Rendimiento Potencial de Materiales para un Ambiente Específico Hernán Mauricio Romero, Ph.D. Coordinador del Programa de Biología y Mejoramiento Cenipalma Profesor Asociado Departamento de Biología Universidad Nacional de Colombia RFF X PA AR RFF X AR PA Número de racimos Longitud de raquis Mesocarpio/Fruto Aceite/Mesocarpio Altura Fruto racimo Peso de racimo C= (R0 x RI x E x IC) x (T x P) C: Rendimiento agronómico de la especie cultivada. R0: Radiación solar fotosintéticamente activa (RFA) que incide en el dosel. RI: Fracción de RFA interceptada por el dosel. E: Eficiencia fotosintética del cultivo, normalmente expresada como unidad de materia seca producida por unidad de RFA. También conocida como Uso Eficiente de la Radiación Solar (UERS). IC: Indice de cosecha, expresado como la relación entre el rendimiento agronómico y el rendimiento biológico de un cultivo. T: Temperatura media del aire, durante el periodo de crecimiento P: Precipitación, o en su defecto cantidad de agua disponible para aplicar en forma de riego. Distribución de asimilados en palma de aceite Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas Plagas Y Enferme. N P Ca Mg Cl Cu Fe S K 9 LIMITACIONES Toxicidad de aluminio Déficit hídrico Inundaciones Altas temperaturas Plagas Enfermedades Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas Plagas Y Enferme. N P Ca Mg Cl Cu Fe S K 11 RFF (ton/ha) Rendimiento de materiales comerciales para un ambiente específico Deli x Nigeria Corpoica AAR Deli x Ghana DAMI 103-101 DAMI 104-404 DAMI 114-112 FELDA GOLDEN HOPE GUTHRIE IOI IRHO 1001 IRHO 1401 IRHO 2528 Años de producción UNIPALM Y22683 UP Rendimiento de aceite potencial en materiales comerciales Toneladas de aceite por hectarea (año) 12 Toneladas (ha/año) 10 8 6 4 2 0 Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas Plagas Y Enferme. N P Ca Mg Cl Cu Fe S K 14 Mismos materiales diferentes productividades RFF (Ton/ha) RENDIMIENTO ANUAL (RFF) Z. Central CEPDV RENDIMIENTO ANUAL (RFF) Z. Oriental Plantación A 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 Año 1 1001 Año 2 AAR Año 3 FELDA 0 Año 4 Año 1 GH Año 2 GUTHRIE Año 3 IOI Año 4 UP Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas Plagas Y Enferme. N P Ca Mg Cl Cu Fe S K 16 Estrés hídrico en palma Productividad y déficit hídrico anual (IRHO) RFF (t/ha año) 26 22 18 14 10 6 0 200 400 600 800 Déficit hídrico anual (Caliman and Southworth, 1998) Producción de un mismo material (LM2T x DA10D) en tres diferentes zonas con diferentes climas, palmas de 6 a 10 años Aek Kwasan La Me, Costa Indonesia de Marfil Déficit hídrico anual (mm) RFF (Kg. / palma año) No. racimos año Peso de racimos (Kg.) % TEA % Frutos / racimo % Mesocarpo / fruto % Aceite / racimo 50 205 16.6 12.4 22.5 61 79 54 350 110 10.4 10.0 20.4 60 78 52 Akpadanou Benin 550 50 6.0 8.2 21.8 60 78 55 (Henson, 1998) A ((µmol CO2 /m2*sg) Efecto