓN PROGENIE / PROGENITOR 3- MÉTODO DE LAS RETROCRUZAS (WARNER)

1- Componentes de la varianza (ANAVA) X i J = µ + G i + є iJ FV ENTRE PROGENIES DENTRO PROGENIES SC GL CM є (CM) CME CMD VE + R VG VE ESTIMACIÓN DE VARIANZAS CUADRADO MEDIO DENTRO (CMD) = VARIANZA AMBIENTAL (VE) CUADRADO MEDIO ENTRE (CME) = VARIANZA FENOTÍPICA (VE + VG * R), donde R es el N° de Repeticiones. VG = (CME – CMD)/R %VG ó H2 (amplio o estricto) = (VG) / (VG + VE)

2- Regresión progenie/progenitor Inter generacional Se toma datos de la variable en estudio sobre uno de los padres o se calcula la media de ambos padres para la variable En la generación siguiente se siembran los hijos de cada padre y se toman los datos sobre la variable Este método estima heredabilidad mediante el parecido entre parientes (padres y progenie)

Valores aproximados de heredabilidad Media de los padres Media de la progenie Regresión de la progenie sobre la media de los padres

REGRESIÓN DE LA MEDIA DE LA PROGENIE SOBRE UN SÓLO PARENTAL COEF. DE REGRESIÓN = “b” COV ENTRE HIJOS Y MADRES (COV “OP”) VARIANZA DE LAS MADRES (σ2”P”) EN DONDE COV “OP” = ½ σ2(ADITIVA) σ2"P” = σ2(FENOTIPICA) b = ½ σ2(ADITIVA) σ2(FENOTÍPICA) = ½ h2 h2 = 2 b en Sentido Estricto

REGRESIÓN DE LA MEDIA DE LA PROGENIE SOBRE LA MEDIA DE DOS PADRES COEF. DE REGRESIÓN = “b” COV ENTRE HIJOS Y PADRES (COV “OP”) VARIANZA DE LOS PADRES (σ2”P”) EN DONDE COV “OP” = ½ σ2(ADITIVA) σ2”P” = ½ σ2(FENOTIPICA) b = ½ σ2(ADITIVA) ½ σ2(FENOTIPICA) = h2 h2 = b en Sentido Estricto

Se necesitan 6 generaciones dispuestas en un ensayo P1 y P2 F1 F2 2- METODO DE LAS RETROCRUZAS (WARNER) Se necesitan 6 generaciones dispuestas en un ensayo P1 y P2 F1 F2 R1 y R2

Var. Fenotípica = VF2 Var. Ambiental = 1/3 ( VP1+ VP2+ VF1) Var. Genética Total = VF2 – VE Var. Aditiva = 2VF2 – ( VR1 + VR2) Var. Dominancia = ( VR1 + VR2)- VF2- VE Heredabilidad (amplio/estricto) = ?

La población (constitución genética) y el ambiente FACTORES QUE AFECTAN LA ESTIMACIÓN DE LA HEREDABILIDAD La población (constitución genética) y el ambiente Selección Método de estimación

EJERCICIO DE APLICACION En las generaciones F1 y F2 se estimaron las varianzas para el número de hojas en sorgo, siendo 2,37 y 6,22 respectivamente. a- Calcule la heredabilidad en la generación F2 b- ¿Para poder estimar dicho parámetro que supuestos deberían cumplirse?

Actividad Práctica Estimación de heredabilidad en base a parámetros genéticos Una población F2 de cebada posee una varianza para el número de días a espigazón igual a 50, mientras que dos líneas puras derivadas de ésta tienen una varianza de 7 respectivamente.   En función de los cálculos anteriores estime la heredabilidad en sentido amplio (H2) de los días a espigazón en esta población?

