UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades UNIDAD 3 MÉTODOS DE MEJORAMIENTO GENÉTICO DE PLANTAS INTRODUCCIÓN La selección es una herramienta fundamental en el mejoramiento genético de las plantas. De hecho, la clave del éxito del fitomejorador no es tanto el método que use como la habilidad de reconocer los tipos superiores en un limitado o amplio rango de variabilidad de las plantas. El propósito de esta unidad es presentar los diferentes métodos de selección que han venido siendo utilizados en el mejoramiento de plantas autógamas y en las plantas alógamas, aunque algunos de ellos, son utilizados indistintamente. OBJETIVOS 1. Qué el estudiante conosca y se apropie de las diferentes metodologías utilizadas para el cruzamiento de plantas con vistas al mejoramiento genético. 2. Diferenciar entre los métodos de selección individual y de selección masal así como los objetivos que persigue cada uno de ellos. 3. Reconocer la metodología de mejoramiento por el método de Pedigrí 4. Conocer las metodologías utilizadas en la selección de poblaciones 5. Reconocer la metodología de retrocruzamiento como herramienta fundamental del mejoramiento de plantas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 7. Métodos de mejoramiento de plantas autógamas INTRODUCCIÓN. Las plantas autógamas son aquellas que se reproducen sexualmente por autofecundación. La autogamia absoluta no es común, si bien se consideran prácticamente autógamas, desde el punto de vista de mejora genética, aquellas plantas con menos de un 5% de alogamia. La autogamia puede deberse a un mecanismo floral de cleistogamia, por el cual las anteras liberan el polen sobre el propio estigma, que está receptivo, con la flor cerrada. De esta manera se evita la entrada de polen extraño. Esto ocurre por ejemplo en el trigo, la cebada, la avena y la mayoría de las variantes del arroz. En otras plantas no existe este mecanismo floral, las flores se abren, pero la proporción de fecundación cruzada puede ser tan pequeña como en las cleistogámicas, como es el caso del fríjol, la arveja, el algodón, el tomate, el tabaco y el sorgo. En el programa de mejora de plantas autógamas, contrario a lo que se piensa, hacer los cruzamientos es lo que menos tiempo ocupa; aunque es necesario emascular, es decir, quitar las anteras de las plantas que actuarán como parental femenino o como madre y aislarlas, para que no reciban el polen no deseado, más tarde cuando el estigma esté receptivo, se transfiere el polen de la planta que se desea que actúe como parental masculino. En algunos casos se pude sembrar a diferentes tiempos con el fin de que solapen la maduración de la parte femenina y masculina. Como se estudiará en este capítulo, a partir de este procedimiento, se inicia el verdadero trabajo de mejoramiento. OBJETIVOS 1. Reconocer las diferencias entre el método de selección individual y de selección masal 2. Conocer las características del método de Selección genealógico 3. Conocer las características del Metodo de Selección de Población 4. Conocer los principios del retricruzamiento y su aplicabilidad al mejoramiento de plantas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 31. Lección 31. Selección individual La selección individual es unos de los métodos de selección más importantes en las poblaciones variables de plantas autógamas. Este método se basa en el principio por el cual un genotipo, en su descendencia, se reproduce de forma más o menos uniforme dependiendo de su patrimonio genético más o menos estable y homocigótico. El primer fitomejorador de que se tenga reporte, que realizo selección individual fue John Le Couter quien publico sus trabajos en 1843. Agricultor de la isla de Jersey, se dio cuenta de la diversidad de tipos en su campo de trigo y descubrió que la descendencia de plantas individuales era marcadamente uniforme y que existían diferencias en valor agronómico entre las distintas selecciones (Allard, 1967). Con los trabajos de Johannsen (1903 -1926) se establecen las bases científicas para la selección de especies autógamas cuando definió las ―líneas puras‖ como la descendencia de un individuo homocigoto autofecundado. Puso de manifiesto que la autofecundación continua de las líneas conducía a la homocigosis, efecto descrito por Mendel, quien demostró que partiendo del heterocigoto Aa, la autofecundación continúa daba lugar a una disminución en la heterocigosis de un medio por generación. En unas pocas generaciones se llega a una población con igual número de individuos AA y aa y una proporcion muy pequeña de heterocigotos. Para implementar un programa de selección individual se deben cumplir tres etapas diferentes: En la primera etapa se hace un gran número de selecciones en la población original genéticamente variable; este paso es sumamente importante porque en los individuos seleccionados se encuentra casi toda la diversidad genética con las formas más favorables necesarias en el proceso de mejora, máxime si recordamos que la selección no puede crear variabilidad genética. Deben hacerse tantas selecciones iniciales como las posibilidades de tiempo, dinero y espacio lo permitan; además, debe cultivarse la población sobre la cual ha de hacerse la selección de tal manera que se puedan estudiar fenotípicamente los individuos y después sea posible seleccionar los que más interesan por un carácter determinado. En la segunda etapa, se cultiva para su observación la descendencia de las selecciones individuales de planta; se siembran en filas separadas las semillas producidas por cada planta. Se originan líneas puras con las que se pueden comprobar caracteres determinados (resistencia a enfermedades, tamaño, peso, etc.). Se continua realizando más selección y cultivo por varios años eliminando las formas no convenientes hasta reducir mucho el número de líneas. En el UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades momento en que todas las plantas de la parcela sean similares entre sí, tanto que el fitomejorador ya no pueda decidir entre líneas basándose solo en su observación y siendo necesario realizar cálculos estadísticos, en este momento se pasa a la siguiente etapa, para entonces se puede tener la certeza de que la población obtenida son realmente líneas puras. La tercera etapa es entonces la selección basada en comparaciones estadísticas de las diferentes líneas entre sí y con las variedades comerciales conocidas con las mejores características de rendimiento u otros caracteres. Se procede entonces a seleccionar la mejor línea para su distribución y se inicia la multiplicación de la semilla. La selección de una línea pura puede ser llevada a la práctica como siempre ha sucedido por los agricultores quienes identifican plantas que sobresalen en sus cultivos. Una vez que se tiene aislada una línea pura superior, seleccionar dentro de esta línea no tiene sentido. Todas las plantas de esta línea tienen el mismo genotipo, la superioridad o inferioridad depende del efecto del medio ambiente. La selección de las plantas superiores dará lugar a una descendencia con un peso promedio de los caracteres seleccionados igual al de la población original. Se puede concluir entonces que no habrá respuesta a la selección (h2=0, R =0). El riesgo que se corre con este método es la segregación en generaciones posteriores y la pérdida del carácter seleccionado, así como el descarte de las progenies sin una evaluación estricta. El método es más de selección fenotípica en función de los criterios establecidos para la selección y su eficiencia dependerá de la facilidad con que se pueda identificar el o los caracteres deseados. Las líneas puras pueden dejar de serlo por mezclas mecánicas con semillas de otras variedades, por cruzarse en forma natural con otras variedades y por mutaciones. Existen muchos ejemplos que ilustran la selección individual en la obtención de variedades en especies comerciales, como son las variedades mas importantes de los Estados Unidos de trigo que proceden del trigo de Turkey, las cuales tienen también la misma adaptación general y productividad que la variedad original, sin embargo todas ellas presentan una evidente mejora en una o más características importantes como, mayor precocidad, caña mas fuerte o resistencia a enfermedades con respecto a las del trigo de Turkey. La variedad Columbia de avena es otro buen ejemplo, la cual se obtuvo de una sola planta seleccionada de la variedad Fulghum en los campos agrícolas de Missuri, en 1920. La línea que se obtuvo de esta planta, fue más precoz, de mayor altura, mayor uniformidad y de mas rendimiento que el Fulgghum, a la vez la UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades variedad Fulghum, también había sido seleccionada por un agricultor mejorador de Warreton, Georgia, quien observó una planta que era más alta y más precoz que las restantes plantas de su parcela de la avena ―Red Rustprof‖. El, recolectó la planta y multiplicó la semilla dando origen a la variedad Fulghum. La variedad autóctona; variedad local, variedad indígena, son poblaciones mayormente homocigóticas que tienen tres características principales: Son endémicas de un área, sus orígenes se remontan a varios cientos de años. Son una mezcla de tipos (genotipos). Están bien adaptadas al ambiente en el que se cultivan. La mayoría de las variedades autóctonas no tienen buenas cualidades desde el punto de vista agronómico. Generalmente son menos productivas que las variedades mejoradas, su variabilidad las hace difícil de cultivar y cosechar mecánicamente. Sin embargo, es interesante mantener estas variedades indígenas heterogéneas porque es muy probable que en ellas se encuentren genes de interés para la adaptación a suelo y a condiciones climáticas específicas y para resistencias a plagas y enfermedades locales. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 32 Lección 32. Selección masal. El método de selección masal, consiste en elegir dentro de una población de plantas, las mejores plantas o las que se acerquen más a las características deseadas (selección individual) y recoger sus semillas reuniéndolas en una mezcla de todas las plantas seleccionadas para sembrar una nueva parcela, de la cual se vuelven a tomar los individuos mas deseables, para obtener nuevamente su semilla y proseguir así generación tras generación de la misma forma el proceso de selección. Una forma más refinada de la selección masal es cosechar las mejores plantas separadamente y cultivarlas como líneas puras para compararlas entre sí. Una vez evaluadas, las líneas puras superiores y similares se mezclaran para mejorar una variedad ya establecida. En muchos casos la selección masal es el primer paso en la mejora de las variedades autóctonas. Aplicando este método, las características que han hecho que la variedad autóctona tenga éxito, se mantendrán y obviamente todos los defectos se eliminarán. Cuando se quiere introducir un nuevo cultivo en un área, la mejora inicial del mismo comienza por la realización de una selección masal. Por eso se puede decir que este es el método más antiguo utilizado por los seleccionadores de las viejas variedades, para conservar la pureza o la homogeneidad y también para llegar a su constitución a partir de poblaciones indiferenciadas. Con la selección masal llegamos a n genotipos. En cuanto se refiere, por ejemplo, al carácter rendimiento, este tipo de selección ofrece bastante uniformidad debido a que la variabilidad ambiental hace que los n genotipos se adapten más y por tanto, la variedad se adapte mejor. El arroz es una planta considerada autógama,sin mebargo tiene cierto grado de aptitud para el cruzamiento espontáneo. Con motivo de éste y de las mutaciones, se puede llegar a constituir una nueva variedad por un proceso gradual, que será tanto más largo cuanto menos uniforme sea el material genético de origen. Aunque las variedades más antiguas, incluida la Balilla, se hayan obtenido según este sistema, el método sirvió fundamentalmente para conservar la pureza de las semillas de las variedades en cultivo. Actualmente, se hace selección masal para mantener las características de las variedades establecidas . Por regla general, esto implica la cosecha de alrededor UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades de 200 plantas típicas de la variedad. El número de plantas debe ser grande para preservar la identidad y la variabilidad original de la variedad. Estas plantas se cultivan en hileras y las que no son típicas de la variedad se destruyen antes de que florezcan. Las restantes se cosechan en masa. Este proceso se repite tantas veces como sea necesario a fin de mantener las características de la variedad. Este proceso de selección con plantas autógamas puede llevarnos a la obtención de resultados más rápidos y definitivos. Las ventajas de esta metodología de selección son: La sencillez y la rapidez con que se puede efectuar la mejora de variedades locales y la liberación de una variedad. Es sencilla por que cualquier persona (campesino o agricultor) puede realizarla una vez ha aprendido el procedimiento ya que en el campo es fácil identificar las mejores plantas dentro de una población. Se pude aprovechar mejor el germoplasma, debido a que se maneja un grupo mayor de plantas Es económica porque no se llevan a cabo polinizaciones, evaluaciones, etc. Este método puede ser utilizado para purificar variedades existentes. Las desventajas que presenta el método son: No se conoce si las plantas que se están seleccionando son homocigóticas o heterocigóticas Las plantas que están en estado heterocigótico, segregan en la generación siguiente, obligando al fitomejorador a repetir la seleccion. El ambiente en el que la planta crece afecta su desarrollo y apariencia. Con la selección masal no es posible conocer si el fenotipo seleccionado es superior en apariencia debido a la herencia o al ambiente. No se ha determinado experimentalmente el tamaño idóneo de la población para la selección ni la proporción de líneas que se han de seleccionar, pero se aconseja trabajar con poblaciones de varios centenares o millares de plantas; con respecto a la intensidad de selección, se debe aplicar una que permita eliminar un buen numero de estas sin alterar las principales características agronómica de la variedad. La principal diferencia entre la selección individual y la selección masal en las plantas autógamas, es el número de líneas que se conserva. En la selección individual el tipo obtenido procede de una sola línea pura. En la selección masal se conserva la mayoría de las líneas seleccionadas. La selección masal en plantas autógamas tiene un menor uso en relación con la selección de plantas individual UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Un ejemplo de selección masal se puede citar el caso de la variedad de cebada de Missouri Early Beardless, la cual se origino de un lote de semilla comprado por un agricultor de Missouri en el otoño de 1931, que al cultivarlas observo que un 25% de las plantas eran más pequeñas y precoces que las demás. Muchas de dichas plantas precoces se cosecharon a mano y se mezcló su semilla. Posteriormente se realizó una selección de varios cientos de plantas con un fenotipo similar, se cosecharon y se mezclaron las semillas. En el segundo año se siembran las semillas con pruebas preliminares de rendimiento, se observa y se compara la altura, precocidad, acame, tolerancia a temperaturas bajas, resistencias a las enfermedades y calidad. Del tercero a sexto año, se continúa con las pruebas de selección relacionadas con el rendimiento, comportamiento y adaptabilidad, comparándolas con variedades tipo como testigo. En el séptimo año se da inicio a la multiplicación de la semilla para su distribución. (Figura 57.) Figura 57.Método de Selección masal La progenie de una cruza se siembra de forma masal hasta la generación F5, en la F5, la progenie se siembra por plantas individuales, se seleccionan las plantas o espigas, en la F7 se siembran en surcos por espigas o por planta. Se seleccionan los surcos sobresalientes, los cuales nuevamente se multiplican en siembras por surcos como pruebas de rendimiento en la F8. las líneas mas sobresalientes, se prueban en ensayos de rendimiento, de la generación F9 a F13. