MEJORAMIENTO DE PLANTAS Agricultares comienzan domesticando y seleccionando cultivos en forma empírica. Hoy cultivares de altos rendimientos son desarrollados por mejoradores para satisfacer las necesidades de la agricultura moderna y el continuo crecimiento demográfico Ocurre desde que los hombres dejan de ser nómades para ser sedentrarios.

Centros de Origen (Vavilov, 1926) China, Indostán, Asia Central, Asia Menor, región Mediteránea, Abisinia (Etiopía), América Central y región centro occidental de Sudamérica (Perú, Ecuador, Bolivia)

Origen de algunas especies cultivadas 300.000 especies de plantas vasculares 300 especies han sido domesticadas (12% de las familias de plantas) menos de 30 constituyen la base alimentaria (Graminae, Leguminosae, Solanaceae, Rosaceae) Maíz América tropical Algodón América tropical Trigo Asia menor Tabaco Avena Asia menor y norte de África Soya China Papas América del sur Tomates

Domesticación: Modificaciones genéticas por nuestros antepasados desde hace 10,000 aňos El hombre por medio de la selección ha modificado genéticamente los cultivos a partir de plantas silvestres para lograr mejoras. Teosinte (progenitor silvestre) Maíz primitivo Maíz moderno

Lechuga silvestre Variedad moderna de lechuga Zanahoria silvestre Variedad moderna de Zanahoria

Aumento de los rendimientos en Chile en los últimos 40 años

Etapas de los métodos de Mejoramiento Genético Obtención y descubrimiento de variabilidad genética. Combinación de la variabilidad disponible. Selección de los individuos con caracteres de interés. Reagrupación de genes favorables. Estabilización fenotípica Multiplicación de las selecciones. Distribución y comercialización de las nuevas variedades para uso de los agricultores

Selección: No crea variabilidad Actúa sobre caracteres heredables Base del Mejoramiento: Variabilidad Genética Fenotipo = Genotipo + Ambiente + Interacción P = G + E + G x E

No Heredable Heredable Generación Parental Mismo ambiente o Heredabilidad Proporción de la variación fenotípica entre individuos atribuible a diferencias genéticas. Grado en que la progenie se asemeja a los padres. H = Vg / Vp h2 = Va / Vp Toma valores entre 0 y 1

Diferencial de selección (S) Selección y Respuesta Se busca cambia las frecuencias génicas, pero se debe trabajar con varios loci en forma simultánea. Diferencial de selección (S) Diferencia entre la media de la población y la selección. Respuesta a la selección (R) Diferencia entre la media de la generación parental y la descendencia de la selección. POBLACIÓN INICIAL S GRUPO SELECCIONADO R = h2 S R PROGENIE DE SELECCIÓN

Caracteres Cualitativos Caracteres Cuantitativos El fenotipo de un individuo, de una planta o de una variedad, se refiere a la suma de características que lo identifican.  Por otra parte, el genotipo corresponde al arreglo particular de genes de un determinado individuo, planta o variedad. Es la constitución genética total de un organismo, almacenada específicamente en el ADN. Fenotipo = Genotipo + Ambiente + Interacción P = G + E + G x E Caracteres Cualitativos Caracteres Cuantitativos Variación en clases Variación continua Sin influencia medio Influenciado por medio Pocos genes ó 1 Generalmente +2 genes Ej: aristas vs sin Ej: altura (cm) rugosa vs lisa peso (gr)

CARACTERES ESTUDIADOS POR GREGOR MENDEL 1865 (caracteres cualitativos) Pisum sativum CARACTERES ESTUDIADOS POR GREGOR MENDEL 1865 (caracteres cualitativos)

Caracteres cuantitativos

(homocigosis) (heterocigosis) AUTOGAMIA PANMIXIA (homocigosis) (heterocigosis) MULTIP. VEG. (clones heterocigotos) Plantas Autógamas Líneas puras Plantas Alógamas Variedades híbridas Reproducción Vegetativa Genotipos con características favorables

Hibridación Genealógico Masal Retrocruzamiento SSD MEJORAMIENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS Selección individual Selección masal Hibridación Genealógico Masal Retrocruzamiento SSD MEJORMIENTO DE PLANTAS ALÓGAMAS Hibridación de líneas puras Selección masal Retrocruzamiento Selección recurrente REPRODUCCIÓN VEGETATIVA Cruzamientos Selección Selección de variedades heterogéneas Mutaciones inducidas

MEJORAMIENTO DE TRIGO

Determinación de objetivos: Resistencia a enfermedades Resistencia a la tendedura Altos rendimientos Calidad panadera Altos contenidos proteicos Etc....