del déficit hídrico en E. guineensis e híbrido interespecífico OxG en diferentes épocas del año con y sin riego 16 16 14 14 12 12 10 10 8 8 6 6 4 4 2 2 0 0 Seca Transición Húmeda Seca Guineensis Transición Seca Húmeda E (mmol H2O/m2sg) 5 4,5 4,5 4 4 3,5 3,5 3 3 2,5 2,5 1 Seca 2 Cenipalma – Bayona et1,5al., 2016 1 Transición Hibrido SIN RIEGO 5 1,5 Húmeda Guineensis Hibrido CON RIEGO 2 Transición Húmeda Efecto del déficit hídrico en la producción en materiales E. guineensis expuestos a riego y sin riego Ambiente Hacienda Ariguani No riego Suramerica Riego a saturación cada 20 días Genotipos Años (2007-2012) Años (2011-2012) RFF NR PMR 68,3 10,6 6,3 32,1 56,4 9,6 82,5 69,0 11,8 86,0 11,7 7,0 29,5 56,1 9,7 79,9 65,7 7,9 71,4 11,8 5,7 31,8 56,5 10,0 80,8 69,7 9,7 80,2 10,6 7,3 33,4 59,2 8,4 84,1 67,1 10,4 102,1 11,9 8,2 31,0 55,8 8,8 83,6 66,4 8,9 91,4 11,7 7,5 32,5 56,9 7,8 84,1 67,9 11,0 83,2 11,4 7,0 31,7 56,8 9,1 82,5 67,6 10,0 157,9 20,1 8,0 32,1 57,7 9,2 83,9 66,3 13,0 DxN 170,2 20,2 8,2 29,8 58,2 9,6 79,3 64,5 9,5 Felda 157,8 22,2 7,1 31,9 57,8 9,4 81,0 68,0 10,5 GH 130,7 17,0 7,4 30,8 58,1 9,3 82,1 64,7 11,5 Guthrie 141,6 18,3 7,4 31,9 58,7 8,3 84,0 64,7 12,1 UP 150,4 18,4 8,1 32,5 58,2 7,8 85,5 65,1 12,5 Media 151,4 19,4 7,7 31,5 58,1 8,9 82,6 65,6 11,5 Dami DxN Felda GH Guthrie UP Media Dami AR AMF AF MF FR PMF Cenipalma - Rivera et al., 2012 Tamizaje de la colección biológica ‘Angola’ de palma de aceite - Competencia por el agua disponible. - Disminución de fuentes naturales. - Escasez de lluvias. Mejoramiento genético No Tratamientos • • • Tensiones hídricas del suelo : -0,042 y -1,0 MPa, durante 30 días. Materiales: 25 materiales obtenidos de cruzamientos “Angola”. DCA: En arreglo factorial, 25 materiales y 2 condiciones de humedad edáfica. Código Progenitor Progenitor femenino masculino 1 1.1.1.11 1-1 1-11 2 1.4.1.8 1-4 1-8 3 1.8.1.8 1-8 1-6 4 1.9.1.2 1-9 1-2 5 1.9.1.5 1-9 1-5 6 2.3.2.6 2-3 2-6 7 2.4.1.2 2-4 1-2 8 3.3.1.13 3-3 1-13 9 3.10.1.4 3-10 1-4 10 3.4.2.3 3-4 2-3 11 3.4.3.3 3-4 3-3 12 3.5.1.8 3-5 1-8 13 3.8.1.14 3-8 1-14 14 3.8.2.2 3-8 2-2 15 3.9.3.9 3-9 3-9 16 4.1.1.7 4-1 1-7 17 4.1.3.5 4-1 3-5 18 5.2.1.8 5-2 1-8 19 5.9.1.8 5-9 1-8 20 IRHO1001 1001 na 21 IRHO2501 2501 na 22 IRHO7001 7001 na 23 T1 T 1-1-1 2-8 (Polen 68) 24 T2 T 2-1-1 2-8(Polen 103) 25 T3 T3-3-8 1-9(Polen 68) na: no aplica por ser material comercial, sin embrago es Deli x La Mé Efecto del déficit hídrico en fotosíntesis Fotosintesis (μmol CO2·m-2·s-1) 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Capacidad Deficit 5.5 _______Condición de Déficit Hídrico_______ Fotosíntesis (μmol CO2m-2s-1) 5.0 4.5 4.0 T3 3.3.1.1.3 CIRAD 7001 3.10.1.4 1.9.1.5 3.5 1.9.1.2 3.0 1.11.11 2.5 2.0 1.8.1.6 T2 5.2.1.8 3.8.1.14 3.9.3.9 4.1.3.5 3.4.3.3 CIRAD 1001 4.1.1.7 2.4.1.2 1.4.1.8 3.4.2.3 2.3.2.6 5.9.1.8 T1 1.5 3.8.2.2 3.5.1.8 CIRAD 2501 1.0 0.5 0.0 