FITOMEJORAMIENTO DE HORTALIZAS

MEJORAMIENTO DE PLANTAS Es la aplicación sistemática de técnicas que permiten explotar el potencial genético de las plantas en beneficio para el hombre. El éxito depende de la habilidad para identificar progenitores promisorios, cambiar atributos deseables a través de la hibridación, reconocer y seleccionar efectivamente dentro de las poblaciones segregantes. El mejoramiento genético es una ciencia relativamente nueva todavía en desarrollo con biología molecular y el cultivo de tejidos recientemente como nuevas herramientas.

El mejoramiento de planta fue considerado un arte y no ciencia hasta que fueron reconocidas las leyes de la herencia de Mendel (1822-1884) y aplicadas en el mejoramiento al comienzo del siglo XX El mejoramiento de plantas comienza justo cuando el hombre, se hace sedentario, inicia las actividades agrícolas y establece cultivos para su alimentación y la de sus animales. Por lo tanto, la domesticación de plantas y animales marcó una de las más importantes fases en el progreso del hombre.

PLANIFICACION DE UN PROGRAMA DE MEJORAMIENTO GENÉTICO 1.- DEFINICIÓN DE LOS OBJETIVOS: Se debe considerar las necesidades de horticultores, comercializadores, procesadores y consumidores. El plan requiere del conocimiento de horticultura y utilización del cultivo. Los objetivos podrían cambiar en el transcurso del programa Es importante indagar que materiales existen satisfaciendo los requerimientos.

2.- BUSCAR QUE TRABAJOS PREVIOS SE HAN REALIZADO SOBRE EL TEMA O TEMAS SEMEJANTES - Revisión de la literatura - Consultar / discutir con otros mejoradores, productores de semillas y otras autoridades 3.- BUSQUEDA DE MATERIAL DISPONIBLE - Establecer y estudiar colecciones de cultivares, formas primitivas y especies cercanas. - Si los caracteres no se encuentran en la especie ni parientes cercanos, considerar la inducción de la variabilidad a través de mutaciones e ingeniería genética (OGM).

4.- CONSIDERAR LOS FACTORES REPRODUCTIVOS - Ciclo de vida, grado de polinización cruzada, agentes naturales de polinización. 5.- ASPECTOS GENETICOS - Naturaleza de la herencia del carácter en consideración - Expresión del carácter. Influencia del medio ambiente frente a la genética. Métodos de medición y selección. - Eficiencia de los diferentes métodos de mejoramiento 6.- SELECCIONAR EL PROGRAMA DE MEJORAMIENTO SOBRE LA BASE DE TODO LOS FACTORES

CLASIFICACION DE LAS HORTALIZAS DE ACUERDO A SISTEMA REPRODUCIVO I.Sexual A. Anuales 1. Flores dioicas:polinizadas por el viento. Espinaca 2. Flores monoicas, autocompatibles a. Polinizadas por viento. Maíz b. Polinizadas por insectos. Cucurbitaceas 3. Flores perfectas: la mayoría polinizadas por viento a. Autoincompatibles. Mostaza b. Autocompatibles. 1. Polinización cruzada.Pimiento, Berenjena 2. Autopolinización. Tomate, Lechuga, Poroto

B. Bianuales,flores perfectas 1. Autoincompatibles a. Polinizadas por insectos.Brasicaceas b. Polinizadas por el viento. Betarraga 2. Autocompatibles Polinización cruzada por insectos:Zanahoria, cebolla,apio C. Perennes: Diocas. Espárrago II. Asexual. Perennes la mayoría son de polinización cruzada A. Autocompatible. Polinización por insecto. Alcachofa B. Autoincompatible 1.Polinización por insecto. Papa, Camote 2. Polinización por viento. Ruibarbo III. Infértil. Apomictica obligada. Ajo