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 33 Lección 33. Método genealógico ó pedigrí La selección basada en el método genealógico en las especies autógamas, consiste esencialmente en la aplicación práctica de los métodos mendelianos, en la que se elige los progenitores teniendo en cuenta sus caracteres favorables, con el fin de cruzar entre sí líneas progenitoras en las que cada una contenga caracteres en las que la otra está en desventaja; posteriormente se selecciona plantas individuales en la población segregante de un cruzamiento, tomando como base sus buenas características agronómicas juzgadas individualmente y los datos de su genealogía. Este método de selección es bastante sencillo y eficiente para seleccionar caracteres de tipo oligogénicos (controlados por algunos genes), como es el caso de la altura de planta, la precocidad y los mayores componentes del color de grano. El principio de este método es que en cada generación se debe seleccionar las mejores plantas presentes en las mejores familias y luego sembrar sus descendencias en “panícula por surco”. La selección en la descendencia del cruce inicial se realiza por varias generaciones, hasta encontrar un elevado número de líneas que posean los caracteres deseados. Puede ocurrir que muchas de las líneas sean ya homocigóticas para todos los caracteres en la generación F 5. En la generación F2 se anotan las características de todas las plantas y se seleccionan las adecuadas. Las plantas F 2 seleccionadas producen semillas por autofecundación, las semillas de una planta de la F 2 forman una familia de la generación F3, que será una línea. Los primeros criterios de selección en la F2, están referidas a vigor, fecha de maduración, resistencia a enfermedades o a algunos insectos etc. En la F3 y en generaciones más avanzadas, las selecciones deben estar relacionadas especialmente con datos preliminares de rendimiento. La acumulación de información es de vital importancia a la hora de tomar decisiones sobre que líneas se deben eliminar y cuales deben de seguir en el programa de mejora. Al manejar poblaciones híbridas de plantas autógamas, el fitomejorador debe tener siempre en mente, que se está cambiando la estructura genética de la población. Un punto fundamental a considerar es que el potencial máximo de un cruzamiento (esto es el mayor número de fenotipos y genotipos segregantes) lo obtiene en la F2. Las generaciones sucesivas a la F2 repetirán básicamente las características de ésta. Otro punto importante es que la heterocigosis disminuirá UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades rápidamente de modo que las progenies derivadas de la selección de una planta serán tanto más homocigóticas ( F 2 ...F5) cuanto mayor sea el número de generaciones del programa de mejoramiento. Esto significa que el fitomejorador está evaluando el comportamiento de plantas individuales desde generaciones tempranas y luego evaluará las familias y líneas derivadas de ellas. El número de plantas F2 deberá ser 10 a 20 veces más el número deseado de familias F3 . Un número manejable de plantas serían 5000. En la F3 las semillas de las 250 plantas de la F2 se siembra en una línea y el tamaño de la familia debería ser lo suficientemente grande para mostrar la variabilidad existente en ella. La selección se hace a nivel de planta, se hace énfasis en familias que sean uniformes. No se descartan individuos que sobresalen en otras familias que habitualmente se hubieran descartado. El número de selecciones raramente excede el número total de familias F 3. Puede asumirse que se hacen 150 selecciones y que 25 de ellas se descartan después de llevar el material al laboratorio. En la generación F4 la selección es similar a la anterior. Se tiene 125 familias y 12 variedades control, aún cuando las familias se muestren homogéneas se hará selección de planta. La F4 ofrece una buena oportunidad para reducir el tamaño de la población. Esta reducción se hace visualmente y analizando el pedigrí. Aquí suponemos que se cosechan 100 plantas procedentes de 40 familias y que el número se reduce a 90, después de analizarlas en el laboratorio. En la generación F5 la selección es semejante a la F4. La diferencia radica en que se usan parcelas más grandes, cuyas dimensiones se asemejan bastante a las condiciones de campo. Las selecciones que se hacen se basan en: pedigree, apariencia visual, y rendimiento por parcelas, si éstas son lo suficientemente grandes. Como en F4, se eligen alrededor de 100 plantas, que se reducen luego a 80, después de pasar por el laboratorio. Al hacer las selecciones, asumimos que las plantas son homocigóticas. Por tanto, las selecciones deben hacerse de familias que se muestren uniformes. Para la generación F6 la unidad de selección no es la planta individual, sino la familia derivada de una única planta. En este momento las parcelas se cosechan en conjunto y no separadamente la semilla de cada planta. Por tanto, la tasa de siembra se aproxima mucho a la siembra que se hace con fines comerciales. El tamaño de siembra será lo suficientemente grande como para permitir una identificación visual rápida de cada familia y si es posible también obtener valores de rendimiento. Si se dispone de abundante semilla, se deben hacer repeticiones de parcela. Si se tiene 80 selecciones la parcela de siembra será similar a la F 5 . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La selección, al igual que la F 5 , tiene en cuenta, no sólo el pedigrí, sino también el comportamiento en parcela. Probablemente 15 de las familias más uniformes y prometedoras se conservan después de hacer evaluación visual, análisis de rendimiento y análisis de laboratorio. En la generación F7, las 15 selecciones y variedades control se siembran en pruebas replicadas utilizando un diseño de bloques al azar. Aproximadamente 4 ó 5 selecciones sobrevivirán esta prueba que incluye pruebas de calidad. En las generaciones F8 a F10 durante 3 años como mínimo y en algunos casos hasta 5, se repetirán pruebas como la efectuada en F7. en diferentes localidades de la misma área donde se iniciará la producción. Este procedimiento disminuirá el número de selecciones a uno o como máximo a dos. Ya en las generaciones F11-F12 se dedican a ensayos y pruebas en campo. Estos ensayos consisten en analizar parcelas de aproximadamente 0,4 Ha o más, que se siembran y cosechan como lo haría el productor. Durante este periodo se busca un nombre para la selección y se comienzan los trámites para el registro de las semillas en agencias para tal fin. El anterior procedimiento demuestra que se requieren aproximadamente 12años para producir una variedad, 5 de los cuales se centran en seleccionar plantas aisladas y 7 para seleccionar poblaciones. Este esquema es flexible, ya que la selección de planta puede llevar de 4 a 8 años, y los test poblacionales de 6 a 8 años, razón por la cual una variedad de plantas autógamas necesita un período de 16 años, antes de iniciar su comercialización. Ventajas e inconvenientes del método pedigrí El método de pedigrí permite más oportunidades que cualquier otro método para evaluar los resultados del cruzamiento si el fitomejorador conoce bien el cultivo y es lo suficientemente habilidoso para estimar el comportamiento en campo de cada planta en particular. Si no se tiene este conocimiento es mejor no iniciar un programa de mejora, utilizando esta metodología, ya que el método de selección masal permite lograr homocigosis con mucho menos trabajo. Permite la eliminación temprana de los tipos con caracteres cualitativos, tales como susceptibilidad a enfermedades, altura, color de la flor, forma del fruto, etc. no deseables. Permite la evaluación de selecciones en función de su comportamiento de año en año. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Permite llegar rápidamente a la homocigosis cuando la selección de planta única se traduce en progenie de planta única uniforme. Las desventajas de este método son: Se trabaja con una cantidad limitada de material debido al tiempo que se consume para elegir planta por planta. Es un método muy engorroso y requiere de mucho tiempo, ya que se requiere hacer el criadero (parcela de multiplicación) y la cosecha planta a planta. Figura 58 . Método de selección genealógico De las plantas seleccionadas en la F2, se siembran en surcos progenies de 25 a 30 plantas en la F3 de los mejores surcos se seleccionan las mejores plantas y se siembran por familias en la F4, la selección se repite en la F5 y F6, en la F7 las familias deberán ser relativamente uniformes, en la F8 se siembran pruebas de rendimiento preliminares, las que continúan hasta F12. Ver anexo 1. sobre mejoramiento por el método de Pedigrí. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico 34 – UNAD Humanidades Lección 34. Método por hibridación con selección masal. Los mejoradores de plantas, en el pasado han utilizado el término hibridación para referirse a los cruzamientos entre distintas variedades o en algunos casos entre especies diferentes. En el siglo XX, el uso que se le da al término hibridación no es otro que el cruzamiento planificado entre parentales cuidadosamente seleccionado. Cuando un fitomejorador cruza (híbrida) 2 variedades de una planta autógama, su preocupación es: i) Saber los límites y naturaleza de la variabilidad en F2, o primera generación segregante. ii) El progreso de la población hacia la homocigosis completa y iii) La naturaleza de la combinación génica más adecuada. El cruzamiento (la hibridación) puede ser intraespecífico, cuando se refiere al cruzamiento entre individuos de la misma especie o interespecífico, cuando los individuos cruzados son de distintas especies. En este caso nos referiremos sólo a los cruzamientos intraespecíficos. Cuando se realiza un cruzamiento entre líneas puras la F 1 es genotípicamente heterocigótica y genotípicamente homogénea. En la F 2 (primera generación segregante), de dicho cruzamiento aparecerán genotipos recombinantes, que reúnen caracteres que antes estaban separados en los dos parentales. El número de recombinantes de la F2 dependerá de: El número de genes diferentes en ambos parentales; el número de alelos en cada locus; del ligamiento génico frente a segregación Se siembra la generación F 2 en una parcela lo suficientemente grande para cultivar varios cientos a miles de plantas, esta parcela se cosecha en conjuntos y la semilla reunida se utiliza para sembrar un nueva parcela en el siguiente periodo. El proceso se repite tantas veces como crea conveniente el fitomejorador. En éste periodo de multiplicación masal, la selección natural juega un papel muy importante desviando las frecuencias genéticas en la población según las condiciones ambientales reinantes. El fitomejorador decide en que momento del proceso efectúa la selección para desviar la población hacia los tipos agronómicamente convenientes, eliminando de la población los genotipos no deseados, especialmente cuando estos son buenos competidores. El cultivo en masa puede terminar tan pronto como la generación F2 en este caso, no difiere del típico procedimiento genealógico. Por otra parte, si no se dan las UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades condiciones adecuadas para la selección durante algunos años, el cultivo en masa de la descendencia se puede continuar por muchos años. Este tipo de selección es adecuado para poder manejar poblaciones grandes segregantes, aumentando la probabilidad de encontrar tipos con productividad alta entre los caracteres deseados, aumentando la homocigosis durante todo el periodo de multiplicación masal y por tanto las selecciones hechas después de unas pocas generaciones serian seguramente líneas puras. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico 35 – UNAD Humanidades Lección 35. Método de retrocruzamiento Es un método para mejorar variedades que son muy buenas para un gran número de caracteres, pero que también son deficientes para algunas pocas características. Puede considerarse como una variante de la hibridación. Primero se obtiene el híbrido entre dos parentales y a continuación se cruza con el parental que se considera más valioso. La progenie de este retrocruzamiento experimenta casi siempre una fuerte segregación y está formada por individuos que presentan una combinación de caracteres de ambos parentales y el carácter o caracteres a ser mejorados son mantenidos por selección, para al final del proceso obtener una nueva variedad exactamente igual al progenitor recurrente con la misma adaptación, productividad etc., pero superior a su padre en las características específicas para la cual se mejoró. El mejoramiento por retrocruzamiento es más fácil de manejar si el carácter que está siendo adicionado cumple con los siguientes requisitos: i) es de herencia simple, ii) es dominante y iii) es fácilmente reconocido en los híbridos. Por lo tanto, el retrocruzamiento tiene su mayor aplicación en la obtención de variedades resistentes a enfermedades y plagas. La transferencia de las características que se desean de la espacie B a la A, es posible gracias al mecanismo de introgresión. Esto ocurre en la naturaleza cuando los productos de cruzamientos de 2 especies se cruzan repetidamente durante varias generaciones con el parental A (por ejemplo). Los cruzamientos repetidos con la especie A significan que la población toma las características de A, sin embargo, por azar o por selección natural sobreviven algunas características de B, que se incorporan a la especie A. Cuando este proceso está controlado se dice que se aplica el método de mejora por retrocruzamiento o selección recurrente. La especie A se la denomina parental recurrente y a B genitor donante. Los genes de B incorporados en A se denominan genes bajo transferencia. La variedad de interés o línea consanguínea actúa como parental recurrente que se cruza con otra variedad que presenta un carácter de interés, no presente en el parental recurrente. Los productos del cruzamiento que llevan el gen o los genes (F1) se retrocruzan con el parental recurrente (se abrevia así BC‘). Este proceso se repite con los productos de los retrocruzamientos, por lo general, se llevan a cabo 5 ó 6 retrocruzamientos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El número de veces que se usa el parental recurrente en un retrocruzamiento