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 Fotosíntesis (μmol CO2m-2s-1) ________________Condición de Capacidad de Campo______________ 14.0 Búsqueda de genes relacionados contolerancia a sequía • Secuenciar dos materiales colectados en Diciembre 2013 por Illumina HiSeq2000 • Análisis bioinformáticas: Obtener el perfil de todo transcriptoma y expresión génica para las muestras de 2011 y 2013 • RT-qPCR: cuantificar genes escogidos y determinar su nivel de expresión bajo de déficit hídrico • Analizar los datos y resultados Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas Plagas Y Enferme. N P Ca Mg Cl Cu Fe S K 30 Incidencia acumulada de PC 90.00 80.00 70.00 60.00 (%) Incidencia acumulada 100.00 50.00 40.00 41.25 31.25 30.00 20.00 10.00 0.00 26.25 21.25 17.50 16.25 10.00 7.50 6.25 0.00 3.75 Materiales 1.25 17.50 20.00 8.75 6.25 Promedio: 14,69 Prueba Regional Materiales Malasios – Reacción a PC MATERIALES BARRANCA DE UPÍA Incidencia Tiempo Rec ACACÍAS Incidencia Tiempo Rec IOI 84.0 25.6 ±7.5 a 66.2 22.0 ± 10.5 ab Golden Hope 76.0 23.6 ±8.5 ab 67.3 22.5 ± 8.9 ab Guthrie 79.0 21.5 ±9.0 bc 74.6 26.7 ± 11.3 a AAR 72.2 20.8 ±8.3 bc 61.0 19.6 ± 8.3 b Felda 48.7 19.0 ±9.8 cd 71.8 19.7 ± 8.8 b UP 52.4 16.2 ±7.9 d 72.3 19.8 ± 9.4 b Incidencia de PC (%) PALMAS DEL MIRA Uso de herramientas epidemiológicas para la evaluación de la reacción a enfermedades en campo Curvas de progreso de Incidencia de PC en dos materiales de E. guineensis e Híbrido OxG Material Coari x La Mé Coari x Pobé Patuca Pepilla Incidencia acumulada final (%) 83 86 100 96 r 0,0024 0,0020 0,0060 0,0020 El análisis de las tasas de progreso para la incidencia no encontró diferencias estadísticas entre materiales de E. guineensis y de Híbrido OxG Curvas de progreso de Severidad de PC en dos materiales de E. guineensis e Híbrido OxG Material Coari x La Mé Coari x Pobé Patuca Pepilla Severidad acumulada final (%) 52,2 44,0 98,0 96,0 Grado de severidad final 3 3 5 5 rho 0,00024 0,00017 0,00063 0,00052 El análisis de las tasas de progreso para la severidad encontró diferencias estadísticas entre materiales de E. guineensis y de Híbrido OxG Búsqueda de fuentes de resistencia a la pudrición del cogollo en la colección biológica de Elaeis guineensis Jacq proveniente de Angola (Angola x Tester). Metodologías desarrolladas por equipo de fitopatología Umbráculo Condiciones semi ~ controladas: HR > 80% y T° < 35°C Objetivo: Selección temprana de material Angola resistente a PC Búsqueda de fuentes de resistencia a la pudrición del cogollo en la colección biológica de Elaeis guineensis Jacq proveniente de Angola (Angola x Tester). Revisión de Lesiones CENSO PRE~INOCULACIÓN (11-02-16) R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 10 61 14 3 9 9 3 9 49 3 21 65 20 124 19 15 133 34 56 5 70 94 34 205 37 29 147 223 153 8 95 96 38 53 53 153 246 176 29 186 108 41 69 54 174 250 178 