clase 1 mejoramiento genetico 2014 a
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IMPORTANCIA DEL MEJORAMIENTO
GENETICO DE LAS PLANTAS EN LA
AGRICULTURA
OBJETIVOS:
1.Conocer A. Antecedentes al origen de la agricultura
2.Dominar B. Domesticación: plantas
3.Analizar C. Origen de la agricultura
4.Interpretar D. Centros de origen: cultivos
5.Aplicar E. Sistemas evolutivos: plantas
F. Justificación: Fitomejoramiento
G. Concepto: fitomejoramiento
H. Relación con otras ciencias
I. Finalidades del Fitomejoramiento
HOMBRE
Oxigeno
Medios de transporte
Alimentos
Medicamentos
Textiles
Bebidas
Condimentos
Venenos
Sustancias alucinógenas
Etc
HOMBRE
PORQUE ESTA VARIEDAD DE PRODUCTOS?
SELECCIÓN
PLANTAS
ANIMALES
PORQUE EXISTE AGRÍCULTURA?
PORQUE EXISTE AGRÍCULTURA?
1. La agricultura es el sector económico más amplio del mundo
2. Las guerras, hambrunas y plagas, la escasez de alimentos y la
inanición han sido habituales a lo largo de la historia de la
humanidad, y las predicciones catastróficas que aseguraban que el
aumento de la producción de alimentos no iba a poder seguir el
ritmo del incremento de la población
3. Objetivos del milenio: 900 millones de personas hambruna
DOMESTICACIÓN DE PLANTAS Y ANIMALES
Crecimiento poblacional exponencial
Evolución de la población humana
Hace un millón de años...
durante el paleolítico inferior, se calcula que el mundo
tenía 125.000 habitantes humanos. Todos en Africa.
-1.000.000
Hace un millón de años...
0,125
Durante el paleolítico medio, se calcula que el mundo tenía un
millón de habitantes humanos. Ya ocupaban Eurasia.
Hace trescientos mil años...
-1.000.000
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-300.000
1
Poco antes de comenzar el neolítico, se calcula que el mundo
tenía cinco millones de habitantes humanos. Ya ocupaban todo
el mundo.
Hace diez mil años...
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-500 0-250
200
En tiempos del Imperio Romano se calcula que había ciento
cincuenta millones de habitantes, 50 en torno al Mediterráneo,
50 en China, y el resto dispersos por todos los continentes
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La población necesita varios siglos para duplicarse.
En el siglo XVI se alcanzan los quinientos millones
de habitantes.
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La población necesita varios siglos para duplicarse.
En el siglo XVI se alcanzan los quinientos millones
de habitantes.
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1.250 1.5001.0005002500-250
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Después, el crecimiento se acelera.
La población se duplica en doscientos años.
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La población necesita varios siglos para duplicarse.
En el siglo XVI se alcanzan los quinientos millones
de habitantes.
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Después, el crecimiento se acelera.
La población se duplica en doscientos años.
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Y se sigue acelerando. En 1900 hay mil seiscientos millones.
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Y se sigue acelerando. En 1900 hay mil seiscientos millones.
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Después se duplica en aún menos tienpo, alcanzando los
tres mil millones en los años sesenta
3.0003.000 Beatles
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Y se sigue acelerando. En 1900 hay mil seiscientos millones.
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Después se duplica en aún menos tienpo, alcanzando los
tres mil millones en los años sesenta
3.0003.000 Beatles
4.000
5.000
6.000
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Finalmente ha vuelto a duplicarse en menos de cuarenta
años, superando la cifra de los seis mil millones de
habitantes en 1999.
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Chayanne
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6.000 Chayanne
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SATISFACER LA NECESIDADES
COMO SUCEDIO?
MODIFICACIONES (genéticas) QUE TRANSMITIERON
DE GENERACIÓN EN GENERACIÓN DOMESTICACIÓN
Dehiscente No dehiscente
SATISFACER LA NECESIDADES
GENERAR SEGURIDAD ALIMENTARIA
La seguridad alimentaria se da cuando todas las personas
tienen acceso físico, social y económico permanente a
alimentos seguros, nutritivos y en cantidad suficiente para
satisfacer sus requerimientos nutricionales y preferencias
alimentarias, y así poder llevar una vida activa y saludable
INSEGURIDAD ALIMENTARIA
ORIGEN DE LA AGRICULTURA
CAZA – PESCA – COLECTA
GRUPOS PEQUEÑOS
NOMADAS
41 Km2
9-12 horas per – capita/semana
3000 – 5000 Especies
PALEOLITICO: sin herramientas
CONSUMIDORES 1 – 2 – 3 ORDEN
Paleolítico: 250.000 a 10.000 a.c.