se indica por un subíndice o por superíndice. La población que se origina después del tercer retrocruzamiento se simbolizaría A4 x B, lo que significa el cruzamiento original de A x B y 3 retrocruzamientos más A4. La última población de la figura 59 se simbolizaría A6 x B ó A6 x F2. Los retrocruzamientos pueden considerarse desde 2 puntos de vista: a) El Parental recurrente y su recuperación; y b) Como carácter que se transfiere y su recuperación. Parental recurrente y su recuperación En este método de retrocruzamiento, se reconoce la existencia de una variedad superior ya probada, que en la mayoría de los casos está disponible. Frecuentemente, esta variedad es deficiente en algunos aspectos ej: puede ser susceptible a una raza patógena que produzca enfermedad, tener un tallo endeble, etc. Los agricultores están acostumbrados a esta variedad y la utilizan como forrajera. Cada vez que se hace el retrocruzamiento con el parental recurrente se reduce a la mitad el aporte del germoplasma del donante, Por tanto, si el número de retrocruzamientos con el parental recurrente es n, la proporción de germoplasma del genitor donante será de (1/2)n+1 y después de 5 retrocruzamientos sería (1/2)6= 1/64, que está representado por 1 de los 64 puntos de la variedad B. La proporción de homocigóticos se calcula por la misma fórmula que vimos anteriormente ((2m –1)/ 2m )n donde m =número de retrocruzamientos y n = el número de loci heterocigóticos en la F1 del cruzamiento original. Suponiendo que el número de retrocruzamientos productores es 5 y el número de loci heterocigóticos es 10, tenemos: ((2m –1)/ 2m )n = ((25 –1 )/ 25)10 = (31 / 32)10 = 72,8% de los BC5 F1 serán homocigóticos para 10 loci del genitor recurrente. El número de retrocruzamientos utilizados en los programas de mejora varía entre 3 a 10. Cuando se hacen 10, se logra prácticamente total identidad del genitor recurrente. Algunos fitomejoradores utilizan 5 ó 6 retrocruzamientos. Cuando se desee recuperar el genitor recurrente es recomendable durante el último retrocruzamiento cruzar a los descendientes con distintas plantas con el UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades fenotipo del genitor recurrente. Esto se hace bajo el supuesto de que el genitor recurrente es la resultante de la síntesis de genotipos levemente diferentes. Carácter que se transfiere y su recuperación Cuando la variedad donante tiene 2 caracteres para transferir es más eficiente transferir cada carácter en programas separados. Cuando se ha completado las transferencias los caracteres pueden combinarse cruzando los tipos recuperados. Cuando un determinado carácter está controlado por un gen dominante es relativamente fácil transferirlo con un retrocruzamiento en cada generación. Esto se ha visto que es así cuando se incorporan genes de resistencia por retrocruzamientos y se cultivan las poblaciones bajo condiciones naturales o artificiales de infección. Si el carácter que se desea transferir está controlado por un gen recesivo es aconsejable cultivar las generaciones de retrocruzamiento hasta la F2 para permitir la identificación del genotipo homocigótico recesivo. Un procedimiento alternativo es retrocruzar dos o incluso tres veces en generaciones sucesivas y cultivar los productos del segundo y tercer retrocruzamiento a fin de encontrar plantas homocigóticas recesivas para el carácter en cuestión. Cuando se desea transferir un carácter cuantitativo, cada generación de retrocruzamiento se debe cultivar hasta la obtención de líneas F 3 y luego se sigue con el siguiente retrocruzamiento. Si aparte la heredabilidad del carácter es baja y varios genes están envueltos en la expresión del carácter, las poblaciones F 2 y F3 procedentes de los retrocruzamientos deben ser suficientemente grandes. El ligamiento puede también complicar el método de selección por retrocruzamiento. La complicación surge cuando el gen que se desea transferir está ligado a otro indeseable o a un bloque de genes no beneficiosos, ya que la selección para el de interés aumenta también la selección del no deseable. Cuando el efecto del gen indeseable es conspicuo, una serie de autofecundaciones después de un cruzamiento es más efectivo para romper el ligamiento, pues la oportunidad de romper el ligamiento existe tanto en el parental masculino como en el femenino (por meiosis), mientras que en el retrocruzamiento no puede ocurrir ruptura de ligamiento en el parental recurrente. El retrocruzamiento no es un método limitado sólo para mejora de la resistencia. Se ha utilizado también para obtener tomates que maduren más pronto y para la acumulación de caracteres deseados UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los retrocruzamientos pueden hacerse en cualquier ambiente donde la planta se espere que crezca y donde el carácter que se ha transferido deba expresarse. La evaluación agronómica no es necesaria. Por tanto, se puede utilizar el invernadero para adelantar generaciones y para evaluar en carácter que se transfiere. Una característica importante del retrocruzamiento es que las variedades obtenidas así, pueden darse a los agricultores, sin evaluación de rendimiento, adaptación a calidad, pues es la misma variedad de la tierra con algún carácter deseable incorporado. El método de retrocruzamiento presenta 3 requisitos: Se debe disponer de una variedad recurrente buena, la que deba mejorarse en uno o más caracteres. Se debe disponer de variedades donantes que complementen a la variedad recurrente, para el carácter de interés. El número de retrocruzamientos que se hagan deben ser lo suficiente para reconstituir el parental recurrente. Las ventajas del mejoramiento por retrocruzamiento pueden resumirse en los siguientes puntos: Nada de lo ganado se pierde, debido a que las mejoras se hacen paso a paso. El programa de mejora es independiente del ambiente. No son necesarias retrocruzamiento. Es rápido y requiere un número pequeño de plantas. Es predecible y repetible. Es también adecuado para la modificación de caracteres morfológicos o características de color y caracteres cuantitativos dependientes de pocos genes como la precocidad, altura de la planta y tamaño y forma de la semilla. evaluaciones de las variedades obtenidas por La desventaja del método es que No permite obtener combinaciones génicas poco comunes de las 2 variedades. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico Figura 59.Representación del procedimiento de retrocruzamiento – UNAD Humanidades UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 8. Métodos de mejoramiento de plantas alógamas INTRODUCCIÓN. Las plantas alógamas son aquellas que se aparean libremente dentro de sus poblaciones como consecuencia de su sistema reproductor y de su historia evolutiva previa. Son muy heterocigotas por lo que rara vez se utilizan de manera individual para construir una nueva variedad, ya que la segregación y la polinización cruzada dificultan la conservación del progenitor. Por esta razón los métodos de mejoramiento de estas especies difieren de los empleados en las plantas autógamas. Las plantas alógamas pueden ser: hermafroditas, monoicas y dioicas. Monoecia y dioecia, evidentemente favorecen la fecundación cruzada. En algunas plantas la alogamia se asegura por distintos mecanismos como la maduración de estambres y estigmas en distinta época, o los distintos sistemas de incompatibilidad. Dentro de las plantas alógamas, se pueden encontrar desde las que tienen una completa autoesterilidad, hasta las que tienen una perfecta autofertilidad, con gran variabilidad incluso dentro de la misma especie y aún dentro de la misma variedad comercial o población local. Otro factor importante es que algunas plantas alógamas cuando se les somete a autogamia forzada suelen sufrir depresión por consanguinidad, mientras que otras no. En las poblaciones de especies alógamas, puede identificarse y seleccionarse individuos con caracteres sobresalientes y deseables agronómicamente, sin embargo, estos no son de herencia constante debido a que todos sus gametos son diferentes, lo que crea diferentes individuos en cada generación. Por eso, la mejora genética de una población alógama se basa en dos hechos principales: i. La elección de los individuos que han de originar la generación siguiente selección y UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades ii. La forma por la cual dichos individuos seleccionados se han de cruzar entre sí para formar la descendencia que constituirá la generación siguiente. Los distintos métodos de mejora que en alogamas se pueden realizar son Selección masal , Selección de líneas endogámicas y explotación de la heterosis y por selección de los componentes de las variedades sintéticas. OBJETIVOS 1. Reconocer los principales métodos de mejoramiento de especies alógamas 2. Conocer la Teoría del Equilibrio genético y su aplicación en el mejoramiento genético. 3. Reconocer los factores que afectan el equilibrio génico de poblaciones. 4. Identificar los procesos que alteran el equilibrio de pobalciones UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico 36. – UNAD Humanidades Lección 36. Teoría de Hardy-Weinberg También llamada ley del equilibrio genético, es un conjunto de fórmulas matemáticas que describen cómo la proporción de distintos genes, que determinan una característica particular en un organismo, puede permanecer igual a lo largo del tiempo en una población numerosa de individuos. En 1908, el matemático británico Godfrey Harold Hardy y el médico alemán Wilhelm Weinberg describieron de forma independiente esta ley. Basados en una aplicación de la distribución binomial descubierta por Isaac Newton, explican que una población se comporta de acuerdo con las condiciones que se basa esta fórmula y no debe haber cambios en las frecuencias gaméticas o cigóticas de generación en generación. La composición genética de una población permanece en equilibrio mientras no actúen ni la selección ni ningún otro factor y no se produzca mutación alguna. A pesar de la mezcla de genes que supone la reproducción sexual, la persistente reorganización de estos en este tipo de reproducción, no cambia la frecuencia de estos en las sucesivas generaciones. Es decir, la herencia mendeliana, por sí misma, no engendra cambio evolutivo, no es un mecanismo de alteración de las frecuencias de los genes en las poblaciones. Esta ley indica la frecuencia con la que determinados alelos, variantes de un gen determinado que contienen información específica respecto a un carácter (por ejemplo el color de los ojos), deberían aparecer en una población. La ley establece también la frecuencia con la que determinados genotipos, combinación real de genes de la que un organismo es portador y puede trasmitir a sus descendientes, deberían aparecer en esta misma población. 36.1. Condiciones para que se presente en equilibrio en una población. Para que la población permanezca en equilibrio de generación en generación, debe cumplir las siguientes condiciones ideales: Ser lo suficientemente amplia como para que todos los cambios que se produzcan en ella sigan las leyes de la estadística No debe existir inmigración ni emigración. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los organismos componentes de esa población han de ser diploides y de reproducción al azar (panmixia). Individuos viables y fértiles, con reproducción sexual. En esta población no hay mutaciones, ni selección natural, ni artificial, de modo que los individuos tienen las mismas probabilidades de reproducirse, independientemente de sus genotipos Se considera que, si en una población lo infinitamente grande y con un apareamiento libre al azar, un gen está representado por los alelos A y a, de igual adaptabilidad, en la proporción qA(1-q)a, las frecuencias de estos dos alelos permanecerán constantes como se explica a continuación: Ejemplo, gen con dos formas alternativas Frecuencias alélicas observadas. Aya Frec. A = p Frec. a = q Apareamiento aleatorio Genotipos = AA, 2 Aa, aa Frecuencias genotípicas esperadas según H-W Frec. AA = p2 Frec. Aa = 2pq gametos UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Frec. aa = q2 Formula H-W = p2 + 2pq + q2 = 1 = (p + q)2 Frec. A = p = 4/8 = 0,5 Frec. a = q = 4/8 = 0,5 Frecuencia alélica El apareamiento aleatorio es un supuesto razonable, pero en la realidad este no existe en la mayoría de los casos, ya que siempre hay algún tipo de selección de pareja. Ejemplo numérico: Una población de 5000 plantas se encontró la siguiente frecuencia genotípica: 400 Rojas 3000 Rosadas 1000 Blancas RR Rr rr Frec. Genot. Frec. Alelica 8% p = 0,38 60% q = 0,62 Frec. Genotípicas p2 (0,38)2 = 0,1444 2pq 2(0,38)x(0,62) = 0,4712 q2 (0,62)2 = 0,3844 Significa que la población no esta en equilibrio génico, por que hay variación genotípica. 36.2. Consecuencias del Equilibrio Hardy-Weinberg Una vez que se alcanzó el equilibrio, las frecuencias alélicas y genotípicas se mantienen constantes a través del tiempo. El equilibrio H-W se alcanza con una o dos generaciones de apareamiento al azar (para un locus autosómico). Si las frecuencias alélicas difieren entre sexos, en la primera generación de apareamiento al azar las mismas se igualan, y en la segunda, las frecuencias genotípicas llegan al equilibrio UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La heterocigosis esperada aumenta con el número de alelos y se maximiza cuando, para k alelos, sus frecuencias son 1/k. La importancia y utilidad del modelo de H-W radica en su simplicidad y falta de realismo. Se utiliza como hipótesis nula. Pese a ser un modelo hipotetico, las poblaciones naturales suelen encontrarse cerca del equilibrio H-W. Está claro que una población de este tipo no existe en la naturaleza, pero sirve de punto de partida para el estudio de otras leyes: los organismos están sujetos a mutación, selección o otros procesos que cambian las frecuencias génicas, pero lo efectos de estos procesos pueden ser medidos a partir de sus desviaciones de la ley de equilibrio. 36.3 Procesos que cambian las frecuencias génicas. Los procesos básicos que cambian las frecuencias génicas son la mutación, la migración, la deriva genética y la selección natural La mutación: La mutación es un fenómeno natural, de frecuencia muy baja y de muy lenta aparición, que posibilitan la evolución. A manera de jemplo: Consideremos un alelo A que se convierte en B por mutación a una tasa del 1 por 100.000, que es típica de muchos genes (en cada generación una cienmilésima de todos los alelos A se convierte en B). Si en un momento dado, la frecuencia del alelo A es 0'10, en la generación siguiente será del 0'0999999, un cambio pequeñísimo. Y así sucesivamente. La fracción del alelo que cambia es siempre la misma; pero como la frecuencia del alelo es cada vez menor, el efecto de la mutación se va reduciendo de generación en generación. En nuestro caso, se requieren 10.000 generaciones para que la frecuencia del alelo A se reduzca de 0'1 a 0'09. Por otra parte, las mutaciones son reversibles: el alelo B también puede mutar a A. La frecuencia de los alelos cambiará aún más lentamente. De todo esto se deduce que la mutación, aunque tiene su contribución, no es fuerza suficiente para impulsar todo el proceso evolutivo. Las frecuencias de los genes están determinadas por la interacción entre mutación y selección. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La migración genética: La migración, en el sentido genético, implica que los organismos (o sus gametos o semillas) que van de un lugar a otro se entrecruzan con los individuos de la población a la que llegan. Por eso la migración se llama flujo genético. En este caso, lo que cambian son las frecuencias génicas de una localidad dada, si es el caso que las frecuencias de los emigrantes y de los residentes no sean iguales. La deriva genética: Es una fuerza de cambio muy importante en la selección, en la que las frecuencias génicas pueden cambiar por razones puramente aleatorias, debido a que cualquier población consta de un número finito de individuos. La frecuencia de un gen puede por ello cambiar de una generación a otra gracias a lo que se llaman errores de muestreo, ya que de todos los genes de la población sólo una pequeñísima fracción pasará a la siguiente (por lo mismo también es posible que salgan más de 50 caras al lanzar una moneda 100 veces). Si en una población de 1.000 individuos, la frecuencia de a es 0'5 en una generación, en la siguiente generación puede ser, por azar, de 0'505 ó de 0'493, a causa de la producción fortuita de unos pocos más o unos pocos menos descendientes de cada genotipo. En la segunda generación habrá otro error de muestreo, que ahora trabaja sobre la nueva frecuencia génica, así que la frecuencia de a puede llegar de 0'505 hasta 0'511 ó bajar a 0'498. Este proceso de fluctuación aleatoria continúa de generación en generación, sin que ninguna fuerza empuje a la frecuencia a retornar a su valor original. De este modo, el resultado final es que la deriva provoca que las frecuencias génicas sean p=1 ó q=1 (q=0 ó p=1, respectivamente). Tras este final, ya no es posible ningún cambio: la población se ha hecho homocigótica. Una población aislada a partir de la primera también sufre esta deriva genética aleatoria, pero en lugar de hacerse homocigótica para el gen A, puede hacerse para el gen a. A medida que el tiempo transcurre, las poblaciones aisladas divergen entre ellas, perdiéndose heterocigosidad: la variación que aparecía en las poblaciones aparece ahora entre poblaciones. Si no existieran estos procesos de cambio evolutivo, como la mutación y la selección natural, las poblaciones llegarían al final a tener un solo alelo de cada gen, aunque se tardase muchas generaciones en llegar a ello. La razón es que, tarde o temprano, uno u otro alelo sería eliminado por la deriva genética sin posibilidad de que reapareciera por mutación o migración. Debido a la mutación los alelos desaparecidos de una población pueden reaparecer de nuevo y gracias a la selección natural, la deriva genética no tiene UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades consecuencias importantes en la evolución de las especies, excepto en poblaciones de pocos individuos. Efecto Fundador: Es una situación extrema de deriva genética que se da cuando se establece una nueva población a partir de pocos individuos, cuando una población pequeña se separa de otra original más grande. Es lo que ocurre en numerosas islas oceánicas, con poblaciones numerosísimas establecidas por muy pocos individuos. Las frecuencias de muchos genes pueden ser diferentes en los pocos colonizadores y en la población de la que proceden y ello puede tener efectos duraderos en la evolución de tales poblaciones aisladas. El efecto fundador es, probablemente, responsable de la práctica ausencia de grupo sanguíneo B entre las poblaciones de indios de América, cuyos antecesores llegaron en números muy pequeños a través del Estrecho de Behring hace unos 10.000 años. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 37. Lección 37. Selección Masal La selección masal es el método más simple de mejora en plantas alógamas y consiste en elegir los mejores individuos (por sus fenotipos), recoger la semilla que ellos producen, mezclar esta semilla para formar la generación siguiente y repetir el ciclo de selección y mezcla de semilla sucesivamente. La selección masal puede tener varias formas, pero siempre implica la cosecha de un lote en masa de semillas a partir de algunas plantas seleccionadas. Evidentemente, lo que se hace es una selección para gametos femeninos, puesto que al tomar la semilla producida por la planta seleccionada se está seleccionando la aportación génica femenina, mientras que no se puede seleccionar las plantas que van a actuar como polinizadores. A pesar de ello, se espera un progreso en la selección por acumulación de genes favorables. La selección masal por el fenotipo es efectiva cuando los caracteres para los que se selecciona son fácilmente observables o medibles; por ejemplo: altura de planta, contenido en aceite o proteína de la semilla. Cuando los caracteres no pueden ser prejuzgados por el fenotipo individual de las plantas, se realizan ensayos con la descendencia de las madres seleccionadas, lo cual recibe el nombre de (prueba de progenie). La descendencia puede obtenerse mediante polinización abierta normal (sin control de los gametos masculinos) o puede hacerse controlando la reproducción. Esto dependerá de si el carácter que estemos teniendo en cuenta puede observarse o medirse antes de la fecundación. Por ejemplo, la altura de la planta se puede medir antes de la fecundación, pero el contenido en proteína de la semilla no. Si la selección se hace antes de la antesis, las plantas se eliminan y se permiten cruces aleatorios sólo entre las elegidas. Si se hace después de la fecundación, las plantas seleccionadas se habrán cruzado, en parte, con las no deseadas. Cuando la población es muy variable, la presión de selección debe ser suave, para dar oportunidad a que se mezcle bien los caracteres. Después de varios ciclos se debe llevar a cabo un ciclo de selección fuerte para escoger los individuos más sobresalientes y obtener así la máxima respuesta. De lo contrario, si utilizamos siempre una presión de selección fuerte, la variabilidad genética se agota rápidamente, esto conduce a la homocigosis y por tanto a poca respuesta a la selección. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La efectividad de la selección masal depende entre otros factores de los caracteres en estudio y del tipo de herencia que estos tengan. Es más efectiva para aquellas características de alta heredabilidad como: la altura de la planta, resistencia a enfermedades, precocidad, prolificidad, alto contenido de proteína, adaptabilidad, etc. por otro lado, dicha selección es poco efectiva para las característicos de baja heredabilidad, como: rendimiento, acame, resistencia a insectos, etc. Se puede afirmar que el éxito de la selección masal se debe a los siguientes factores: Técnicas adecuadas de campo. Alta heredabilidad. Amplia variabilidad genetica. 37.1 Requisitos para una selección masal adecuada. Para adelantar un programa de selección masal en plantas alógamas se deben de considerar los siguientes factores: Aislamiento del lote donde se hará la selección; este se puede llevar a cabo mediante las siguientes practicas: Distancia: estableciendo una distancia mínima entre los lotes de selección y otros de producción comercial, teniendo en cuenta que el polen de las plantas alógamas se transportan por el viento a grandes distancias. Fecha de siembra: adelantando o retrazando la siembra de los lotes para selección con aquellos lotes comerciales sembrados alrededor es otra forma eficaz de aislar los lotes. Barreras artificiales: se utilizan cuando no se puede aislar el lote mediante algunas de las formas anteriores Factores ambientales: entre los más importantes se encuentra la Uniformidad del terreno: en lo que respeta a fertilidad, profundidad, textura, pendiente, como de la buena preparación del terreno. Prácticas culturales uniformes: esto quiere decir la siembra se realice a la misma profundidad y a la misma distancia, la fertilización también debe ser uniforme, en lo posible se recomienda sobre fertilizar el lote para eliminar posibles diferencias en la fertilidad del suelo. Se debe planificar el riego, de tal manera que se suministre el agua en el momento en que lo necesite el cultivo. El control de malezas, plagas y enfermedades, debe ser muy eficiente y uniforme de tal manera que las diferencias presentadas en los resultados se atribuya principalmente a la constitución genética de las plantas y no a efectos de estos factores. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Presión e intensidad de selección: Se debe aplicar una adecuada presión de selección que no cause endocría, esto se logra con una presión que puede variar de 10 a 20%. En teoría, mientras la presión sea más intensa se obtienen mayores ganancias, pero también se provoca más rápido la homocigosis. Los inconvenientes que presenta la selección masal son: Para determinados caracteres la selección fenotípica no es la más adecuada para seleccionar genotipos superiores. La polinización incontrolada hace posible que los genotipos superiores hibriden con los inferiores en la población en la que cohabiten. Se han obtenido buenos resultados prácticos en remolacha, alfalfa, maíz, trébol, etc., que justifican la aplicación de la selección masal en determinadas circunstancias y caracteres. Las especies alógamas y autógamas, responden similarmente a la selección masal. Ambas tienden a responder en la dirección de la presión de selección y ambas retendrán considerablemente la variabilidad. A continuación se describen las distintas variaciones de la selección masal. 37.2 Selección masal estratificada. Este método de selección masal fue propuesto por Gardner en 1961, para ser aplicado a materiales de amplia variabilidad genética, posteriormente otros fitomejoradores han modificado y ampliado esta metodología. Figura 60.Representación de Selección Masal Estratificada. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Consiste en una estratificación o división de las parcelas de evaluación / Se recombinación en áreas de igual tamaño y preferiblemente cuadradas. Se sugieren 25 subparcelas, las cuales resultan de dividir el lote en cinco franjas de 10 m. de largo y subdividir cada franja en 10 surcos (ver figura #). Dentro de cada subparcela se eligen las mejores plantas, como en la selección masal ordinaria. El objetivo principal de esta modificación es, precisamente, reducir dentro de cada subparcela el efecto ambiental que se tiene en toda la parcela; lo anterior permite una mayor eficiencia en la selección, al trabajar más sobre la variación genética. 37.3 Selección masal convergente-divergente. Para la aplicación de este método, se requiere definir una región amplia o área grande en cuanto a diferencias ambientales (suelo, temperatura, humedad, etc.), así como integrar una población base de amplia variabilidad genética, para ello se puede hacer lo siguiente: i) Recolectar variedades criollas de las localidades representativas de diferentes ambientes del área o región agroecológica definida. ii) Formar una mezcla de igual número de semillas de cada una de los materiales recolectados. Estas semillas se siembra en un lote aislado de la localidad de evaluación y las semillas obtenidas de esta recombinación se convierte en la población base de amplia variabilidad genética. Una vez formada la población base, se subdivide en muestras de acuerdo con las localidades previamente definidas, en donde se sembrarán los materiales para la selección (divergencia). Los lotes de siembra en cada localidad deben estar aislados, con la suficiente área que permita tener un buen número de individuos. En la cosecha de cada localidad se aplicará una presión de selección del 5% aunque está varía de acuerdo a los objetivos del fitomejorador, seleccionando las plantas que posean las mejores características agronómicas deseables. De esta manera se obtiene el primer ciclo de selección masal en todas las localidades. El segundo y tercer ciclo se lleva a cabo de la misma manera. Después del tercer ciclo de selección en cada localidad, se toma una muestra de semilla de cada una de ellas, se forma una mezcla de todas y se siembra en un lote aislado en el campo experimental inicial (convergencia) con el fin de recombinar por una generación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En la cosecha, la semilla obtenida se divide nuevamente de igual manera y con el mismo número de muestras, se llevan nuevamente a las localidades iniciales para evaluar el segundo ciclo de selección convergente-divergente. (figura 61). Durante la realización de cada ciclo de selección por localidad, deben evaluarse paralelamente los ciclos anteriores, incluyendo la variedad original y los testigos regionales. El objetivo de estas evaluaciones es ver la ganancia que se está obteniendo por ciclo de selección en cada localidad. Al hacer la divergencia y la selección en cada una de las localidades se aíslan los genotipos deseables de cada uno de ellas y al hacer convergencia se reúnen por medio de la recombinación todos los genes deseables. Así se puede esperar que el material obtenido sea adaptable a toda el área o región a la que pertenecen las localidades en donde se realizó la selección. Figura 61. Esquema de metodología de la selección masal Convergente-divergente. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 38. Lección 38. Selección Recurrente intrapoblacional. Se conoce como selección recurrente los métodos de fitomejoramiento en los que se llevan a cabo ciclos alternantes de selección y cruzamiento. Selección para elevar la frecuencia de genes favorables en la población de plantas a mejorar y cruzamiento de las mejores plantas entre sí, para mantener la variabilidad genética que permita obtener las mejores combinaciones génicas, en el caso de selección recurrente intrapoblacional se busca mejorar el comportamiento dentro de una población dada Todas las modalidades de selección recurrente tienen el mismo fundamento genético, que es el siguiente: En una población alógama, todas las plantas que muestran determinada intensidad de expresión de un carácter favorable, regulado por genes mayores o por poligenes, no tienen necesariamente el mismo genotipo. Por ejemplo, si un carácter favorable depende, en su máxima expresión, de los genes dominantes A, D, E, F, G, y H, y de los recesivos b, c y g, pueden existir en una población genotipos con la misma intensidad del carácter, tales como: A_ B_ ccddE_ ffgghh aaB_C_D_ eeF_G_H_ aabbccddeeF_gghh y otros. Si somos capaces de seleccionar en esta población, plantas que muestren una expresión fenotípica del carácter favorable superior a un nivel dado y luego las cruzamos entre sí de manera forzada o en polinización libre, podemos conseguir una nueva población en la que la frecuencia de genes favorables sea superior a la población inicial y en la que la recombinación haya producido genotipos superiores. Si efectuamos en esta población un nuevo ciclo de selección y recombinación, podremos conseguir un mayor grado de acumulación de genes favorables. Para Ceballos (2000). El éxito de la SR depende de numerosos factores. Uno de ellos, quizás el más obvio, es que exista suficiente variabilidad genética para permitir progreso en la dirección deseada. En otras palabras, las frecuencias alélicas al comenzar el programa de mejoramiento, tendrán una gran influencia en los resultados del mismo, sean éstos a corto, mediano, o largo plazo. Es precisamente reconociendo este requerimiento, que los fitomejoradores prestan gran cuidado y atención a los materiales con los que se iniciará un determinado programa ya sea utilizando SR u otro método de mejoramiento como el de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades retrocruzamiento. Si se cuenta con numerosas poblaciones y la variabilidad genética es similar en todas ellas, entonces se puede elegir la que presente el mejor promedio para el o los caracteres a mejorar. Por el contrario, si entre las poblaciones iniciales existen diferencias en cuanto a variabilidad genética, ésta debe tenerse en cuenta junto con los respectivos promedios. Una ilustración simplificada de los objetivos de la SR se presenta en la Figura #. En este ejemplo idealizado, se asume una población de tamaño finito y que la variabilidad genética en los distintos ciclos de selección ha permanecido inalterada, aunque el promedio poblacional se desplazó en la dirección deseada. Se trata de una selección para una sola variable. Resultados como los presentados en la Figura 62 , rara vez pueden apreciarse luego de un sólo ciclo de selección para la mayoría de los caracteres a mejorar. Se pretende simplemente ilustrar el potencial de este método de mejoramiento, luego de varios ciclos de selección. Figura 62. Distribución de frecuencias y medias poblacionales luego de dos ciclos de selección recurrente La variabilidad genética permanece inalterada, pero la media poblacional se desplaza en la dirección deseada, resultando en un progreso genético (ΔG). Fuente: Ceballos, 2000. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los objetivos resumidos de la SR son: Modificar las medias poblacionales mediante el incremento de la frecuencia de alelos deseables para el (los) carácter(es) a mejorar. Mantener la variabilidad genética de modo que sea posible un progreso continuo en cada ciclo sucesivo de selección. Cuál de los numerosos métodos de SR un fitomejorador empleará, dependerá de numerosos factores tales como: modo de reproducción del cultivo, la herencia y tipo de carácter a mejorar, producto requerido (híbrido, variedad de polinización abierta, línea pura, variedad sintética, etc.). Con excepción de la selección masal fenotípica, todos los métodos de SR incluyen tres etapas claramente identificables así: i) Obtención de progenies. ii) Evaluación de progenies en el (o los) ambiente(s) adecuado(s). iii) Selección y recombinación de las mejores progenies para iniciar un nuevo ciclo de selección. Ceballos (2000) Gráficamente se pueden representar estos conceptos tal como se ilustra en la Figura 63. Nótese claramente la naturaleza cíclica de la selección recurrente, y cómo cada ciclo debe producir germoplasma superior que es luego usado por el fitomejorador para los propósitos de su programa de mejoramiento. Figura 63. Esquema básico de mejoramiento por selección recurrente con sus tres etapas y Los elementos que la caracterizan Cada ciclo de selección produce germoplasma superior que es usado por el fitomejorador para la producción de cultivares comerciales UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Es importante destacar que cada etapa de la SR está definida por elementos llamados Unidad de Selección (en la etapa de evaluación), Unidad de Recombinación (durante los cruzamientos de progenies seleccionadas) y Nuevo Ciclo de Selección o Población Mejorada (con la obtención de nuevas progenies a partir de la etapa anterior). Es necesario entender la diferencia entre la unidad de selección y la de recombinación para poder calcular con precisión las ganancias genéticas que se esperan lograr como resultado de la selección. 38.1. Selección recurrente usando promedios de familias. A diferencia de la selección masal, los siguientes métodos de mejoramiento que se describirán incluye alguna forma de evaluación de progenies, en los que los genotipos se evalúan y seleccionan en términos de comportamientos promedio. Esta distinción es muy importante, pues se busca basar la selección en valores genotípicos no fenotípicos y si se seleccionan genotipos a partir de medias de ensayos replicados, frecuentemente a través de numerosos ambientes, las varianzas fenotípicas de medias serán mucho menores que las correspondientes a plantas individuales, como es el caso en la selección masal. También la interacción genotipo x ambiente tendrá un efecto menor. 38.2. Selección de medios hermanos: mazorca por surco modificada (Lonnquist 1964). Este método consiste en la selección entre y dentro de familias de medios hermanos (MH) y fue propuesto para el caso específico de maíz, aunque es adaptable a otros cultivos. El término de medios hermanos se refiere al número de progenitores que los individuos tienen en común, en este caso sólo uno en común, sea el padre o la madre. Luego de obtener las familias MH se siembran en ensayos con una replicación en varios ambientes como se ilustra del la figura 64. Simultáneamente con la evaluación, se siembran en un bloque aislado las mismas familias, cada una en surcos individuales (como en los lotes de evaluación), los que actuarán como hembra ya que son despanojados (o emasculados), antes que ocurra la floración. Además se intercalan, cada cierto número de surcos, uno que actuará como fuente de polen. Este surco denominado 'macho', consiste en un 'masal balanceado' con semilla de todas las familias que definen la población. La unidad principal de evaluación-selección será cada una de las familias de MH. Una vez identificadas las mejores familias (selección ‘entre’), se cosechan en el UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades lote de recombinación, las mazorcas de las mejores plantas de esas familias (selección ‘dentro’). Por otro lado, si una planta macho poliniza a cuatro o seis plantas hembra diferentes y la semilla de cada una de ellas se siembra en surcos individuales, las plantas dentro de cada surco son hermanos completos HC, porque tienen el mismo padre y la misma madre. Así, las plantas de surco uno son MH de las plantas del surco dos; estos a su vez son MH de las del surco tres y así sucesivamente ya que tienen un padre en común (macho) pero diferente madre. También, si la semilla de las plantas hembras polinizadas por un macho común se mezcla en cantidades iguales, se da origen a una familia de MH. Las familias de MH están más relacionadas entre sí que aquellas de HC, debido a que las de MH se originan al cruzar una hembra con varios machos o viceversa, es decir tienen un padre en común, mientras las familias de HC se originan al cruzar pares de plantas, todos diferentes. Figura 64. Selección de mazorca por surco modificada (Lonnquist, 1964). Las familias MH se evalúan en 3 ambientes y simultáneamente se siembran en un lote de recombinación en el que son emasculadas (surcos hembra). El polen proviene de surcos macho formado por un volumen balanceado de la población. Fuente. Ceballos (2000) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 38.3. Selección de hermanos completos Este esquema de mejoramiento es uno de los de mayor eficacia para el mejoramiento de una población y ha sido usado intensamente por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT). Existen numerosas variantes y se utilizan grupos grandes de familias, (nunca menos de 100). Se realizaba una selección moderada dentro de surco y al momento de la floración se efectuaban cruzamientos planta a planta entre las distintas familias para reconstituir un nuevo grupo de familias de hermanos completos. Debido al gran número de familias evaluadas, se utilizaban diseños experimentales tipo látice, que requiere un número cuadrático de tratamientos (13 x 13 = 169, hasta 16 x 16 = 256). Se evalúan las familias en ensayos de rendimiento y características agronómicas deseadas con dos o tres repeticiones en tres o cuatro localidades durante el mismo año. En la cosecha se selecciona el 10% de las mejores familias de HC. Una vez determinadas las mejores se recurre a la semilla remanente, tomando un 30% más de semilla de cada una de ellas y se forma un compuesto balanceado de todas las semillas de las familias seleccionadas con la que se inicia un segundo ciclo de selección en la siguiente generación. Para ello, en el momento de la floración se forman cruzas de la misma manera que en la primera generación para formar familias de HC e iniciar así el segundo ciclo de selección. Figura 65. Esquematización de la obtención de familias de hermanos completos por medio de cruzas entre pares de plantas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 38.4. Selección recurrente de líneas S1 El mejoramiento a través de líneas S1, se ha utilizado para mejorar varias características, requiere típicamente de tres estaciones de crecimiento: obtención de líneas S1, evaluación en ensayos replicados de esas familias y recombinación de las mejores líneas para reiniciar otro ciclo de selección. En este esquema de mejoramiento se puede realizar selección en dos etapas: al recombinar las mejores líneas se pueden formar, por ejemplo, familias de hermanos completos. Estas familias se pueden sembrar en condiciones adecuadas para hacer una selección de modo que sólo se autofecundan las mejores plantas de las mejores familias HC. Alternativamente las familias HC se pueden sembrar en ensayos a través de varias localidades y luego de evaluarlas, en el semestre siguiente se siembra semilla remanente de las mejores familias para ser autofecundadas. Esto alarga cada ciclo de selección a dos años, pero reduce considerablemente en número de autofecundaciones a realizar. De una población de amplia variabilidad genética, para el caso de maíz, se autofecundan más o menos 400 plantas agronómicamente deseables para obtener líneas S1. En la cosecha se toman sólo 200 mazorcas autofecundadas (líneas S1) de las plantas más deseables y con suficiente semilla, las cuales se desgranan individualmente; parte de esta semilla se guarda y el resto se utiliza en los ensayos en la segunda generación. En la segunda generación, las 200 líneas se evalúan en ensayos de rendimiento y características agronómicas deseables en tres o cuatro localidades, con una o dos repeticiones durante el mismo año. En la cosecha se selecciona el 10% de las mejores líneas S1. Una vez seleccionadas las mejores 20 mazorcas, se recurre a sus semillas guardadas para recombinarlas en la siguiente generación; esta recombinación se realiza a través de cruzas posibles (dialelicos) y una vez obtenidas las 190 cruzas se forma un compuesto balanceado para integrar una población C1 donde se practicará el siguiente ciclo de selección. Se siembra el compuesto balanceado para iniciar el segundo ciclo de selección semejante al descrito anteriormente y así sucesivamente hasta formar una nueva variedad mejorada. Este método tiene la ventaja que facilita la eliminación de individuos recesivos indeseables. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 38.5. Selección recurrente de líneas S2 El mejoramiento a través de líneas S2 es similar a la selección entre líneas S1, con el alargamiento de un ciclo mas de selección para poder llegar hasta el nivel de endocría S2 antes de la selección. Como en el caso anterior, en este método se aprovecha los efectos genéticos aditivos, ya que ambos son igual de eficaces para cambiar las frecuencias de genes que poseen efectos adictivos, superando a los métodos de selección que implican cruzas de prueba. La selección entre líneas S2 se usa generalmente para mejorar el rendimiento, mientras que la selección entre líneas S1 se utiliza para mejorar otras características como resistencia a enfermedades, plagas, además de rendimiento. La recombinación se puede realizar con semilla remanente de la generación S 1 o de la S2 aunque el efecto de endogamia es mayor en la S 2. La desventaja de este método es que la apariencia fenotípica y producción de las líneas S 1 son superiores a las de las líneas S2; por lo tanto al seleccionar en el nivel S1 puede falsearse la información a nivel S2 por lo que quizá las mejores plantas S1 pueden ser las más malas a nivel S2 . UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 39. Lección 39. Selección recurrente interpoblacional. Este tipo de selección fue propuesta por primera vez por Comstock et al. en 1949. A partir de este trabajo surgieron numerosas modificaciones. Todos estos métodos se conocen con el nombre genérico de selección recurrente recíproca. Es un procedimiento para seleccionar simultáneamente para Actitud combinatoria general ACG y actitud combinatoria especifica ACE. Para ello se toman dos poblaciones llamadas A y B, que no deben estar emparentadas genéticamente, que se mejoran simultáneamente y se conocen como poblaciones recíprocas. El objetivo básico es poder usar las dos poblaciones en la derivación de líneas y producir híbridos comerciales superiores o bien para formar cruzas poblacionales. Como resultado se mejora tanto el comportamiento de las poblaciones como la heterosis de la cruza entre ellas (basada en efectos de dominancia). La selección interpoblacional también tiene ventaja sobre la intrapoblacional cuando existe alelos múltiples, produciendo mejores híbridos que las derivadas de las poblaciones originales. La desventaja de esta metodología es quizá que sea un poco más complicada que los sistemas de mejora intrapoblacional, sin embargo si se realiza selección intrapoblacional en las dos poblaciones, la selección recurrente reciproca SRR no es más complicada que la selección entre líneas de MH en dos poblaciones. A continuación, se presentan los métodos de mejoramiento interpoblacional, con los que se mejoran simultáneamente dos o más poblaciones. 39.1. Selección recurrente recíproca de familias de medios hermanos Este método parte de dos poblaciones recíprocas A 0 y B0, de amplia base genética. Se elige en A0 m plantas que serán usadas como macho para polinizar un número determinado (h) de plantas en B0 las que actuarán como hembras (Figura 66). Estas m plantas también se autofecundan para producir familias S1. De esta forma se producen m familias de MH, cada una de ellas constituida por h familias de HC. En total se producirán (m x h) familias HC. Lo mismo se hace con la población B0, eligiendo m plantas que serán usadas como macho para cruzarlas con h plantas de la población A0. En este esquema de mejoramiento, la unidad de selección son las m familias MH (cada una representada por h familias de HC) y la unidades de recombinación son las familias S1 originadas en las plantas que produjeron las mejores familias de MH. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Una manera normal del procedimiento es seleccionar 100 plantas agronómicamente superiores de la población A. Cada planta se autofecunda y a la vez se cruza con cuatro a seis plantas tomadas al azar de la población B; de la misma manera se autofecundan plantas de la población B y se cruzan con cuatro o seis plantas tomadas al azar de la población A. En la cosecha de la semilla proveniente de las autofecundaciones (líneas S1) de cada planta seleccionada de cada una de las poblaciones, se almacena y la semilla de cada una de las seis plantas cruzadas se mezcla en cantidades iguales (familia de MH) para usarse en pruebas de rendimiento en la segunda generación. Figura 66. Esquema representativo del mejoramiento interpoblacional por selección recurrente recíproca con evaluación de familias de medios hermanos y recombinación de familias S1 en las poblaciones A y B. Fuente Ceballos (2000) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades En la segunda generación se evalúan las 200 familias de MH formados en A y B (plantas A x B) y (plantas B x A) con dos o tres repeticiones, en tres o cuatro localidades durante el mismo año; en la cosecha se selecciónale 10% de las mejores familias de MH y se recurre a las semillas autofecundadas de los progenitores masculinos (línea S1) de las familias de MH seleccionados, para recombinarlos en la siguiente generación. Para la tercera generación se realizan cruzas (dialélico) en forma separada entre las 10 líneas S1 seleccionadas de la población A y las 10 líneas S1 de B para recombinarlas, al momento de la cosecha se forma un conglomerado base de las 45 cruzas directas obtenidas en cada población para integrar las poblaciones C1 de A y B respectivamente e iniciar el siguiente ciclo de selección. Este procedimiento se lleva a cabo en tres generaciones por ciclo. Ya en la cuarta generación, se siembran por separado los compuestos balanceados provenientes de los dialélicos de las poblaciones A y B, para iniciar el segundo ciclo de selección. 39.2. Selección recurrente completos recíproca de familias de hermanos Esta metodología es similar a la selección recurrente reciproca de medios hermanos. Se emplea para mejorar dos poblaciones y a la vez derivar nuevas líneas de estas poblaciones bajo selección. Se cruzan pares de plantas entre las dos poblaciones A y B de amplia base genética y no relacionados genéticamente y con potencial prolífico en cuanto al número de inflorescencia. A la vez se autofecundan los progenitores masculinos de cada cruza (directa o reciproca), así en esta generación se forman simultáneamente los HC y las líneas S 1 en las dos poblaciones (ver figura #9). Esta metodología es particularmente útil cuando las poblaciones pueden producir dos o más inflorescencias. Las semillas proveniente de las autofecundaciones (líneas S 1) de cada progenitor masculino de las cruzas, se almacena. La semilla de cada cruza (S0 x S0) directa y reciproca se mezcla (HC) para usarlas en pruebas de rendimiento en la siguiente generación. En la segunda generación se evalúa los HC (S 0 x S0) en varias repeticiones y en varias localidades durante el mismo año y en la cosecha se selecciona el 10% de las mejores familias de HC. Obtenidas estas semillas seleccionadas, se recurre a las semillas de las líneas S1 en A y en B progenitores masculinos de las familias de HC seleccionadas para recombinarlas en la siguiente generación. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Ya en la tercera generación se realiza la recombinación mediante dialélicos, en forma separada las líneas seleccionadas de cada población A y B. A la cosecha se forma un compuesto balanceado de las cruzas obtenidas en cada dialélico para obtener poblaciones C1 de A y B, respectivamente para el siguiente ciclo de selección. Figura 67. Esquema de selección recurrente recíproca con evaluación de familias de hermanos completos 39.3. Modificación de la selección recurrente recíproca de medios hermanos usando bloques aislados Este es el método de selección recurrente reciproca modificado por Paterniani (1967), en el que las familias de medios hermanos se producen despanojando el progenitor de la misma, quien actúa como hembra. Se puede comenzar con cualquier tipo de familia (en el método original se propone 'mazorcas de polinización abierta', es decir, familias de medios hermanos) haciendo siembras de mazorca por surco en dos bloques aislados de recombinación. En el primero se siembran familias de la población A en surcos hembra y un consolidado de la población B en los surcos macho. En el otro lote se hace lo inverso, surcos hembra UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades con la población B y surcos macho con la A. De esta manera se producen los dos grupos de familias de MH que son evaluados en ensayos de rendimiento. Una vez identificadas las mejores familias de MH se obtiene semilla remanente de los progenitores que le dieron origen, la que es sembrada para la etapa de recombinación. En este caso, por lo tanto, se tendrían familias MH tanto en la etapa de evaluación como en la de recombinación, pero debe quedar claro que no se trata de las mismas familias de MH (unidad de evaluación ≠ unidad de recombinación). 39.4. Modificación de la selección recurrente recíproca de medios hermanos usando plantas prolíficas. Esta segunda modificación propuesta por Paterniani al método original, también usa plantas prolíficas. La población A se siembra en un lote aislado de recombinación (lote-I), actuando como hembra y es polinizada por la población B, sembrada en surcos macho. En otro lote de recombinación (lote-II) se hace lo mismo pero con la población B como hembra y la población A como macho. Al momento de la floración se colecta un masal de polen de la población A (que se puede obtener de los surcos macho del Lote-II), y se poliniza la segunda mazorca de las plantas de la población A usadas como hembra en el Lote I. También se colecta una muestra de polen de la población B (en los surcos macho del Lote-I), para polinizar la segunda mazorca de las plantas de los surcos hembra en el LoteII. De modo que en el Lote-I se obtienen familias de MH (AxB) de la cruza entre las poblaciones A y B (mazorcas polinizadas libremente), y familias de MH (AxA) dentro de la población A (segundas mazorcas que fueron polinizadas manualmente). Lo inverso ocurre en el Lote-II. Las familias de MH de las cruzas (AxB) y (BxA) son evaluadas en ensayos de rendimiento (unidad de evaluación). Posteriormente, la semilla (AxA) y (BxB) de los progenitores de las mejores familias de MH de acuerdo a las evaluaciones es usada para la recombinación. Ceballos (2000). Este método es relativamente simple de implementar y cada ciclo se completa en dos años. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40. Lección 40. Selección por hibridación. Un híbrido es el descendiente de dos padres que difieren en uno o más rasgos heredables. Sus padres pueden pertenecer a clones, variedades de polinización abierta, líneas puras o de especies distintas, por lo tanto la hibridación es la acción de fecundar dos individuos de distinta constitución genética, es decir, cruzar dos variedades o especies diferentes para conseguir reproducir en la descendencia, alguno de los caracteres parentales. Cuando el cruzamiento es factible, los híbridos suelen mostrar mayor vigor que los parentales, es decir que la hibridación se utiliza para aprovechar la heterosis mejor que cualquiera de los métodos de mejora utilizados hasta ahora, lo que da lugar a un mayor rendimiento. Este fenómeno ha sido aprovechado en la producción a gran escala de determinados cultivos de cereales de gran importancia económica, tales como el maíz, aunque también es apreciable la contribución que las semillas híbridas han supuesto en numerosas variedades de hortalizas y plantas ornamentales. De la combinación de los caracteres genéticos parentales se derivan también otros rasgos indeseados, es por ello que tras la hibridación suele ser necesario realizar un proceso de selección artificial durante varias generaciones, eliminando así aquellas plantas que sostengan rasgos desfavorables, para que predominen sólo los deseados. Cuando se logra obtener híbridos cuyos caracteres deseados ya están suficientemente desarrollados, se suelen reproducir por métodos asexuales, de esta forma se consigue sostener los rasgos idénticos entre individuos. Con métodos sexuales se interferirían los rasgos y probablemente se perderían a las pocas generaciones. La hibridación aumenta la variabilidad genética de determinados caracteres que son deseados y que el fitomejorador ha juntado a través de la selección y cruza de los mejores progenitores que presentan las recombinaciones deseadas y en las cuales continuara con la selección hasta lograr lo deseado. Para lograr la hibridación es muy importante identificar los progenitores masculinos y femeninos o si son hermafroditas la morfología de la flor, para poder orientar los cruzamientos, bien sea evitando la llegada de polen extraño a cada planta mediante aislamiento espacial o protegiendo los órganos florales con bolsas de papel o tela espesa o densa; para lo cual se debe: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Hacer un cuidadoso estudio de la estructura floral. Determinar cuáles son las flores que producen semillas de mayor tamaño. Determinar el momento normal y las características de la dehiscencia de las anteras, así como el espacio de tiempo que el estigma permanece receptivo y el polen funcional. Tener cuidado en los procesos de emasculación y polinización para no dañar los órganos florales, utilizando los instrumentos necesarios. No eliminar los verticilos florales, pétalos, glumas, etc. a menos que sea indispensable. 40.1. Híbridos entre líneas consanguíneas La utilización de la heterosis a escala comercial se hace patente en las variedades híbridas o sencillamente híbridos. Variedades híbridas son aquellas en las que las poblaciones F1, se usan para producir semilla comercial. El trabajo pionero sobre híbridos comerciales se hizo en maíz y su repercusión en la agricultura y economía mundiales fue muy grande. Se pueden distinguir distintos tipos de híbridos: simples, dobles y triples. 40.1.1Híbridos simples Un híbrido simple es el que se obtiene cruzando dos líneas puras, para tener éxito con los híbridos es necesario: Elegir cuidadosamente las líneas consanguíneas, de manera que tengan buena aptitud combinatoria entre ellas, es decir, que la combinación híbrida presente superioridad. Figura 68. Esquema del diseño para la siembra de un hibrido simple UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40.1.2 Híbridos dobles Un híbrido doble se obtiene del cruzamiento entre 2 híbridos simples. Por tanto en su composición intervienen cuatro líneas puras diferentes. La semilla del híbrido doble es más barata que la del híbrido simple, ya que se obtiene sobre las plantas de híbridos simples con alto rendimiento y muy vigorosas. Presentan mayor plasticidad ó adaptación a variaciones ambientales anuales. Su variabilidad al ser un cruzamiento entre dos F 1, puede ser un inconveniente. Si se hace una selección adecuada de las líneas parentales es posible obtener híbridos dobles que sean casi iguales a los simples en rendimiento. Los híbridos dobles son más variables que los simples pero presentan una mayor adaptación. Figura 69. Esquema del diseño de siembra de un híbrido doble. 40.1.3 Híbridos triples Un híbrido tres vías, es el resultado del cruzamiento de un híbrido simple, como parental femenino y una línea consanguínea como macho. Tiene la ventaja del menor costo de la semilla. Sus características son intermedias entre híbridos simples y dobles. Como el híbrido doble, tiene mayor plasticidad que el híbrido simple y menor variabilidad que el doble. Se siembran menos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 40.2. Utilización de la androesterilidad para la producción de semilla híbrida Se utiliza el término general de androesterilidad, para referirse a todo fenómeno en el cual el gameto masculino no es funcional. Las causas genéticas que determinan la androesterilidad pueden estar controladas por genes nucleares (androesterilidad génica), por genes citoplásmicos (androesterilidad citoplásmica) o por la interacción de ambos (androesterilidad génicocitoplásmica o núcleo-citoplásmica). La androesterilidad se utiliza en mejora de plantas para la producción de cruzamientos controlados sin la necesidad de emascular (castrar o extirpar las anteras) del genitor que actúa como hembra. 40.2.1. Androesterilidad genética. Generalmente la regulación genética de la androesterilidad génica suele ser muy sencilla. En muchos casos es monogénica recesiva. Se suele representar por ms ("male sterile") y un subíndice cuando hay varios loci. Pero también puede estar controlada por genes dominantes o por la interacción de dominantes y recesivos. Supongamos que la androesterilidad está determinada por un gen ms recesivo. Los genotipos y fenotipos posibles serán: MsMs fértil Msms fértil msms androestéril El proceso a seguir para obtener semilla híbrida sería: Primera generación, cruzar un línea androestéril msms con una línea fértil MsMs, de este cruce, se obtiene una descendencia heterocigoto fértil Msms, la cual se autofecunda. Para la siguiente generación parte de la semilla obtenida se reserva y la otra parte se siembra, obteniéndose la siguiente proporción fenotípica 1/4MsMs, homocigota fértil, ½ Msms, heterocigoto fértil y 1/4 msms homocigota estéril. Toda esta semilla obtenida se siembra en líneas alternas de MsMs con la que se había reservado del tipo Msms, como se indica en la figura 70: y de aquí se obtiene plantas Msms y msms. Antes de la antesis se eliminan de los surcos Msms o genotipos fértiles, quedando sólo los individuos msms. Estos al ser polinizados con B (Msms) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades producirán ½ Msms, y ½ msms. Esta mezcla genotípica de semilla puede ser ya multiplicada indefinidamente, bastando para ello recoger exclusivamente la semilla producida sobre las plantas msms, que habrán sido marcadas convenientemente. (ver documento anexo Selección Recurrente utilizando Androesterilidad Genética CIAT, CIRAD). MsMs x msms Msms 100% fértil Msms x msms ½ Msms + ½ msms La forma heterocigótica Msms se guarda. 