MEJORAMIENTO GENÉTICO

Mejoramiento Genético Vegetal “La ciencia cuyo objetivo es cambiar el genotipo, mejorándolo por un medio determinado y según el aprovechamiento para el que se vaya a destinar de acuerdo con las necesidades del hombre" (Frankel 1958). “La utilización de un sistema organizado de manipulación genética para modificar una especie vegetal, con el fin de hacerla más útil o aceptable para un uso específico“ (Johnson 1981). "El arte y la ciencia de mejorar el genotipo de las plantas en relación con su utilización económica“ (Smith 1986). El mejoramiento genético vegetal es esencialmente una elección hecha por el hombre de las mejores plantas, escogidas dentro de una población en la cual exista variabilidad bajo selección (Sanchez Monge, 1993).

Prerrequisitos La existencia de variabilidad o bien la capacidad para crearla es el primer requisito de todo programa de mejoramiento. La capacidad de detectar dicha variabilidad, o lo que es lo mismo, la habilidad del mejorador para observar las diferencias, que puedan tener valor económico entre plantas de la misma especie y/o la existencia de técnicas capaces de medirlas. La capacidad para manipular dicha variación para producir un nuevo cultivar estable.

La evolución del mejoramiento genético vegetal Comenzó con el inicio de la agricultura sedentaria y la domesticación de los primeros cultivos. Ej. cereales, eliminación de características indeseables como la dehiscencia o la latencia de sus semillas. Al principio en forma inconciente e intuitivamente Luego aplicando métodos empíricos

Rendimiento en grano de maíz en diferentes décadas en el mismo ambiente

Paralelismo entre las prácticas fitotécnicas y los procesos evolutivos Mecanismo evolutivo Práctica Fitotécnica 1 Hibridación espontánea Cruzamiento artificial 2 Introgresión Retrocruzamiento 3 Poliploidía Inducción de poliploides 4 Haploidía Inducción y utilización de haploides 5 Aneuploidía Adición y sustitución cromosómicas, series aneuploides, etc. 6 Mutación Inducción de mutaciones 7 Migración Introducción de germoplasma 8 Mantenimiento de la heterocigosis Utilización de la heterosis 9 Especialización, flexibilidad Adaptación, estabilidad 10 Selección natural Selección artificial 1-7 Mecanismos de creación de variabilidad genética 8-9 Mantenimiento de la variabilidad genética 10 Mecanismo de ajuste de la variabilidad genética

Sistemas de reproducción   Reproducción Sexual Reproducción Asexual Autogamia Alogamia Vegetativa Apomictica Polinización Predominantemente autopolinización Predominantemente cruzada ………….. …………. Cosntitución genotípica normal Homocigota Heterocigota Altamente heterocigota Constitución genética de las poblaciones Mezcla de líneas puras Caracterizadas por frecuencias génicas y genotípicas Mezcla de clones Origen de la variabilidad genética % de alogamia, mutaciones, hibridación artificial Segregación y recombinación por cruzamiento naturales o controlados, mutaciones Mutación somática, segregación y recombinación por reproducción sexual Mecanismo natural de control de la polinización Cleistogamia Casmogamia, dioecia, monoecia, dicogamia, autoincompatibilidad y androesterilidad Fallas en la meiosis y/o fecundación Respuesta a la consanguinidad Ninguna Depresión más o menos pronunciada del vigor general Objetivo final del mejoramiento Obtención de líneas puras Híbridos o variedades sintéticas Clones mejorados

¿Cómo diferencias plantas autógamas de alógamas? Ejemplos: Autógamas: Cebada Garbanzo Lechuga   Avena Soja Pimiento Arroz Lino Tabaco sorgo Festuca Tomate Trigo Algodón Escarola Alógamas: Maíz Olivo Trébol Blanco Batata   Centeno Pera Espárrago Girasol Manzana Ciruela Mora Perejil Higo Alfalfa Apio Nabo Uva Lotus Pepino Mango Melilotus Rábano

Objetivos del control de la polinización Obtener el tipo de cruzamiento deseado Obtener semilla pura para usos comerciales Técnica de cruzamiento Objetivo: colocar polen funcional de planta macho sobre estigmas receptivos en El momento oportuno para producir el cruzamiento deseado Técnica general : Emasculación de botones florales Aislamiento Colocación del polen sobre el estigma Verificación del cruzamiento

Objetivos del mejoramiento genético Domesticación de especies silvestres Extensión de áreas de cultivo Incrementar los rendimientos Mejorar la calidad: -comercial -industrial Instrumentos básicos Selección de individuos o familias a partir de germoplasma genéticamente variable Apareamiento de materiales seleccionados para obtener la generación siguiente La efectividad de la selección depende de: Herencia –tipo- Sistema de reproducción

Vías de evolución de las especies cultivadas Variación Mendeliana (mutación génica - recombinación) 3 categorías principales y no mutuamente excluyentes Hibridación Interespecífica (cruzas de especies taxonómicas distintas - introgresión) Poliploidía (reduplicación de juegos cromosómicos)