AGRICULTURA
RECHAZAN LA AGRICULTURA
GRUPOS PEQUEÑOS
CANADA
ALASKA (USA)
AUSTRALIA
BRASIL
VENEZUELA
COLOMBIA (NUKAK MAKÚ)
MALASIA
ETIOPIA
TANZANIA
ETC.
AGRICULTORES RECHAZAN
USO DE SEMILLAS TRANSGÉNICAS
1. AUMENTO DE COSTOS DE PRODUCCIÓN
2. CONSERVACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD
3. RIESGOS DE CONSUMIR ALIMENTOS MODIFICADOS
4. ATENTA CONTRA EL SABER POPULAR
5. NO ESTÁ PERMITIDA EN LA AGRICULTURA ECOLÓGICA
Teorías sobre el PORQUE se origino la agricultura
1. Teoría del oasis o cambio climático de Gordon Childen
2. Teoría de zonas marginales de Binford y Flannery
3. Teoría de áreas nucleares de Braidwoor
Teoría del oasis o cambio climático
Irán; Iraq; Israel; Jordania; Líbano; Siria; Turquía.
Cambio climático
Desertificación
Migración del hombre – animales
Fuentes de agua (oasis)
Simbiosis de flora – fauna - hombre
Teoría de zonas marginales de Binford y Flannery
Cambio climático
Explosión demográfica
Migración
Producción artificial de alimentos
Teoría de áreas nucleares de Braidwoor
No hubo cambio climático
Zonas nucleares con ventajas ecológicas
Especialización en el manejo de plantas y animales
DOMESTICACIÓN DE PLANTAS Y
ANIMALES
ANTES DEL INICIO DE LA AGRICULTURA
OBSERVADOR DURANTE MUCHOS AÑOS
DIFERENCIAS GENÉTICAS ENTRE LAS ESPECIES
DOMESTICACION DE PLANTAS Y
ANIMALES
SELECCIÓN
AUTOMÁTICA
Trigo
Cebada
Centeno
Avena
Siembra de granos cosechados
Cosecha plantas de interés
Siembra de granos cosechados
Cosecha de plantas de interés
CICLOS
ESPECIE SILVESTRE DOMESTICADASELECCIÓN
AUTOMÁTICA
Uniformidad de plantas
DOMESTICACION DE PLANTAS Y
ANIMALES
EVOLUCION DIRIGIDA HACIA LOS INTERESES DEL HOMBRE
ESPECIE SILVESTRE DEPENDIENTE HOMBRE
AGRICULTURA MODIFICO LA ESTRUCTURA SOCIAL CAZADOR -
RECOLECTOR
DOMESTICACIÓN
Es un proceso evolutivo que involucra cambios genéticos
asociados a características morfológicas, fisiológicas y
de comportamiento en poblaciones de plantas o animales
manipuladas por los seres humanos, con respecto a las
poblaciones silvestres de las cuales se originan.
Variabilidad genética
Cuál fue la primera especie de planta domesticada?
Gary A. Sojka sugiere que la calabaza
puede haber sido la primera especie
domesticada (para transportar agua).
(Understanding the Human Factor: life and its impact.
The Teaching Company 4840 Westfields Blvd., Chantilly,
VA 20151)
Domesticación Plantas Origen agricultura
NEOLITICO 10.000 AÑOS A.C.
10.000 Años Oriente próximo
8000 China
5000 Nuevo Mundo ( México – Perú )
Domesticación Plantas Origen agricultura
NOMADA SEDENTARIO ( Jericó, 2000 pobladores)
Estabilidad social: modistas, pastores, ceramistas, labradores,
comerciantes, lideres políticos, etc
CAMBIOS MORFOLOGICOS DERIVADOS
DE LA DOMESTICACION
Cambios fundamentales o primarios
1.1 Semillas o frutos frágiles a resistentes
1.2 Frutos dehiscentes a indehiscentes
1.3 Semillas dormantes a no dormantes
1.4 Crecimiento no uniforme a uniforme
Cambios de post-modificación o secundarios
2.1 Incremento o reducción en el tamaño del órgano de interés
de la planta;
2.2 Restauración de la fertilidad en flores estériles;
2.3 Cultivares de porte bajo;
2.4 Reducción de ciertas partes de la planta para facilitar la
cosecha;
2.5 Adaptación a condiciones de monocultivo;
.