Heredabilidad en sentido amplio H2 = Vg/ Vp(Vg+Ve) Vg = 43 Vp = 50 H2 = 43/50 H2 = 0,86

2- Un mejorador tomo datos de días a floración en los padres y en la generación siguiente sobre su progenie, con la finalidad de estimar la heredabilidad de dicho carácter. Calcule la h2 considerando todos los datos observados 52 56,5 57 56 10 47 48 44 9 49 8 53 58 7 43,5 43 6 50 53,5 54 5 4 49,5 3 46 2 47,5 45 1 PROG MEDIA PADRE MADRE Nº Y = 40,93 + 0,155 X h2 =????

CONSIDERANDO EL EJERCICIO ANTERIOR ESTIME LA H2 EN FUNCION DE UN SOLO PROGENITOR (MADRE) MADRES PROGENI ES 92 96 6 87 78 5 86 93 4 84 85 3 102 2 75 1 PROGENIES MADRES Nº Y = 69,85 + 0,19 X h2 = ??

Se estudió el carácter días a floración en trigo a partir del cruzamiento entre la variedad Ramona (p,) y la variedad Baart (p). los datos experimentales fueron: Calcule la heredabilidad EN SENTIDO AMPLIO Y ESTRICTO del carácter días a floración en función de los datos de la experimentación

Heterosis Evalúa el comportamiento de las cruzas (F1) con relación a los padres. Éstos pueden ser líneas homocigotas, clones, poblaciones, etc. Es el fundamento de la obtención de híbridos principalmente en especies alógamas (maíz, girasol, sorgo).

Heterosis F1: valor medio del híbrido MP: media de los padres (P1+P2)/2 P: media del padre mayor F2: rendimiento teórico de F2

Heterosis Se evaluó a campo el rendimiento de dos líneas endocriadas de maíz y su respectivo híbrido, obteniéndose los siguientes resultados (q/ha): L1: 20; L2: 40; F1: 70 Calcular El porcentaje de heterosis El rendimiento teórico esperado de la F2

Aptitud Combinatoria Es la capacidad de un genotipo de combinarse con otros genotipos para un carácter cuantitativo dado. La aptitud combinatoria general (ACG) es la habilidad de una línea de combinarse en forma favorable con otras, respondiendo a un modelo de acción génica de aditividad. La aptitud combinatoria específica (ACE) es la habilidad de una línea de combinar favorablemente con otra y es relativa a la acción génica de dominancia.

A partir de un sistema dialélico completo de 6 líneas (sin autofecundaciones), se construyó la siguiente tabla con los rendimientos de 16 cruzas obtenidas. Identifique cuáles líneas poseen la mejor ACG y ACE L1 L2 L3 L4 L5 @ 63,64 54,45 80,12 86,03 64,52 62,46 64,85 60,69 66,36 68,49 L6 64,32 55,21 84,36 72,23 81,62

Endocría Representa el apareamiento de individuos emparentados En el MGV se emplea fundamentalmente para obtener líneas homocigotas

Endocría en especies diploides El coeficiente de endocría es calculado para determinar el nivel de homocigosis en una generación específica: F: coeficiente de endocría. F´: coeficiente de endocría de la generación precedente. Cuando: F = 1 homocigosis completa F = 0 Población en panmixia

Endocría Ejemplo: Calcule el coeficiente de endocría de las generaciones F1, F2 y F3 obtenidas a partir de la cruza de dos líneas endocriadas de maíz.  

Endocría El coeficiente de endocría de la F1 es igual a 0, dado que la F1 producto del cruzamiento de dos líneas diferentes es 100% heterocigota. El coeficiente de endocría de la F2 se puede obtener a partir de:   F = ½ (1 + F´) (Wright) F´: es el coeficiente de endocría de la generación anterior, de modo que: F (F2) = ½, ya que F´= 0 F3 = ½ + (1 + ½) = ½ (3/2) = 3/4

Cuestionario Cuál es la importancia de la estimación de la aptitud combinatoria? Que significa heterosis y cómo se estima? Explique el significado de endocría y como se puede calcular Cual es el propósito de estimar varianzas en el MGV? Se puede predecir el rendimiento de una F1 y de la F2 de la cruza de dos líneas homocigotas. Explique Mencione cuatro aplicaciones de la heredabilidad en el MGV.