• Generalidades • Tipos de programas
• Selección en poblaciones criollas • A partir de cruzamientos
• Masal • DUS • Genealógico • DH
• Retrocruzas • Multilíneas • Híbridos • Conclusiones
Contenido
Generalidades
Especies cultivadas
Trigo: (Triticum aestivum), 2n=6x=42 Arroz: (Oryza sativa), 2n=2x=24 Soja: (Glycine max L. Merr.), 2n=2x=40 Avena: 2n=2x=14 (Strigosa) :2n=6x=42 (Sativa) Cebada: (Hordeum vulgare L.), 2n=2x=14 Lenteja: (Lens culinaris M.), 2n=2x=14
Maní: (Arachis monticola), 2n=4x=40 Poroto: (Phaseolus vulgaris), 2n=2x=22 Arveja: (Pisum sativum L.), 2n=2x=14 Tomate: (Solanum lycopersicum e), 2n=2x=24 Trébol carretilla: (Medicago polymorpha) 2n=2x=16 Lino: (Linum usitatissimum L .), 2n=2x=30
· Predominantemente autofecundas (<4% de alogamia) -clima, genotipo (arroz) · Líneas puras -variabilidad : ambiente (Johannsen, 1903) · Poblaciones naturales mezclas de líneas puras · A partir de hibridaciones se alcanza en pocas generaciones
la homocigosis · Puede existir heterosis
Generalidades
AaBb
AABB AAbb aaBB aabb 6.25% 6.25% 6.25% 6.25%
AABB AAbb aaBB aabb 12.91% 12.91% 12.91% 12.91%
AABB AAbb aaBB aabb 25.0% 25.0% 25.0% 25.0%
AAbb aaBB x
De 5 a 8 generaciones se alcanza la homocigosis práctica
Metodología del mejoramiento genético
VARIABILIDAD Variabilidad
natural Creación de variabilidad
Selección
Evaluación
Obtención de cultivares
Poblaciones Criollas
Silvestres Emparentadas
Hibridaciones Mutaciones Poliploidía
Transformación
Mantenimiento
VARIABILIDAD
Problemas, limitantes
Fuentes genéticas de interés
Prioridades
Métodos de mejoramiento Base genética?
Cultivo Mano de obra
Infraestructura Germoplasma
Mejoramiento genético
Cultivar
Tipos de programas
Selección en variedades camperas/criollas selección masal selección de líneas puras Selección a partir de cruzamientos genealógico d.u.s. masal doble haploides Retrocruzas
Cultivares / variedad cultivada Grupo de plantas dentro de un cultivo que forman una unidad diferenciable y que reproducen sus características en la forma usual de reproducción del cultivo.
• DUE
· LINEAS PURAS · MULTILÍNEAS (mezcla de isolíneas) · HÍBRIDOS (cruza de LP)
Variedades criollas
“Grupo de plantas de una especie cultivada, que es propagada sin control, en la forma usual de reproducción de la especie”.
poblaciones primitivas o antiguas poblaciones modernas fuera de control Ejemplos: Maní (Tacuerembó) Avena
Características: Ø Heterogéneas Ø Selección Natural Ø Selección artificial Ø Adaptación
Selección en variedades criollas
Selección en variedades camperas/criollas
Selección masal
Lo seleccionado se mezcla!!!
Sin prueba de progenie
Selección en variedades camperas/criollas
Características: •mayor uniformidad del cultivar obtenido •posibilidad de diferenciar entre variabilidad ambiental y genotípica
1ª estación
2ª estación
Selección de líneas puras
VG y
VE
VE VE
Un ciclo de selección
Va
ria
bili
da
d G
.
entre dentro
Va
ria
bili
da
d G
.
entre dentro
Selección de líneas puras
Avena 1095 a
1973
1974
1977
150 LINEAS
Selección por características agronómicas
12 LINEAS
1979 RLE 115
Selección en variedades criollas
5 LOTES, 3000 PLANTAS
Protina
Etapas en el cruzamiento •Emasculación •Embolsado •Anotación •Volcado de anteras padre •Reembolsado •Anotación •Cosecha
Padre A Padre B
F1
F2
F3
Objetivo: identificar y seleccionar líneas que combinen caracteres deseables de ambos padres
Bajo, T.Flor. largo Alto, T.Flor. corto
F6-7 Bajo T.Flor. corto
X
Bajo, T.Flor. largo Alto, T.Flor. corto
Bajo T.Flor. corto Alto T.Flor. largo
F2
F3
F4
Método masal Descendencia de una semilla
F5
Selección de plantas Selección de plantas
F6
Selección de surcos
F7
F8-10
Pruebas preliminares de rendimiento
Pruebas de rendimiento (localidades)
Campo
F2
F3
F4
Método genealógico
Siembra espaciada (selección de las mejores plantas)
Selección de las mejores plantas de los mejores surcos
F5
F6
F7
F8-10
Pruebas preliminares de rendimiento
Pruebas de rendimiento
Se cosechan las mejores familias
F1
AaBb
AB Ab aB ab AABB AAbb aaBB aabb
Cultivo de anteras
F2
Duplicación cromosómica
Colchicina
Haploides Doble haploides
Selección de surcos
F3
F4
Selección de surcos
F5
Pruebas preliminares de rendimiento
F6-8 Pruebas de rendimiento
Dobles haploides
F1
F2
F3 Selección de plantas
individuales
HOMOGÉNEA SIN SELECCION
HETEROGENEA
SIN SELECCION CON SELECCION
Selección de plantas o líneas
LINEAS EXPERIMENTALES
Mantenimiento de plantas
individuales
Mantenimiento de población
F4
F5
F6
Sin selección. Mantenimiento de un número fijo de
plantas
Sin selección artificial.