2.6 Frutos sin semillas en plantas hortícola;
2.7 Menos estructura de defensa de la planta;
2.8 Mejoramiento de la palatabilidad de alimentos y pasturas;
2.9 Autopolinización;
2.10 Hábitat anual;
2.11 Incremento en el número de flores en plantas ornamentales.
Domesticación tipos domésticos superiores
• Crecimiento uniforme de las plantas
• Sincronización de la madurez
• Resistencia de semillas y frutos
> Rendimiento de las plantas
Domesticación agricultura
ASPECTOS RELEVANTES DE LA DOMESTICACIÓN
ETAPAS HISTÓRICAS DE LA
DOMESTICACIÓN
Domesticación de las especies (Selección automática)
Domesticación de la población (Mejoramiento empírico)
Domesticación del genotipo (Mejoramiento convencional)
Domesticación del gen (Mejoramiento no convencional)
Características importantes en el
neolítico?
• Paso: nómada sedentario
• Depredador productor: agricultura - ganadería
• Proceso gradual Neolítico, herramienta de piedra
1.Domesticación origen de la agricultura
2. La producción de alimentos mediante el control
de los ciclos de reproducción de animales y plantas,
fue la base del cambio de vida del hombre neolítico
TEORIAS SOBRE EL ORIGEN
DE LA AGRICULTURA
(Grupo I)
Centros de origen de las plantas
cultivadas (Algodón)
(Grupo II)
Centros de origen de las plantas
cultivadas
1. Mejoramiento genético de las plantas
2. Condiciones ambientales para su producción
CENTROS DE ORIGEN CULTIVOS
ALFONSO DE CANDOLLE ( 1806 - 1893)
VARIABILIDAD Y DATOS HISTORICOS
1. Domesticación no fue uniforme en el tiempo y espacio
2. Regiones extensas no hubo domesticación y ausencia de actividad agrícola
(Patagonia, Australia, Estados Unidos, Canadá)
CRITERIOS
1. Presencia de planta silvestre en el lugar hipotético de origen;
2. Restos arqueológicos de la especie;
3. Historia y la lengua confirmen lo anterior.
Acertó en 244 de 247 especies estudiadas
CONCLUSIÓN: una región donde una especie es abundante, no constituye
necesariamente un centro de origen de cultivo y que la diversidad genética no se
distribuye de manera homogénea
• NIKOLAI VAVILOV (1920-1951)
CENTROS DE ORIGEN – CENTRO DE DIVERSIDAD
OCHO CENTROS DE ORIGEN
600 ESPECIES
Centro de origen: representa el área geográfica donde la especie fue
domesticada por el hombre y luego se disperso: Hecho histórico
Centro de diversidad: región ecogeográfica donde se presenta una gran
variación o diversidad genética: Hecho biológico
Centro de diversidad:
Centro de diversidad primario: aquel que además de la especie de
interés económico, social o cultural, se presentan especies silvestres
relacionadas con características primitivas; lugar de domesticación
Centro de diversidad secundario: concurren pocas especies
silvestres relacionadas y los niveles de variación genética son pocos;
lugar donde la variación continuó después de la domesticación
Los centros de diversidad son aquellos lugares en los cuales la relación
entre las especies de cultivo y las especies silvestres de las que
proceden es aún evidente.
Los centros de diversidad no son sólo el pilar de la seguridad
alimentaria sino también de las tradiciones culturales.
Las plantas silvestres y las variedades cultivables locales pueden
adquirir las características de las plantas transgénicas y con ello
contar con una ventaja sobre las plantas de su entorno, lo que puede
causar graves desequilibrios en los ecosistemas.
Cualquier liberación de plantas transgénicas en centros de diversidad,
ya sea como semillas o como producto de importación para la industria,
es un riesgo para nuestra herencia biológica, nuestras raíces culturales
y la seguridad alimentaria mundial.