67 306 121 49 73 96 186 272 192 71 159 52 93 104 197 215 74 174 56 94 108 210 220 75 182 74 114 138 215 229 78 259 84 115 141 216 241 89 294 85 134 145 229 243 97 304 89 159 224 241 271 122 370 96 178 285 247 1 125 103 181 295 265 X control ↑ 138 110 193 309 272 146 111 197 319 274 153 114 208 501 360 164 117 245 167 126 253 182 147 281 186 163 200 173 208 176 210 178 231 180 234 185 250 188 251 192 255 219 261 220 263 225 287 241 293 243 300 244 312 255 313 265 315 266 497 269 503 • 2630 Plántulas dentro del montaje 1 • Se realizó un censo de PC previa inoculación CENSO PRE~INOCULACIÓN (11-02-16) Plantas con síntomas o evidencia de PC desde vivero: R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 6 13 48 3 20 17 17 6 R9 13 R10 38 Porcentaje de plantas con síntomas o evidencia de PC por Repetición: R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 2.3 4.9 18.3 1.1 7.6 6.5 6.5 2.3 4.9 14.4 181 >> Total de plantas síntomas o evidencia de PC, pre-inoculación en el montaje 1 273 280 289 291 292 303 306 314 327 370 6 2.3 13 48 3 20 17 17 6 13 38 Palmas / repetición 4.9 18.3 1.1 7.6 6.5 6.5 2.3 4.9 14.4 % / Repetición 181 >> total de plantas con PC o evidencia pre-inoculación 6.9 >> % de plantas con síntomas o evidencia de PC Pre-inoculación 6.9 >> % de plantas con síntomas o evidencia de PC Pre-inoculación en el montaje 1 Resultados parciales: 2630 Plántulas 263 códigos evaluados 10 Repeticiones 66 códigos con lesiones • 2.5% de infección en la inoculación 1 • La repetición 7 fue usada como control sin inoculación Qué tenemos Qué tenemos Gráfico ANOM para INCIDENCIA Con 99% Límites de Decisión 50 LDS=33,33 LC=19,26 LDI=5,18 30 20 10 ORTET 57 ORTET 35 ORTET 34 ORTET 33 ORTET 28 0 ORTET 1 Media 40 24 hpi: 143 genes (DE) – 41 Genes Patogenicidad ID log2FoldChange Name Respuesta Patógeno Eg01_g001950 2,203028954 V-type proton ATPase subunit b Eg01_g003180 3,134160484 Putative O-acyltransferase WSD1 SI Eg01_g006290 2,121051247 Ethylene-responsive transcription factor ERF023 SI Eg01_g007670 2,023510545 Calceneurin B-like protein CBL CIPK 26 SI Eg01_g011450 2,002952554 Elongation Factor EF1 Eg01_g013840 2,257468086 Uncharacterized oxidoreductase Eg01_g014400 2,084185544 Protein TIFY 10A-like Eg02_g000810 2,45084184 Probable protein phosphatase Eg02_g003120 2,085498078 Probable tyrosine-protein phosphatase Eg02_g006960 2,493238077 Putative Serine/theorine protein kinase Eg02_g008410 -2,052803003 Eukarytic translation initiarion factor 4E-1 Eg02_g010030 2,116389484 Thioredoxin domain-containing protein 9 homolog Eg02_g013410 2,866389435 Histone-lysine N-methyltransferase ASHR3 Eg03_g003860 2,262142528 Putative uncharacterized protein Eg03_g007980 2,319963412 Probable glutathione peroxidase 4 Eg03_g008390 2,577811616 kinesin-4-like Eg04_g001560 3,140605996 Putative Uncharacterized mitochondrial protein Eg04_g002030 2,019511081 GATA