Selección natural
EVALUACION
GENEALÓGICO D.U.S. MASAL DOBLES HAPLOIDES
Selección temprana de
LDH
GENEAL MASAL D.U.S. D.H. Momento de selección Continua Final Final Final* Avance generacional NO NO SI SI Selección natural SI* SI NO NO Infraestructura MEDIA BAJA ALTA ALTA Intensidad trabajo campo ALTA BAJA BAJA BAJA
Selección a partir de cruzamientos
Principales ventajas y desventajas
Ventajas Desventajas
Genealógico Se mantienen sólo
plantas seleccionadas
Elevada mano de obra
DUS A. Generacional Se mantienen todos los genotipos
Masal Baja mano de obra S. Natural negativa
DH A. Generacional Falta de ajuste
Retrocruzas
Objetivo: Incorporar una característica específica en un material adaptado, deficiente en esa característica
Padre recurrente material adaptado con una deficiencia bien definida Padre donante
individuo con buen comportamiento en el carácter a transferir
• el carácter debe reconocerse fácilmente en las plantas híbridas • es más fácil si el carácter a transferir es dominante • debe transferirse la menor cantidad del genoma del padre donante como sea posible • en general utilizado para genes de efecto mayor
Generalidades
Mm mm BC6
MM Donante
mm Recurrente
Mm F1
mm Recurrente
mm Recurrente
Mm
50.0
75.0
87.5
99.2 Mm
Mm mm BC1
Mm mm BC2
Donante dominante
Porcentaje de genoma del Recurrente
mm Donante
Mm F1
MM Mm BC1
50.0
75.0
87.5
Donante recesivo
MM Recurrente
MM Recurrente
MM BC1 F2
MM Mm mm BC1 F2
MM Recurrente
Mm BC2
Porcentaje de genoma del Recurrente
Mm BC6
MM Mm mm
Padre recurrente + mm
99.2
Mm BC2
87.5
Donante recesivo Porcentaje de genoma del Recurrente
Proporción del genoma del padre recurrente en esquemas con y sin selección por el carácter objetivo (estudio de simulación)
Sin
selección
Selección
por objetivo
BC1 75.0 67.4
BC2 87.5 80.7
BC3 93.8 88.3
BC4 96.9 92.7
BC5 98.4 95.2
Adaptado de Frisch et al., 1999
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 5 10 15 20 25
Nº de generaciones de RC
Central
Al azar
Proporción del cromosoma que corresponde al
genoma del padre donante
Ubicación del gen objetivo
Adaptado de Stam y Zeven, 1981
Probabilidad de que el gen no deseado
pueda ser eliminado
Fracción de
recombinación
Con 5 RC Con 5
autofecundaciones
0.50 0.98 0.50
0.20 0.74 0.20
0.10 0.47 0.10
0.02 0.11 0.02
0.01 0.06 0.01
0..001 0.006 0.001
Allard, 1960
Efecto del ligamiento en la probabilidad de eliminar un gen indeseado ligado a un gen deseado con 5 retrocruzas y con 5 autofecundaciones, asumiendo que la selección se hace solo por el gen deseado
N N
D IN
N N
D IN
N IN
D N
D IN
D N
D IN
N IN
N N
D IN
N IN
D N
N N
D N
N N
N IN
N N
D IN X
N N N
N IN D D
IN
Donante Recurrente
N N N
N
N N
N N
D IN
N IN
D N
N N
N N
N N
N N
Uso de marcadores
Sin
selección
Selección
por objetivo
Esquema 1 Esquema 2
40 100 40 100
BC1 75.0 67.4 78.7 80.7 72.7 73.3
BC2 87.5 80.7 91.9 93.3 87.2 90.2
BC3 93.8 88.3 96.2 97.3 95.7 97.2
BC4 96.9 92.7 97.9 98.5 98.2 98.4
BC5 98.4 95.2 98.9 99.0 98.8 98.9
Adaptado de Frisch et al., 1999
Proporción del genoma del padre recurrente con selección solo por el carácter objetivo, y utilizando dos esquemas de selección asistida por marcadores por el genoma del padre recurrente (estudio de simulación)
• Búsqueda de puntos de cross-over que flanqueen la región objetivo
• En este caso el conocimiento de la ubicación exacta de la región objetivo y de los marcadores usados es esencial
D
o
n
a
n
t
e