Centros de Vavilov
5. Mediterráneo: lenteja, ajo,espárrago, Trigo.
6. Abisinio: Trigo, cebada, sorgo,higuerilla y café.
7. Sur México y AméricaCentral: maíz, fríjol,cucurbitáceas, batata, algodón,papaya y aguacate.
8. Andina de Sudamérica: papa,maíz, fríjol, tomate, guayaba ytabaco.
• 8a. Chileno: papa y otrassolanáceas.
• 8b. Brasilero – Paraguayo:yuca, maní, cacao, piña,maracuyá y marañón.
1.Centro de China: + antiguo y rico
especies: soya, Brassica, Allium y
Citrus.
2.Centro de la India: arroz, sorgo,
guandúl, berenjena, mango, caña de
azúcar.
2ª.Centro Indo-Malayo: comple/rio:
India: banano, coco y pimienta.
3.Asia Central: trigo, centeno, arveja,
lino, cebolla, ajo, uva y melón.
4.De Oriente Medio: trigo, centeno,
avena, remolacha, repollo, col,
coliflor, lechuga.
• Jack Harlan (1971) : centros de origen en tres áreas diferentes
CADA AREA
• Centro de origen: área donde fue domesticada y gran actividad humana que originaron los imperios agrícolas; es un área estrecha.
• Hay evidencias de macrofósiles: frutos, polen, plantas, etc
• No centro: área geográfica amplia (5.000 a 10.000 km) de poca documentación y domesticación difusa, localizadas en áreas tropicales; no tienen condiciones de conservar material genético.
CENTROS DE ORIGEN1. Centro del cercano oriente (A1)
Irán – Sudeste de Turquía (7.000a.c.)
No centro africano (A2)
Sur del Sahara y norte del Ecuador (4.000 a.c.)
2. Centro de origen norte de China (B1)
No centro sudeste de China
3. Centro de origen mesoamérica (C1)
México
No centro de sudamérica
Perú
Centros de Origen: Harlan
C1
C2
A1
A2
B1
B2
SISTEMAS EVOLUTIVOS DE LAS PLANTAS
CULTIVADAS
EVOLUCION: cambios en la descendencia por las variaciones genéticas en la
población.
Especiación: proceso mediante el cuál una población de una determinada especie
da lugar a otra u otras poblaciones, aisladas reproductivamente de la población
anterior y entre sí, que con el tiempo irán acumulando otras diferencias genéticas
POBLACION A POBLACION A1
FACTORES AMBIENTALES – CAMBIOS ABRUPTOS
(selección natural)
Concepto de especie
Botánico o morfológico: poblaciones con diferencias fenotípicas
producidas por adaptaciones locales.
Biológico: Grupos de poblaciones con capacidad real o potencial de
intercruzarse entre sí, que están aislados reproductivamente de otros
grupos similares
ESPECIACIÓN: simpátrica y alopátrica
Especie A
Especie A1
Factores
Ambientales:
Cambios
abruptos
Especie A2
Factores
Ambientales:
Cambios
abruptos
Especie A
P1 P2 P3 P4 P5
Aislamiento + Condiciones Ambientales ≠s
Especie CEspecie BEspecie A
Especiación
(Selección natural)
Especiación ocurre por modificaciones en el número y tamaño de
cromosomas
Acervo genético de las especies
CATEGORIAS DE EVOLUCION
DE LAS PLANTAS
1. VARIACION MENDELIANA
2. HIBRIDACION INTER- ESPECIFICA
3. HIBRIDACION INTROGRESIVA
4. POLIPLOIDIA
5. INGENIERIA GENETICA
1.VARIACION MENDELIANA
MUTACIONES GENÉTICAS
DOMINANTES Ó RECESIVAS
BENEFICAS Ó DAÑINAS
SOMATICAS Ó SEXUALES
RECOMBINACION GENETICA VARIABILIDAD GENETICA
NUEVAS FORMAS FORMACION DE ESPECIES
COL SALVAJE : REPOLLO, COLIFLOR, BROCÓLI, RABANO
Es el cruzamiento entre individuos : diferentes especies o
igual especie: hibridación es sinónimo de cruzamiento sexual
entre individuos de fertilización cruzada/ individuos
heterocigotos son híbridos
HIBRIDACIÓN
2. HIBRIDACION INTERESPECÍFICA
2. HIBRIDACION INTER - ESPECIFICA
ESPECIE A x ESPECIE B
F 1
FERTIL : SIMILARIDAD EN EL GENOMIO
ESTERIL : GENOMIOS DIFERENTES
DUPLICACIÓN DE CROMOSOMAS ( ALGODÓN, TRIGO, TRITICALES,ETC )
MULTIPLICACIÓN ASEXUAL( FRUTALES )
Hibridación en tabaco
Nicotiana sylvestris X Nicotiana tomentosa
2n = 24 2n = 24
n = 12 n = 12
F1 (Estéril: 12 + 12)
Doblamiento cromosomas
N. tabacum
n = 24 4n = 48 (24 + 24)
IMPORTANCIA
• Transferencia de caracteres de plantas silvestres a las
cultivadas.