OTROS FACTORES A CONSIDERAR EN EL FITOMEJORAMIENTO DE HORTALIZAS Número de semillas por planta Número de semillas por fruto Tamaño de la flor y sus partes Espacio requerido por planta Momento de madurez comercial en relación con la madurez de las semillas

¿Porqué hacer fitomejoramiento de hortalizas? Hay problemas que son específicos en la producción nacional y limitan la comercialización Se cuenta con una importante colección de germoplasma nativo o naturalizado Se tiene un grupo interdisciplinarios de investigación y conocedores del medio ambiente, capacitados para usar tecnología moderna. El alto valor de importaciones de semillas de hortalizas. US$ 10 millones Se estima un 30% de autoproducción por lo que existe un sector importante que requiere mejorar la calidad genética del insumo

¿Porqué realizar fitomejoramiento de hortalizas? No hay evidencia en algunas especies que los F1 generados por las empresas sean superiores que cultivares de polinización abierta Los cultivares que desarrollan las empresas son protegidas(F1) y en ciertos casos no responden a los requerimientos productivos del país Los F1 tiene un precio alto, por lo que deja fuera de competencia a muchos productores parecen grupos de trabajo en otras Instituciones interesadas en abordar el fitomejoramiento de hortalizas

Objetivos Generales del Fitomejoramiento Inducir cambios tecnológicos con el uso de cultivares adecuados a las condiciones propias del país Solucionar problemas que son únicos del país y que estén restringiendo el rendimiento y la calidad de los productos en los mercados Introducir, domesticar y mejorar genotipos que signifiquen nuevas oportunidades comerciales

Objetivos específicos del Fitomejoramiento Mantener, caracterizar y evaluar germoplasma, para su utilización Ampliar la variabilidad genética e introducir características deseables Mejorar materiales con características destacadas Introducir y evaluar cultivares comerciales. Generar y mantener semilla genética

Fitomejoramiento Cultivar Recursos Financieros Factores de la Producción Fitomejoramiento Cultivar Recursos Humanos Entomología Fitopatología Nematología Recursos Físicos

Trilogía Estratégica de Trabajo Recursos Genéticos MejoramientoGenético Biotecnología

Estrategia para el exito de un programa de mejoramiento

Evolución del pool genético Nativo Selección por Nativos Americanos Exploradores Españoles e Introducción a Europa Mejoramiento Tradicional Cultivares Modernos ? ac ?ac-dc Siglo XVI 1900-1980 1980- ?

Introgresión de genes Pool Genético Nativo Especies Silvestres : Selección por Nativos Americanos Exploradores Españoles e Introducción a Europa Mejoramiento Tradicional Cultivares Modernos Caracteres específicos - pobre incremento en diversidad genética Especies Silvestres : Manipulación Genética para Caracteres Específicos

Nuestra Estrategia Incorporación de genes Mayor uso de diversidad y creación de variabilidad genética Pool Genético Nativo Selección por Nativos Americanos Selección Exploradores Españoles e Introducción a Europa Mejoramiento Genético Tradicional Cultivares Modernos Especies Silvestres Pool Genético de Base Amplia Material Avanzado Nuevos Cultivares No Selección Selección

Métodos de mejoramiento METODOS DE COMBINACION o VARIACION METODOS DE SELECCIÓN Hibridación simple hibridación doble inducción de mutaciones Selección masal selección por planta individual selección en masa X INTRODUCCION RETROCRUZAS Y F1

INDUCCION DE LA VARIABILIDAD Hibridaciones Cruzamientos lejanos Mutaciones Poliploidía Fusión de protoplastos Acumulación de genes

METODOS Introducción Selección (Marcadores Moleculares) Desarrollo de líneas puras ( cultivo de anteras y ginogenia) Hibridaciones (rescate de embriones) Transgenia

INTRODUCCION O EVALUACIÓN DE CULTIVARES Primer año: Evaluación primaria dentro de la Estación Experimental Segundo año Ensayo de rendimiento en diferentes localidades Tercer año

INTRODUCCIÓN DE PLANTAS El movimiento de plantas económicas de un lugar a otro ha sido una de las formas más importantes en el desarrollo de la agricultura. El hecho que mas marcó la historia de la introducción de plantas fue el descubrimiento del hemisferio occidental, evento que afectó profundamente la agricultura de ambos hemisferios.