USO DE RETROCRUZAS Programa de mejoramiento de cebada, Facultad de Agronomía Incorporación de resistencia a mancha borrosa Fuente de resistencia: BCD47 (resistencia cuantitativa) Padres recurrentes: INIA Ceibo, INIA Aromo, C9205
BCD 47
F1 RC1
SELECCIÓN ASISTIDA
CLE 203
CLE 202
C9205
RC2 RC2F1 RC2F2 RC2F3 RC2F4
SELECCIÓN FENOTIPICA
k04435
GMS021
k06257
k04230
BMac213
Bmag718
Bmag090
Bmag347
CL
E 2
02
CL
E 2
03
1H
SELECCIÓN DE MARCADORES POLIMORFICOS
Bmac718
BC
D47
CL
E 2
02
CL
E 2
03
Qu
eb
rac
ho
C92
05
BC
D47
CL
E 2
02
CL
E 2
03
Qu
eb
rac
ho
C92
05
k04230
k04435
GMS021
k06257
k04230
BMac213
Bmag718
Bmag090
Bmag347
CL
E 2
03
1H
2-3
2-5
2-9
2-1
1
2-1
2
2-1
4
2-1
5
2-1
6
2-1
7
2-4
2-1
9
CL
E 2
03
CL
E 2
03
BC
D4
7
BC
D4
7
2-1
8
2-3
CL
E 2
03
BC
D4
7
2-1
9
2-3
2-5
2-9
2-1
1
2-1
2
2-1
4
2-1
5
2-1
6
2-1
7
2-4
CL
E 2
03
BC
D4
7
2-1
8
Padre recurrente: INIA AROMO
Multilíneas
Recurrente (rr) X
Donante 1 (R1 R1)
Donante 2 (R2 R2)
Donante 3 (R3 R3)
Donante 4 (R4 R4)
Donante 5 (R5 R5)
Retrocruzas (5)
Isolínea 1
Isolínea 2
Isolínea 3
Isolínea 4
Isolínea 5
Multilínea
Mezcla de líneas genéticamente similares, excepto por un gen
Multilíneas
Ojetivos: •diversificación varietal frente a cambios poblacionales de patógenos •ofrecer mayor prevalencia al cultivar Desventajas:
•utilidad clara sólo en zonas donde exista un patógeno muy especializado •tendencia a descuidar otros caracteres •demora en la liberación •manejo de varias líneas
•Comercialización •proporciones
Híbridos
· Menores niveles de heterosis que en alógamas · Dificultades operativas para la producción de semilla a gran escala (estructuras florales, dispersión del polen, etc.)
ARROZ
TOMATE •Alto valor de la semilla •Alto valor del cultivo •Alta producción de semilla por polinización
•Sistemas intensivos (China) •Control de la autopolinización a gran escala (MEGC)
SORGO •Macho esterilidad genetico-citoplasmática (MEGC)
Por qué no son tan populares?
Participan tres tipos de líneas:
A: Línea machoestéril B: Línea mantenedora R: Línea restauradora
msms S msms N MsMs
Línea A Línea B Línea R
Fértil Machoestéril Fértil
Producción de híbridos en arroz y sorgo
Híbridos de arroz
Características de los híbridos: •Sistema radical vigoroso •Mayor macollaje •Panojas más grandes •Granos más pesados
•China principal precursor •mano de obra barata
•Primer híbrido: Nan-You (1974) •Más del 50% •20% + rendimiento •Autoesterilidad genético-citoplasmática
FAO, 2001
Generalidades
Explotación de los tipos de acción génica
Aditivos Epistasis
Aditivos Epistasis
Dominancia Aditivos
Población segregante Mezcla de LP Híbrido
Conclusiones
La variabilidad genética es el punto de partida del mejoramiento. Las líneas puras son el tipo de cultivar más común en autógamas. La selección a partir de cruzamientos es el programa más utilizado en el mejoramiento de autógamas. En general, ninguno de los métodos de selección a partir de hibridaciones se hace al “pie de la letra” y la elección de cuál se utilizará dependerá del cultivo, mano de obra, infraestructura, tipo de germoplasma y exigencias impuestas por el mercado.
Bibliografía
Pohelman, J. M. Sleper, D. A. Breeding Feield Croop. Iowa: ISU Press 1995.
494p.
Chaahal, G.S. Gosal, S.S. Principles and Procedures of Plant Breeding.
Alpha Science International: India Press 2006. 604p.
Fehr, W.R. Principles of cultivar development. Mac Millan, Press 1987. 536p.
Long-Ping Yuan. FAO, 2001. Tecnología para la producción de arroz híbrido.
V. 4730.
URL, http://www.fao.org/DOCREP/003/V4730S/V4730S00.HTM