MEJORA GENÉTICA Bioquímica Fitotecnia Fisiología Estadística Genética Botánica Biotecnología Fitopatología Nueva Variedad

MARCADORES MOLECULARES PROTEINAS Isoenzimas ADN RFLP (Random Fragments Length Polimorphism) PCR- RAPDs (Random Amplified Polimorphic DNA) AFLPs (Amplified Fragment Length Polimorphism) Minisatélites o VNTR Microsatélites o SSR (Simple Sequence Repeats)

Genealogía para un gen autosomal recesivo BASE MOLECULAR DE LA GENETICA MENDELIANA A A a Genealogía para un gen autosomal recesivo a ¼ ½ a A A a mutación que produce una proteina corta PROTEINA E L E C T R O F O R E S I S D E P R O T E I N A S

Electroforésis en agarosa FRAGMENTOS DE RESTRICCIÓN POLIMÓRFICOS (RFLP’s, Restriction Fragment Length Polymorphism) Hind III 3´- T T C G A A – 5´ 5´- A A G C T T – 3´ SONDA INDIVIDUO 1 H H H 4 kb 2 kb 4 kb + 2 kb Hind III Electroforésis en agarosa 2 kb 4 kb INDIVIDUO 2 4 kb 2 kb H H falta ! Hind III 6 kb 6 kb “LOCUS POLIMÓRFICO”

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA ( PCR ) SECUENCIA ORIGINAL DE ADN A AMPLIFICAR 3’ 5’ ´Primers’ escogidos o creados SEPARAR LAS CADENAS CON CALOR. UBICACIÓN DE LOS ‘PRIMERS’ POLIMERIZACIÓN Tag Polimerasa (72°C) SEPARAR LAS CADENAS CON CALOR. UBICACIÓN DE LOS ‘PRIMERS’ Nuevos ´Primers’ POLIMERIZACIÓN Se producen los fragmentos deseados Tag Polimerasa “SE UTILIZA UN TERMOCICLADOR”

Reacción de RAPD, Partidor OPU – 05 57 Variedades Muestras de ADN Termociclador

Aplicaciones de corto plazo Identificación de parentales o test de paternidad Identificación y protección de variedades Certificación de pureza genética en la producción de híbridos Monitoreo de fecundación cruzada y autofecundación Evaluación de germoplasma y poblaciones de mejoramiento (variabilidad, diversidad, clasificación distancia genética y filogenia) Construcción de colecciones nucleares en bancos de germoplasma a partir de estudios sobre diversidad y distancia genética

Aplicaciones de mediano y largo plazo Construcción de mapas genéticos de ligamiento Mapeo genético de QTL (Quantitative Trait Loci) Exploración de locus homólogos en otras especies, a través de mapeo comparativo Introgresión de características via retrocruzamiento asistido por marcadores Selección y recombinación dirigida de genotipos superiores Selección temprana en cultivos perennes

Filogenia para accesiones de Fragaria Mapa genético de tomate

CULTIVO DE TEJIDOS USOS Prpopagación masiva Rescagte de embriones Composición general: Fuente de Carbono (azúcares) Macronutrientes (N, K, etc) Micronutrientes (Fe, Cl, etc) Vitaminas Agente gelificante (para medios sólidos) Reguladores de crecimiento (hormonas vegetales) Otros compuestos USOS Prpopagación masiva Rescagte de embriones Cultivo de meristemas (saneamiento de virus) Cultivo de anteras (producción de plantas haploides) Embriogenesis somática Transformación

TRANSFORMACIÓN GENÉTICA A. tumefaciens

TRANSFORMACIÓN GENÉTICA Biobalística

MEJORAMIENTO GENÉTICO DE PLANTAS CON TRANSFORMACIÓN GENÉTICA Transformación de Plantas Biobalística o Agrobacterium Mejoramiento Genético Resistencia a Patógenos Resistencia a Herbicidas Esterilidad Sexual Calidad del Producto Roundup Listo Materna Paterna Insectos Hongos Bacterias Color Postcosecha

PLANTAS QUE HAN SIDO TRANSFORMADAS GENÉTICAMENTE Abeto Acelga Alfalfa Algodón Alamo Arabidopsis Arroz Arveja Camote Caña de azucar Cebada Centeno Clavel Crisantemo Espárrago Eucalyptus Frambuesa Frutilla Kiwi Lechuga Lirio Maíz Maní Manzana Maravilla Orquidea Papa Papaya Petunia Pera Pino Plátano Poroto Poroto de soya Remolacha Repollo Rosa Sorgo Tabaco Tomate Tulipán Trigo Vides Zanahoria Zapallo

GENES UTILIZADOS Y CARACTER CONFERIDO EN PLANTAS TRANSGÉNICAS Tipo de gen utilizado en transgénesis Caracter que confiere a la planta Toxina de Bacillus thuringensis Proteína de la cubierta viral Quitinasas, glucanasas de plantas y de otros organismos Lisozima humana y de cerdo. Otros péptidos bactericidas Genes cuyos productos afectan la biosíntesis de aminoácidos, o la fotosíntesis Genes cuyos productos afectan la biosíntesis del etileno, o la formación de pared celular Resistencia a Insectos Resistencia a Virus Resistencia a Hongos Resistencia a Bacterias Resistencia a Herbicidas Retraso maduración de frutos

Glifosato Bromoxinil GUS

Aire Etileno Edad (días) 57 59 63 67 70 Aire Etileno 50 53 56 59 70 CONTROL ANTISENTIDO Aire Etileno Edad (días) 57 59 63 67 70 Aire Etileno 50 53 56 59 70 Edad (días)