TIPOS DE INTRODUCCIONES Hoy cada país con una agricultura organizada debe tener la capacidad para introducir continuamente nuevos materiales de plantas o genes de importancia 1. Cultivos nuevos 2. Nuevas variedades de cultivos establecidos 3.Nuevas características para cultivares establecidos

RECURSOS GENETICOS ACTIVIDADES COLECCIÓN Y EXPLORACIÓN - Intercambio, colecta, donación CARACTERIZACIÓN Y EVALUACIÓN - Información sobre los descriptores botánicos, características fisiológicas, genéticas, agronómicas, industriales y bioquímicas - nivel mínimo - nivel avanzado - CONSERVACIÓN Banco Base -10 A -15º C; 30% HR > 5 años Banco Activo 0ºC , 40-50% HR Laboratorio Semilla - DOCUMENTACIÓN E INFORMACIÓN - DISTRIBUCIÓN Y UTILIZACIÓN

CENTROS DE DIVERSIDAD Centros primarios: máximos en diversidad Centros secundarios: tipos generados de los primarios CENTROS DE ORIGEN Vavilov consideró estos centros de diversidad, los centros de origen. Diversidad han sido primariamente función de mutaciones y acumulación de ellas en el largo período.

CENTROS DE DIVERSIDAD DE ALGUNAS HORTALIZAS SEGÚN VAVILOV Cebolla Ajo Espinaca Zanahoria Rábano Pepino ensalada Melón Zapallos Ají Tomate Maíz Poroto Camote ASI A MENOR ASI A CENTRAL CHINA MEDITERRANEO Betarraga Lechuga Repollo Espárrago Achicoria Endibia MEXICO SUR AMERICA CENTRAL S.E. ASIA INDIO Berenjena Pepino Ensalada ETIOPIA Papa Zapallo Ají Poroto Tomate ZONA ANDINA Okra AMAZONI A CHILOE Papa

SELECCIÓN MASAL XAXXXAXX XXAXXXAX AXXXXAXX Permite eliminar los individuos no deseables dentro de una población Permite seleccionar los individuos con características fenotípicas deseables Se utiliza cuando un nuevo cultivo es introducido en un lugar A XBXXXB XXXBXB B XXXX

SELECCIÓN POR PLANTA UNICA O O O O O O O O O O O O O O Es la selección que permite avanzar rápidamente en cultivos de polinización cruzada Permite la selección una vez introducida la variabilidad en la población O O O O O

Método por descendiente de semilla única Padre 1 x Padre 2 Espaciar al menos 50 plantas para maximizar la recombinación. El F2 se establece con una semilla F1 F1 Cosechar una semilla de cada planta. Mantener al menos 1000 plantas F2 a F3 F4 Cosechar toda la planta en F4 Se establece 5 familias en masa. Se cosecha toda la semilla de la parcela como F6 F5 F6 hasta F12 Ensayos de rendimientos

SELECCIÓN EN MASA Relativamente lento en cualquier cultivo y mas aun en plantas de autopolinización Después de una hibridación múltiple se requiere 6-7 generaciones para llegar a la homocigosis X X X X X X X X X X XX X X X X X X X X X X X XX XX X X X X X X X X X X

Retrocruzamiento PR X PNR (DONADOR) F1 BC1 BC2 BC3 Permite la incorporación de un gene del padre donador, sin cambiar las características del cultivar Se puede realizar en ambiente distinto al requerido por el cultivo Selección Selección