POLIPLOIDES: terminología 2n: número cromosómico de las células somáticas n: numero cromosómico de los gametos x: numero de cromosomas de un genoma (número básico) Ejemplo Triticum urartu: 2n = 2x = 14 (AA) Gametos: n = x = 7 Triticum aestivum: 2n = 6x = 42 (AA BB DD) Gametos: n = 3x = 21 (A B D)

POLIPLOIDIA en la Naturaleza Ocurre en ambos reinos Mas común en vegetales Talofitas y Pteridofitas Gimnospermas 4.5% (sequia – alerce – pino) Angiospermas 35% Poligonáceas – Rosaceas – Malvaceas – Gramíneas – Iridaceas Fagáceas – Moraceas - Cucurbitaceas Salicáceas - Compuestas – Liliaceas -Ranunculeaceas Distribución según --- % de sps poliploides Herbáceas perennes herbáceas anuales leñosas --- distribución geográfica aumenta con la latitud --- mayor en monocotiledoneas

Origen de la POLIPLOIDIA Espontánea Sps experimentales Gametos no reducidos Fecundación simultanea de gameto ♀ x dos ♂ Formación de quimeras Frecuencia baja (0.3/1000) Inducida Regeneración de plantas (solanaceas) Choques térmicos Sustancias químicas (colchicina – óxido nitroso) Fusión de protoplastos Espontanea: se produce esporadicamente sin intervencion del hombre. Restringida a especies experimentales q son estudiadas en laboratorio

POLIPLOIDÍA ARTIFICIAL EN LA MEJORA DE PLANTAS Mayor % de éxito reproductivo N° cromosómico bajo Alogamia como sistema reproductor Aprovechamiento vegetativo

Consecuencias Fenotípicas del aumento de Ploidía Aumento del tamaño celular Ciclo de crecimiento mas largo Aumento del tamaño de órganos Menor número de células Menor contenido de materia seca Menor fertilidad

Aumento de tamaño de estomas

Flor poliploide y flor diploide (Arabidopsis)

Especies del género Primula se han originado por poliploidía a partir de Primula floribunda

Tipos de POLIPLOIDES ANEUPLOIDES EUPLOIDIA ANFIPLOIDES Monoploides -Triploides AUTOPOLIPLOIDES ALOPOLIPLOIDES ALOPOLIPLOIDIA SEGMENTAL AUTO-ALOPOLIPLOIDIA ANFIPLOIDES

Tipos de POLIPLOIDIA AUTOPOLIPLOIDES: Cuando todos los cromosomas proceden de una misma especie. Cada set adicional de cromosomas es idéntico a la especies parental. El diploide AA se convierte en un tetraploide AAAA. Todos los cromosomas son homólogos y los genomios poseen homología

Tipos de Poliploides Autopoliploides Ejemplos: 4x 6x Papa Batata Alfalfa Café

AUTOTETRAPLOIDE Especie cuyo aprovechamiento es la semilla ej: centeno Especie cuyo aprovechamiento es el fruto. Comestibles De uso industrial ej: uvas, manazas especies con aprovechamiento de partes vegetales ej : forrajeras, brasicaceas

AUTOTRIPLOIDE Especie naturales Remolacha TRIPLOIDE Sandia TRIPLOIDE Té – mora – crisantemo – manzanos en USA Remolacha TRIPLOIDE Obtención: 4n x 2n Mas raíz y contenido de azúcar Sandia TRIPLOIDE Obtención: autotetraploide x diploide Fecundación necesaria para inducir formación de frutos

Tipos de POLIPLOIDES ANEUPLOIDES EUPLOIDIA ANFIPLOIDES AUTOPOLIPLOIDES ALOPOLIPLOIDES ALOPOLIPLOIDIA SEGMENTAL AUTO-ALOPOLIPLOIDIA ANFIPLOIDES

POLIPLOIDES: ALOPOLIPLOIDES Los cromosomas provienen de la hibridación de dos especies diploides distintas seguida por una posterior duplicación del número de cromosomas. Los diferentes genomios no se aparean entre si (los genomios son homólogos) Tipos: Alotetraploides Alohexaploides

Obtención de un Alotetraploide AA BB Sps 1 2n = 4 X Sps 2 2n = 6 Fertilización de gametos No reducidos (diploides) AB Alotetraploide: 4n = 10 FERTIL Híbrido INFERTIL AABB Duplicación cromosómica

EVOLUCION DEL TRIGO La formación del trigo pan (ALOHEXAPLOIDE) Hibridización de especies distintas y 2 errores meióticos. Primer producto fue “emmer”. Las letras A, B & D representan cromosomas que pudieron ser localizados en una especie en particular. T. aestivum contiene cromosomas derivados de tres distintos ancestros.

Alopoliploidía en Brassica

Usos de la Poliploidía en Mejoramiento Objetivo: Nivel de Ploidía óptimo Aumento de rendimiento Aumento de la calidad nutritiva Aumento del tamaño de órganos Mayor probabilidad de éxitos si: Órgano cosechado no es semilla Nivel de ploidía de partida es bajo Alógamas (recombinación posterior) Ciclos de selección cortos Ej: ray grass y trébol rojo Objetivo: Nivel de ploidía impar Esterilidad Ejemplos: Banana (3x) – Sandía sin semillas (3x)