transcription factor 16-like Eg04_g002650 2,541031927 Transport inhibitor response 1-like protein SI SI SI SI SI 72 hpi: 350 DE, 85 genes patogenicidad ID Eg01_g001130 Eg01_g001180 Eg01_g002610 Eg01_g002830 Eg01_g003180 Eg01_g003720 Eg01_g003730 log2FoldChange 2,232520166 2,86066227 2,792029337 2,44361435 2,442941537 2,674163329 2,339468271 Name Predicted GPI-anchored protein 58 ATP synthase subunit d, mitochondrial Probable inositol oxygenase Putative Acid phosphatase 1 Putative o-ayltransferase WSD1 Peroxidase 4 peroxidase P7-like Rta Patógeno Eg01_g006290 2,943527663 Disease resistance protein (TIR-NBS-LRR class) family SI Eg01_g007330 Eg01_g007610 Eg01_g008390 Eg01_g010990 Eg01_g012530 Eg01_g012740 Eg01_g013840 Eg01_g015220 Eg01_g015320 Eg01_g015840 Eg01_g015930 Eg01_g016550 Eg01_g016770 Eg01_g017770 2,841070249 2,225726165 2,070869783 2,034477587 2,203554945 2,297935566 2,286282025 2,135161374 3,005924569 2,826088018 2,319782718 2,028708189 2,651917632 2,869026 Pathogenesis-related robable carboxylesterase 17 Glycosyltransferase family 61 Root phototropism protein 3 RPT3 Lipid transfer protein LTP 3 Pectinesterase 31 Uncharacterized oxidoreductase Leucine-rich repeat protein kinase Uncharacterized protein MACPF domain-containing protein Uncharacterized protein Putative serine/threonine kinase BR1 Disease resistance protein (TIR_NBS_LRR) Transcription factor bHLH61 isoform 1 SI SI SI SI SI SI SI SI 120 hpi: 300 genes DE, Genes patogenicidad 68 ID Eg01_g001180 Eg01_g002830 Eg01_g003720 Eg01_g004360 log2FoldChange Name 2,04720188 ATP synthase subunit d, mitochondrial 2,305148682 Putative Acid phosphatase 1 2,377466611 Peroxidase 4 2,080518879 GDSL esterase/lipase Rta Patogeno SI SI Eg01_g006290 Eg01_g011630 Eg01_g012510 Eg01_g012530 Eg01_g012740 Eg01_g013640 Eg01_g013840 Eg01_g015840 Eg01_g015930 Eg01_g016770 Eg01_g017770 Eg02_g005860 Eg02_g007200 2,723940231 Ethylene-responsive transcription factor ERF023-like 2,333590897 54S ribosomal protein L12, mitochondrial-like 2,390175588 Putative Cyclic dof factor 2 2,39675299 Hypothetical protein 2,036138947 Pectinesterase 31 2,441324331 MLO 6 2,249800285 Hypothetical protein 2,483513962 Uncharacterized protein 2,230912487 proline-rich receptor-like protein kinase PERK2 2,730981309 Disease resistance protein (TIR_NBS_LRR) 2,852146671 Transcription factor bHLH61 isoform 1 2,048561743 Calcineurin B-like protein 3 2,426473003 Uncharacterized protein SI Eg02_g010030 2,379192476 Thioredoxin domain-containing protein 9 homolog SI Eg02_g011190 Eg02_g013410 2,042246044 3-hydroxy-3-methylglutaryl-coenzyme A reductase 2,264608317 Histone-lysine N-methyltransferase ASHR3 SI SI SI SI SI Factores limitantes del crecimiento y producción en plantas Plagas Y Enferme. N P Ca Mg Cl Cu Fe S K 45 Híbrido OxG Elaeis guineensis Elaeis oleifera LaMé AVROS Compacta Ekona Djongo Coarí Manaos Taisha Brasil Híbrido