HIBRIDOS o F1 Cuando las plantas de polinización cruzada son sistemáticamente autofecundadas se logra una línea pura En plantas de autofecundación los individuos pueden ser considerados líneas puras Por lo que las líneas puras es la progenie de un individuo homozigoto Al cruzar dos líneas puras se produce el vigor híbrido En plantas de polinización cruzada la respuesta al vigor híbrido es mayor. En plantas de autofecundación es difícil manipular la hibridación

Ventajas de los híbridos 1. Importante incremento de los componentes de rendimiento Se expresa en el aumento del tamaño de las parte vegetativas Aumenta el número de frutos y semillas 2. Aumenta la habilidad de cuaja de frutos 3. Aumenta los rendimientos tempraneros 4. Aumento de la uniformidad de los frutos 5. Posibilidad de aumentar la combinación de caracteres deseables

USO DE LA BIOTECNOLOGÍA EN EL MEJORAMIENTO DE HORTALIZAS A TRAVES DEL CULTIVO DE TEJIDOS A TRAVES DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR

CULTIVO DE TEJIDOS Y CELULAS CULTIVO DE MERISTEMAS: AJOS Y FRUTILLA INDUCCION Y PROPAGACION DE BROTES:PAPAS Y FRUTILLAS PROPAGACIÓN MASIVA POR EMBRIOGÉNESIS SOMATICA : ESPÁRRGO, ZANAHORIA (SEMILLA ARTIFICIAL) CULTIVO DE ANTERAS Y GINOGENESIS:PIMIENTO Y CEBOLLA CULTIVO DE EMBRIONES: TOMATE FUSION DE CELULAS Y CULTIVO DE PROTOPLASTO SOLANACEAS Y BRASICACEAS

Biología Molecular Caracterización de germoplasma Caracterización e identificación de patógenos Transformación genética : melón, tomate, lechuga, pepino ensalada, sandía, repollo Marcadores moleculares

Marcadores Moleculares RAPD Microsatélites AFLP RFLP SCAR Secuenciación Isoenzimas

Definición de términos Especie: Población actual o potencial, interpolinizada, que tiene una estructura común y que está aislada reproductivamente. Difiere de otras poblaciones similares en uno o más caracteres, usualmente por sus partes reproductivas. Variedad Botánica. Comprende una población dentro de una especie, que se distingue del resto de su especie por uno o más características claramente definidas. Variedad Hortícola: Sin. Cultivar. La definición es más limitada que la anterior. Son plantas esencialmente similares en todos sus aspectos importantes de crecimiento y de calidad. Podrían no ser tan uniformes pero cuya variabilidad podría ser considerada aceptable. Esto depende de la demanda por uniformidad, por el tipo de mejoramiento o por el comportamiento genético de la especie y el medio por la cual la variedad se mantiene.

Las variedades se clasifican: Clon: Consiste en un material uniforme derivado de un individuo y mantenida por propagación vegetativa. Todos los individuos son genéticamente iguales y pueden ser mantenidos uniforme por medio de una selección menor. Línea: Consiste en una población reproducida sexualmente, generalmente de una especie de autopolinización y mantenida por selección. Los materiales de este tipo generalmente son altamente uniforme bajo el punto de vista genético. Cultivares no fijados: Son aquellos derivados por selección masal en un cultivo de polinización cruzada. Existe gran variación genética, pero el cultivar es reconocido por sus características de otros cultivares de la misma especie Cultivares híbridos. Resultan del cruzamiento de dos líneas puras que originan un cultivar (F1) muy uniforme

Variedades comerciales Esquema del mejoramiento de plantas y la aplicación de herramientas biotecnológicas Mutagénesis Variación somaclonal Transgénicos Fusión de protoplastos Cruzamientos lejanos RRGG Material Genético Variedades comerciales Diversidad Recombinación Nueva Variedad Fijación Inscripción Evaluación Selección (F1) Haplo-diploidía Multiplicación in vitro Multiplicación Selección asistida por marcadores Selección in vitro Comercialización UTILIZACIÓN EN LA AGRICULTURA