• Acelera la evolución para obtener nuevas especies de
gran utilidad al hombre.
• Permite al mejorador usar las especies que más favorecen
el éxito de la hibridación
• Aprovecha el vigor híbrido
DESVENTAJAS.
• Resultan comúnmente estéril o parcialmente estéril la F1, porque
no ocurre apareamiento entre los cromosomas homólogos.
Hibridación en algodón
G. arboreum X G. turberí
Asiatico cultivado Américano silvestre
2 n = 26 2 n = 26
Grandes Pequeños
F1 = 2 n = 26 Estéril
13 grandes + 13 pequeños
G. hirsutum
26 grandes y 26 pequeños
4n = 52
Anfidiploide fértil
3. HIBRIDACION INTROGRESIVA
ESPECIE A x ESPECIE B
F1
ENRIQUECE LA VARIABILIDAD GENETICA
OCURRE EN AREAS GEOGRAFICAS QUE COMPARTEN
DOS O MAS ESPECIES ( SIMPATRICAS )
El proceso de introgresión se puede producir
siguiendo las siguientes etapas:
1. Formación inicial de la generación F1, producto
del cruzamiento de las especies parentales puras
(A y B).
2. Retrocruzamiento de una de las especies padres
(B en este caso), con el hibrido F1.
3. Ocurrencia de selección natural para ciertos
tipos de recombinación favorables.
“La hibridación introgresiva puede ocurrir /áreas o
sectores del rango geográfico en el que se
produce traslape entre las dos especies, y sólo
ese hábitat suministra un nicho ecológico donde
se puedan establecer los individuos”
En el mejoramiento de plantas genera variabilidad
genética, que puede ser aprovechada en
programas de mejoramiento genético
4.POLIPLOIDIA
VARIACION EN EL NUMERO BÁSICO DE CROMOSOMAS ( 2 N)
EUPLOIDIA ( CONJUNTO DE CROMOSOMAS + ó - )
AUTOPOLIPLOIDES
ALOPOLIPLOIDES
ANEUPLOIDES (CROMOSOMAS )
TRISOMICOS
NULISOMICOS
ETC.
FORMACIÓN DE POLIPLOIDES CON APLICACIÓN DE COLCHICINA
5.INGENIERIA GENETICA
JUSTIFICACIÓN DEL
MEJORAMIENTO GENÉTICO
(Grupo III)
CONCEPTO DE FITOMEJORAMIENTO
ES EL ARTE Y LA CIENCIA DE CAMBIAR Y MEJORAR LA HERENCIA DE LAS
PLANTAS
ARTE ? CIENCIA ?
• El mejoramiento de las
plantas es la evolución
bajo la voluntad del hombre
y como toda evolución
depende de la variaciónN. I. Vavilov, 1926
Relación con otras ciencias
Bioquímica
Agronomía
Estadística
Biotecnología
Fitopatología Fisiología
Entomología
Biología
Botánica
Citogenética
Genética
Mejoramiento genético
plantas
ProductorConsumidor
TransformadorIntermediario
Finalidades del fitomejoramiento
1. > adaptación
2. > rendimiento
3. > calidad
4. > resistencia plagas
5. < altura
6. > arquitectura: planta
7. > crec/to y desa/llo
8. > prolificidad
9. > precocidad
10. > estabilidad fenotíp.
11. > R factores adversos
12. Sínt. productos espec/les
13. > Cultivos asociados
14. Frutos sin semillas, forma, color.
Fitomejorador: establecer prioridades!
SEMINARIOS A PRESENTAR
Teorías sobre el origen de la agricultura
Centros de origen de las plantas cultivadas(Algodón)
Justificación del mejoramiento genético deplantas
PREGUNTAS