interspecífico Oleífera x Guineensis Qué tenemos Sin polinización Con polinización Generalidades Híbridos OxG Polinización asistida: Incremento en los costos de producción Dependencia del polen E. guineensis Deficiencias en calidad de las aplicaciones Efecto de la aplicación de ANA en el peso y conformación de racimos en el material híbrido OXG Coarí x LaMé ANA 300 [2] ANA 300 [2-3] ANA 300 [1-3-4] ANA 300 [1-2-3-4] ANA 600 [1-2-3-4] Peso medio de racimos (kg) Peso de racimo (Kg) 18 17.0 16.8 16 15.9 15.6 15.5 14.9 14.3 14.2 14.2 13.2 13.0 12.8 12.8 12.6 12.6 12.5 14 11.5 Peso (Kg) 12 11.0 10.6 9.2 10 8 6.4 6 4 2 0 1,2,3,4 2 ANA 600 Cen. 1,2,3,4 1,2,3,4 2,3,4 1,2,3,4 1,2,4 2,4 2 ANA 300 ANA 400 ANA 300 ANA 200 ANA 300 ANA 300 Trad. 1,2,3 2,3 1,4 3,4 1,3 Concentración y momento de aplicación Pre-antesis EF-603 1 Momentos de aplicación Antesis Post-antesis EF-607 7 días 2 1,2 1,3,4 1 2 3 4 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 3 Post-antesis 14 días 4 1,2,3,4 AguaCarrier Aceite a racimo Aceite a racimo (%) 35 30.6 30 29.5 29.5 29.2 28.7 28.7 28.6 28.5 28.1 28.0 28.0 28.0 27.9 27.8 27.7 27.3 25.9 25.9 25.5 23.8 AR (%) 25 19.0 20 15 10 5 0 2,3 1,2,3,4 1,2,3,4 2,3,4 1,2,3 1,2,3,4 ANA 300 ANA 300 ANA 200 ANA 300 ANA 300 ANA 400 2 1,2,4 Cen. 2 3,4 1,2 2,4 1,2,3,4 Concentración y momento de aplicación Pre-antesis EF-603 1 Momentos de aplicación Antesis Post-antesis EF-607 7 días 2 1,3 1,4 1,3,4 1 3 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 600 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 3 Post-antesis 14 días 4 2 Trad. 4 1,2,3,4 ANA 300 AguaCarrier Contenido de aceite a racimo (kg aceite/racimo) Contenido de aceite a racimo (kg de aceite/racimo) 6 5 4.8 4.7 4.6 4.5 4.5 4.4 4.1 4.1 4.0 CA (kg. aceite/racimo) 4 4.0 3.7 3.6 3.6 3.5 3.5 3.5 3.1 3.1 3 2.8 2.3 2 1.3 1 0 1,2,3,4 1,2,3,4 ANA 300 ANA 600 2 Cen. 1,2,3,4 2,3,4 1,2,3,4 1,2,4 2,3 2,4 1,2,3 2 1,3,4 3,4 1,4 1,3 1,2 2 1 3 4 1,2,3,4 ANA 400 ANA 300 ANA 200 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 Trad. ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 ANA 300 AguaCarrier Concentración y momento de aplicación Pre-antesis EF-603 1 Momentos de aplicación Antesis Post-antesis EF-607 7 días 2 3 Post-antesis 14 días 4 Resultados Fase III Agua Polen ANA 300 [1-23-4] ANA 600 [1-23-4] ANA = 600 ppm produjo racimos de un peso medio y contenido de aceite superior al obtenido mediante polinización asistida tradicional ANA (> 300 ppm) estimuló la formación total de frutos (0 % abortos) PROGRAMA DE BIOLOGIA DE LA PALMA Y FITOMEJORAMIENTO • Hernán Mauricio Romero • Ivan Ayala • Edison Daza • Andres Tupaz • Norman Correa • Rodrigo Ruiz • Cristihian Bayona • Arley Caicedo • Stephany Guataquira • Yurany Rivera • Sophya Millan • Carmenza Montoya • Juan Camilo Ochoa • Mariana Herrera • Kelly Avila • Leonardo Araque • Rodrigo Avila GRUPO DE INVESTIGACION