40.2.2 Androesterilidad citoplasmática. La androesterilidad citoplásmica ha sido observada en más de 150 especies vegetales. Este fenómeno y su restauración a través de genes nucleares son dos componentes esenciales en la producción comercial de la mayoría de los cultivos híbridos. La característica esencial de la androesterilidad determinada por factores citoplásmicos es que se transmite de forma continua de generación en generación, siempre que se disponga de un individuo que actúe como polinizador. Como el citoplasma de la descendencia es casi exclusivamente materno (cabría considerar la posibilidad de que el gameto masculino aportara algo de citoplasma en el momento de la fecundación), la descendencia de las planta androestéril será siempre androestéril. La androesterilidad citoplasmática fue descubierta en el caso del maíz por Rhoades en 1931. Este tipo de esterilidad evita que las espigas produzcan polen funcional. Se transmite a través del citoplasma de las células germinales y no a través de los cromosomas, como en la mayoría de los caracteres. La androesterilidad citoplasmática no sucede normalmente en las líneas normales, por lo tanto el citoplasma estéril debe introducirse cruzando regresivamente la progenie comercial de tres a cuatro veces y solo se seleccionan las plantas estériles con las características de la variedad comercial escogida en cada generación. Las sublíneas deben probarse en cruzas simples, para eliminarles los genes restauradores del polen. La variedad seleccionada por androesterilidad se mantiene y se incrementa para ser usada en la población de semilla, cruzándola con el progenitor comercial original normal y utilizando la variedad masculina como UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades progenitor femenino. (Ver esquema de proceso de de una línea mejorada con androesterilidad citoplasmática). Figura 70 .Representación esquemática del proceso de produccion de una línea mejorada (L203) con androesterilidad 40.2.3 Androesterilidad genética-citoplasmática . La diferencia entre este tipo de androesterilidad y la citoplasmática estriba en que la descendencia obtenida por el cruzamiento de una planta androestéril, como hembra naturalmente y una fértil no tiene que ser necesariamente androestéril, sino que depende del genotipo de la planta que actúa como padre. Algunos autores emplean el término "citoplásmica" como abreviado del "genéticocitoplásmatica", aunque no resulta del todo correcto. La androesterilidad genética-citoplasmática ocurre por una doble mutación UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Tipos de androesterilidad genética-citoplasmática que se pueden generar Citoplasma N N N S S S Núcleo MsMs Msms msms MsMs Msms msms Condición Fértil Fértil Estéril Fértil Fértil Estéril La androesterilidad en cebolla es de origen citoplasmático y genético. Se han detectado dos sistemas de androesterilidad genético-citoplasmática en cebolla, la llamada S y la T. Este tipo de esterilidad se debería a la incompatibilidad entre el genoma mitocondrial y el nuclear. La androesterilidad S se halló por primera vez en el cultivar Italian Red y está condicionada por la interacción del citoplasma con un gen nuclear. Por ello para producir semillas híbridas se necesitan tres líneas; la línea androestéril o línea A, la línea mantenedora o línea B, empleada para la perpetuación de la línea androestéril; y una tercera línea no relacionada con las anteriores o línea C que tenga buena aptitud combinatoria con la línea A y sea fértil. El cruzamiento de A x C origina las semillas híbridas o FI, mientras que el cruzamiento de A x B sirve para mantener la línea A. Las líneas C y B al ser fértiles se mantienen por sí mismas. Las líneas padres del híbrido se mantienen por el método bulbo-semilla, sin embargo para el cruzamiento A x C se puede utilizar el método semilla-semilla en uno o ambos padres. La eficiencia del cruzamiento de las líneas A y C es de fundamental importancia en el éxito de la producción de semillas híbridas. Para ello, entre los distintos cuidados que se deben tener en cuenta, se destacan el uso correcto de los polinizadores, la sincronización de la floración y el empleo de relaciones adecuadas entre las líneas androestériles y androfértiles. Formación comercial de híbridos de cebolla de bulbo. Línea A macho estéril Smsms Línea B Mantenedora Nmsms Linea C Línea R Restauradora NMsMs Línea comercial LA x LC fértil UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 71. Esquematización proceso de produccion de un hibrido de cebolla utilizando androesterilidad genética-citoplasmática UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico 41. – UNAD Humanidades Lección 41. Selección en variedades sintéticas Se denomina variedad sintética a la generación avanzada que procede de semilla obtenida por polinización libre entre varios genotipos de una especie vegetal y en la que sus progenitores han sido seleccionados por su aptitud combinatoria general. Estos genotipos pueden ser líneas consanguíneas, clones ó poblaciones seleccionadas por diferentes procesos de mejora, (híbridos) etc. En muchos casos, esta variedad sintética acumulará genes para distintos caracteres favorables, tales como productividad, precocidad, resistencia a una enfermedad o una plaga, calidad, etc. La variedad sintética puede ser entonces utilizada para su multiplicación y entrega a los agricultores o bien, como almacén de reserva de genes en Centros de Mejoramiento. Generalmente, se usa o se intenta usar comercialmente. Las variedades sintéticas se pueden obtener, por ejemplo, a partir del cruzamiento intervarietal entre plantas alógamas, sobre todo si ambas variedades se han mejorado en su aptitud combinatoria, por selección recurrente recíproca. Las líneas consanguíneas son buenos candidatos para la obtención de una variedad sintética porque no son difíciles de mantener. Sólo los genotipos que se combinan bien entre si en todas las combinaciones entran en la variedad sintética. Este ensayo previo del comportamiento de los híbridos distingue una variedad sintética de una variedad obtenida por simple selección masal . Se ha visto que los híbridos simples, los triples y los dobles pueden servir como variedad sintética aunque el costo de producción de semilla de esta última es mucho menor que el de una variedad híbrida, ya que la variedad sintética puede usarse en un gran número de generaciones. Esto sugiere que la variedad sintética puede sustituir a los híbridos en aquellas situaciones en las que la producción de semilla híbrida no es de fiar o los costes son muy altos. La productividad de una variedad sintética depende del número de genotipos que entran en su formación, del rendimiento medio de cada uno de ellos en cruzamiento con los demás, de su aptitud combinatoria, y del sistema de reproducción de la planta, es decir, de su proporción relativa de auto y alogamia. Para calcular el rendimiento esperado en F2 de una sintética formada por un número cualquiera de líneas consanguíneas, Wright en 1922 desarrolló una fórmula, la cual dice que: la producción de la descendencia de los híbridos de n líneas consanguíneas vendrá disminuida sobre el valor medio de los híbridos en una n-sima parte de la diferencia de producción entre el valor medio de los híbridos y el valor medio de las líneas consanguíneas. Es decir: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades F2 = F1 – (F1– P) / n en donde F2= rendimiento esperado en la F 2 F1= rendimiento promedio de todos los híbridos F 1 en todas las combinaciones de las líneas consanguíneas P = rendimiento promedio de las líneas consanguíneas n = número de líneas consanguíneas Admitiendo que una vez establecida una variedad sintética se comporta como una población panmíctica, entonces no habrá pérdida de vigor en las sucesivas generaciones, ya que no cambian las frecuencias génicas ni genotípicas. Es decir, el vigor de la F2se mantiene en la F3, F4, etc. (No es del todo correcto llamar a estas generaciones F2, F3, F4). Por consiguiente, la productividad de una variedad sintética depende del número de líneas que la componen, la producción media de las líneas y la producción media de las n (n - 1)/2 -híbridos posibles. 41.1. Prueba de policruzamiento o poly-cross Cuando se parte de una colección de líneas homocigóticas, de clones o de descendencias obtenidas por autofecundación en una población, se puede elegir los genotipos que van a formar la variedad sintética mediante la técnica del policruzamiento. En la obtención de una variedad sintética, en cuanto se disponga de gran número de genotipos, es materialmente imposible la realización de los cruzamientos por parejas de todos ellos. La técnica del policruzamiento o polycross permite estimar, en una colección de genotipos, la aptitud combinatoria media de cada uno de ellos con el conjunto de todas los demás. Esta prueba requiere que el material se cultive todo junto bajo condiciones de polinización abierta. El material de partida suele ser: Una colección de líneas homocigóticas, puras ó consanguíneas. Una colección de clones. Una colección de descendencias procedentes de la autofecundación de cierto número de plantas de una población. 41.1.1 Variedades sintéticas de líneas homocigóticas. Para ejemplarizar la producción de variedades sintéticas de líneas homocigotos, nos puede servir el centeno. Supongamos que disponemos de 50 líneas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Situaremos el campo de policruzamiento aislado y en él se siembran fajas paralelas de cinco o más surcos de cada línea pura. Luego se siembra otra faja de líneas paralelas semejante con las líneas de cinco o más surcos distribuidas al azar y así sucesivamente hasta un total, por ejemplo, de veinte fajas. Es preciso reservar semilla de todas las líneas que entran en el policruzamiento. Llegado el momento de la cosecha, se recoge junta la semilla obtenida de todas las repeticiones de cada línea, semilla que procederá del cruzamiento de la línea correspondiente con todas las sembradas. Esta semilla sirve para realizar al año siguiente ensayos comparativos de producción y averiguar cuáles son las líneas de mejor aptitud combinatoria con las restantes. La semilla de reserva de las que resulten en este ensayo, las mejores combinaciones, se mezclan en partes iguales y se multiplica en polinización libre para producir la nueva variedad sintética. 41.1.2 Variedades sintéticas obtenidas de clones. Si se parte de una colección de clones y se dispone, por ejemplo de unas cien plantas de cada clon, éstas se plantan en puntos diferentes de la parcela de policruzamiento, poniendo, por ejemplo, cinco plantas en cada punto. A partir de aquí el procedimiento es como si se tratara de líneas. Por este método se han obtenido excelentes resultados en plantas del género Festuca, ray-gras, tréboles, alfalfa y también col de Bruselas. Partiendo de líneas o clones, la variedad sintética se puede reproducir indefinidamente con la misma composición genética si se mantienen las líneas o clones y todos los años se procede a la plantación de nuevas parcelas de fundación. 41.1.3 Variedades sintéticas obtenidas de autofecundaciones. Como ejemplo de combinación de descendencias de autofecundación nos sirve el maíz, en que supondremos que partimos de una población heterogénea. El primer año se autofecundan un número elevado de plantas, doscientas o más. Seguidamente en la parcela de policruzamiento se plantan cincuenta repeticiones de tres plantas cada una, con semilla de las plantas autofecundadas del año UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades anterior. La siembra, como en los casos anteriores, se realiza sorteando la posición de las repeticiones. La semilla obtenida al mezclar la de todas las mazorcas procedentes de la autofecundada originaria, procede prácticamente del cruzamiento de cada descendencia con todas las demás. Cada mezcla de grano entra en los ensayos comparativos del año siguiente, cuyos resultados dan la información necesaria para separar, por ejemplo, las veinte mejores descendencias de las que se mezcla semilla en partes iguales, mezcla que, una vez multiplicada, constituye la nueva variedad sintética. Figura 72. Esquematización de la producción de una variedad sintética de maíz. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 41.2. Variedades sintéticas de cultivos forrajeros El interés por mejorar plantas forrajeras surgió después de conocerse bien las técnicas de mejora de plantas autógamas y alógamas, inicialmente se aplicaron técnicas de selección masal, posteriormente con la mejora continuada de estas plantas y los avances logrados en maíz, se aplican métodos más refinados. Se puede obtener una variedad sintética de una especie forrajera a través de la combinación de plantas individuales. En primer lugar se selecciona un gran número de plantas con características sobresalientes, las cuales se cruzan entre ellas y su progenie se somete a una serie de pruebas para determinar su actitud combinatoria, estos ensayos son los siguientes: Ensayo de descendencia de variedades de polinización abierta; el cual se realiza con la descendencia derivada de semilla producida en plantas seleccionadas por cruzamiento con otras plantas presentes en las parcelas de ensayo. Ensayo de retro cruza; la semilla con que se realiza el ensayo ha sido obtenida de individuos seleccionados (clones) que han sido sembrados alternadamente con una sola variedad probadora. Ensayo de policruzamiento; la semilla es obtenida a cruzamientos con líneas seleccionadas cultivadas en la misma parcela de ensayo, en la cual todos los clones tienen la misma probabilidad de ser polinizados por los demás este procedimiento se repite varias veces en parcelas aisladas. Ensayo de híbrido simple; en este método cada clon seleccionado se cruza con un cierto número de otros clones, cultivando cada clon que se van a cruzar juntos y aislados Los tres primeros tipos de ensayo miden la aptitud combinatoria general y el ensayo del híbrido simple mide la aptitud combinatoria específica de cada par de clones. Sobre la base del comportamiento de las progenies se efectúa la selección final de plantas que formaran la variedad sintética, la semilla de las plantas seleccionadas se mezcla para producir el sintético, el cual se multiplica después, a través de un número limitado de generaciones de polinización libre. Las plantas originales que forman el sintético se mantienen como clones, de tal manera que se puede construir la variedad a determinados intervalos. (Figura 73). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 41.3. Diferencias entre variedades sintéticas e híbridos. Las principales diferencias entre las variedades sintéticas y los híbridos se pueden resumir de la siguiente manera. Las variedades sintéticas presentan mayor variabilidad que los híbridos Su rango de adaptabilidad es mayor a la de los híbridos La semilla obtenida de estas se puede utilizar por varios años sucesivas, mientras que la de los híbridos se usa solo en una siembra. Su rendimiento es bueno a regular, siendo el rendimiento de los híbridos superior. Está formada por cruzamientos de líneas u otros materiales; el híbrido se forma de líneas altamente endogámicas. La semilla puede ser producida por el mismo agricultor, contrario a la semilla de los híbridos que la producen las compañías semilleras y resultan más caras. Figura 73. Esquematización del procedimiento simplificado para la producción de una variedad sintética de especies forrajeras UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades CAPITULO 9. Métodos de fitomejoramiento no convencional INTRODUCCIÓN. La mejora genética clásica tiene grandes limitaciones en muchas especies vegetales para las que por diversos factores no es posible el desarrollo embrionario o presentan esterilidad parcial o total. Estas especies en su gran mayoría son poliembriónicas, sus ciclos reproductivos y juveniles son muy largos lo que requiere muchos años para iniciar programas de evaluación y selección. Adicional a esto, está el desconocimiento de los mecanismos genéticos que controlan los principales caracteres agronómicos y la forma de heredabilidad de los mismos. Esta es la causa de que en especies vegetales de reproducción asexual los programas de mejora sean muy escasos en el mundo, limitándose a algunas especies de alto valor comercial. El procedimiento de mejora que mayores resultados ha proporcionado es la selección clonal en campo, aprovechando las mutaciones espontáneas, no obstante, este procedimiento tiene el inconveniente de que las mutaciones se producen al azar y en consecuencia no pueden dirigirse. Los desarrollos espectaculares de diversas técnicas de biotecnología que se han producido en los últimos años están permitiendo resolver una parte importante de los problemas de mejora clásica y abordar nuevos objetivos de fitomejoramiento impensables hasta ahora, como es el cruzamientos entre parentales, tetraploides y diploides; la recuperación de triploides espontáneos y obtención de híbridos somáticos entre patrones conocidos entre otros. El uso de modernas biotecnologías ha desvirtuado las barreras entre la célula animal y la vegetal, creando organismos genéticamente modificados OGM que escandalizan a los religiosos y ponen en aprietos principios éticos y ecológicos, pero que a la vez, abren nuevas esperanzas a la agricultura, al bienestar socioeconómico de las comunidades, al medio ambiente y a los sistemas de producción imperantes. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico 42. Leccion 42. asexual – UNAD Humanidades Mejoramiento de especies de reproducción La reproducción asexual conduce a la perpetuación del mismo genotipo con gran ventaja en la mejora de plantas puesto que puede producirse un número infinitamente grande de individuos genéticamente idénticos independiente del grado de heterocigosis del genotipo, por lo tanto el fitomejorador puede aprovechar los individuos sobresalientes en cualquier momento del programa de mejoramiento, por lo que se puede decir que el proceso de mejoramiento de estas plantas puede resultar más sencillo que en otras especies. Cuando las plantas se reproducen en forma sexual, el número de cromosomas de sus células reproductivas o gametos se reduce a la mitad (se designan, entonces, células n). La unión de dos gametos en la fecundación determina que la célula resultante contenga un juego de cromosomas proveniente del padre y otro de la madre, lo que restituye el número original (2n) de juegos de cromosomas. Por lo tanto, en el ciclo de vida de una planta se alternan las fases n y 2n Las plantas que normalmente se reproducen de manera asexual presentan problemas de diferentes niveles que impiden que pueda reproducirse efectivamente de manera sexual; un factor es la alta esterilidad del polen, granos de polen aberrantes, incompatibilidad, presencia de ploidias, problemas en la viabilidad y germinación de la semilla, etc. Para superar estos problemas reproductivos de las especies y poder aprovechar los caracteres favorables que se presentan en las poblaciones de reproducción asexual, se han desarrollado métodos como la selección clonal, la hibridación y selección clonal y la mejora en especies apomíticas que a continuación se describen. 42.1. La selección clonal. Este tipo de selección se inicia con un estudio intensivo de muchos ejemplares de la especie, de características muy diferentes para, posteriormente, seleccionar entre ellos sólo unos cuantos que destaquen por sus caracteres favorables agronómicamente o por algún interés en especial, de tal manera que se pueda tener identificada toda la variabilidad genética existente en una misma variedad. Sólo después de haber realizado este tipo de investigación se puede disponer de una información exacta sobre la variabilidad genética y se está en disposición de elegir las mejores plantas, cuyos caracteres conviene conservar. Las evaluaciones UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades de las mejores plantas seleccionadas se realizan por largos años, (mas de tres) y se analizan parámetros fenológicos como la germinación, la floración, la maduración, etc. Además, se analiza la calidad y la producción. Todas las medidas realizadas se introducen en una base de datos. Un programa informático se encarga de identificar los ejemplares que destacan por sus características. De acuerdo con los datos se establecen las cabezas de clon (las plantas seleccionadas por poseer alguna característica interesante), para que el agricultor pueda implantar con garantías unas plantas que rendirán de acuerdo al producto que quiera obtener. Luego, durante más de tres años se realiza una nueva selección de los mejores clones reduciendo el número. Posteriormente se injertan entre doce y veinte plantas con estas cepas, convirtiéndose en copias genéticas del clon seleccionado. Estas plantas, los clones, se evaluaran posteriormente en una finca experimental sometidas a un ambiente uniforme. Esta fase permitirá la valoración definitiva de las cabezas de clon. Al ser uniformes las condiciones ambientales, la caracterización genética es más exacta. En condiciones normales, esta fase suele concluir con la eliminación de algunos de los clones deficitarios y se mantienen aquellos que realmente destacan por sus propiedades. Inmediatamente después de este proceso se realiza la multiplicación de los clones, seleccionados, libres de virus, los cuales son sembrados en los cultivos comerciales y/o a los viveros, quienes serán los que suministren los clones a los agricultores. Las consecuencias de una selección clonal son diversas como las que se mencionan en seguida: Se consigue poner a salvo la variabilidad genética dentro de cada variedad. Pensemos que la reproducción tradicional asexual, por yemas, estacas, acodos etc. puede haber reducido la variabilidad en muchos casos y por consiguiente, se ha perdido toda la variabilidad. Se puede poner a disposición del productor una gama de variantes de la variedad, con características muy definidas que le permitirán seleccionar aquellas sobre criterios bien establecidos y en función de los gustos del consumidor. Se certifica la garantía sanitaria, aspecto de gran importancia que debe cumplirse en toda selección clonal, en especial para la presencia de virus, con lo cual se puede garantizar la reducción de las pérdidas en los parámetros de calidad y de producción aumentando considerablemente la vida media de las plantas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 74. Esquematización de un programa de selección clonal en papa Solanum sp Fuente: http://www.cipotato.org/training/materials/Tuberculos-Semilla/semilla5-2.pdf A manera de resumen, la metodología que se lleva a cabo en la selección clonal en es: Preselección (prospección) clonal: - identidad varietal - características agronómicas - cualificación sanitaria Selección sanitaria: - diagnóstico frente a las virosis: UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Selección clonal (en sentido estricto): - evaluación agronómica. La selección de la variedad sana y que corresponda a las características deseadas es el primer paso del proceso de selección clonal, esta selección es llevada a cabo por varios años, lo que convierte a estas plantas en el mejor campo plantado con la mejor semilla disponible. Seguido, cada planta seleccionada es evaluada para descartar la presencia de enfermedades. Sólo aquéllas que resulten negativas continúan en el sistema clonal. Es muy importante también que las plantas seleccionadas correspondan a la variedad y sean plantas vigorosas y bien formadas. A la cosecha se continúa la selección y sólo se seleccionan las plantas de buen rendimiento. La multiplicación de cada clon se mantiene año tras año por varias generaciones. Los clones seleccionados de una planta seleccionada se siembran juntos al año siguiente y se va sembrando descendencia de manera exponencial en los años siguientes al lavez que se eliminan todas las plantas que no reúnan las características deseables y las plantas enfermas, aun cuando solo sea una en toda la población. Después del sexto año o ciclo de multiplicación se detiene la multiplicación de cada clon identificado y más bien se hacen multiplicaciones en conjunto. En cada multiplicación, al igual que en todas las multiplicaciones de clones previas, se deberán tomar todas las precauciones necesarias para la producción de semilla y también seguir las normas para la producción de semillas certificadas. 42.2. Hibridación y selección clonal La hibridación se realiza para crear nuevos genotipos, pero está condicionada por el heterocigótico que causa una variabilidad fuerte de los caracteres en la progenie, de donde es necesario seleccionar los mejores. Para entender el proceso de hibridación y selección clonal citaremos el ejemplo del proceso de mejoramiento de la papa solanum tuberosum, especie de reproducción asexual, tomado de la Revista Latinoamericana de la Papa . 1988. 1(1):35-43 La papa común tiene cuatro juegos de doce cromosomas cada uno (48 cromosomas en total) en sus células somáticas, y dos juegos (24 cromosomas en total) en sus gametos. En la mayoría de las papas silvestres la situación es distinta: la célula somática tiene dos juegos de cromosomas (24 cromosomas) y los gametos uno (siempre de doce cromosomas). La alternancia corriente de fases UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades n y 2n puede modificarse espontáneamente o por acción de factores externos. Para entender esto es conveniente definir como haploide a la planta que, por haberse originado a partir de una célula reproductiva que no ha sido fecundada, tiene el mismo número de cromosomas que un gameto, es decir n en lugar de 2n. Se pueden obtener haploides de la papa común. El desarrollo de un nuevo individuo a partir de gametos femeninos o masculinos, sin intervención de la fecundación, se denomina partenogénesis (de -parthénos-, virgen); según el sexo de la célula reproductiva que se desarrolle, esta puede ser femenina (ginogénesis) o masculina (androgénesis). La capacidad de producir haploides se ha aprovechado para facilitar la incorporación a la papa común de ciertas características deseables de las especies silvestres, pero evitar las dificultades que habitualmente se presentan cuando se pretende obtener híbridos de progenitores con distinto número de cromosomas. Hace alrededor de cuarenta años, un grupo de investigadores de la universidad de Wisconsin, liderados por Stanley J. Peloquin, diseñó un proceso muy eficiente para obtener gran cantidad de haploides de papa con adecuada diversidad para las necesidades del mejoramiento genético. Utiliza como madres plantas de papa común con tallos verdes y como padres, una especie cultivada en los Andes (Solanum tuberosum subespecie phureja) que posee tallos púrpura. En ambas, el color del tallo está controlado por un gen que adopta dos formas (o alelos): la p, que controla la formación de tallos verdes, y la P, que controla la formación de los púrpuras. Como P es dominante, basta que una planta tenga uno de tales genes por célula para que su tallo sea púrpura, pero sólo se tendrán tallos verdes cuando todos los alelos de la planta que controlan esa propiedad sean de la forma p. Los cruzamientos directos entre papa común (tetraploide) y la citada especie andina (diploide) no dan progenie debido a que, en las semillas que se forman, se produce un desequilibrio en el endosperma. Por eso, se espera que, de esos cruces, sólo resulten plantas con tallo verde, originadas por ginogénesis, la única forma de que todos sus genes sean p. La partenogénesis ocurre porque los dos gametos masculinos fecundan la célula central en lugar de fecundar esa célula y el gameto femenino, lo que originaría un endosperma equilibrado que estimularía el desarrollo del gameto aunque este no hubiese sido fecundado. Las plantas con tallo púrpura que ocasionalmente aparecen entre la descendencia son el resultado de hibridaciones excepcionales. Como el color del tallo se manifiesta en plántulas de pocos días, es muy fácil realizar la selección en los almácígos (Figura 75. a). Las plantas haploides son generalmente más débiles que las que le dieron origen y su polen es estéril. Sin embargo, pueden cruzarse directamente con especies silvestres si se utilizan como madres, lo cual permite incorporar germoplasma silvestre potencialmente útil para el mejoramiento genético, pues los híbridos resultantes, además de poseer las características deseables de las especies UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades silvestres, son generalmente muy fértiles y pueden usarse en etapas ulteriores del mejoramiento. Los híbridos obtenidos por cruzamiento de las especies silvestres y los haploides tienen dos juegos de cromosomas (son diploides). El máximo potencial para la producción de tubérculos se logra con plantas tetraploides (con cuatro juegos de cromosomas). Por lo tanto, luego de haberse obtenido las características deseadas en plantas con células diploides, hay que volverlas tetraploides. Desde el punto de vista genético, uno de los caminos más ventajosos para hacerlo es emplear gametos con el mismo número de cromosomas que la planta que les dio origen (gametos 2n), en lugar de la situación habitual, en la que el número de cromosomas está reducido a la mitad. Tal tipo especial de gametos puede generarse mediante procedimientos controlados genéticamente. Pero así se afecta nuevamente la alternancia de generaciones n y 2n. El esquema de mejoramiento genético que se ha descrito se denomina analíticosintético, debido a que transcurre en dos etapas: en la primera (analítica) se busca mejorar juegos de cromosomas y, en la segunda (sintética), se ensamblan los juegos de cromosomas mejorados para producir plantas con vigor hibrido que puedan eventualmente constituir una variedad útil (Figura 75.b ). Figura 75. Esquema de los sistemas de mejoramiento genetico utilizado en Papa UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Los ciclos de selección pueden ser del tipo "semilla-semilla" o "semilla-tubérculosemilla". Los ciclos "semilla-semilla" son más fáciles de llevar a cabo, pero presentan la desventaja de que en ello sólo se controla el progenitor femenino, sobre el que se cosechan bayas de polinización libre. En los ciclos "semillatubérculo-semilla" se realizan cruzamientos controlados entre progenitores seleccionados para obtener la semilla con la que se iniciará el ciclo siguiente. Ello hace que la realización de este tipo de ciclo sea más laboriosa pero, si se dispone de facilidades para realizar los cruzamientos en el mismo año en el que se practica la selección, el progreso que se logra por año es mayor. A partir del cuarto ciclo de selección recurrente se puede comenzar a realizar cruzamientos controlados entre clones destacados de las diferentes poblaciones, para explorar las posibilidades de obtener respuestas heteróticas dentro y entre niveles de ploidía. En síntesis, un plan de mejoramiento genético de la papa implica: El manejo de poblaciones de ploidías distintas (x y 4x), lo cual permitiría comparar eventualmente el progreso genético del mejoramiento de caracteres análogos en condiciones de herencia tetrasómica y herencia disómica. Manipulaciones de ploidía: obtención de haploides (2n=2x=:24) a partir de tetrapoides (2n = 4x = 48) identificación y uso de gametos 2n y producción de tetraploides mediante cruzamientos 4x—2x y 2x—2x. Detección y uso de la heterosis que se produce en la progenie de cruzamientos entre individuos (clones) adaptados a las condiciones del medio local, aunque considerablemente distantes desde el punto de vista genético, por haber sido seleccionados en poblaciones independientes. En los programas convencionales de mejoramiento genético de papa, particularmente en aquellos países que tienen sistemas adecuados de producción de tubérculo-semilla, se utiliza el método de pedigrí, que consiste en la realización de cruzamientos controlados entre progenitores tetroploides seleccionados por rendimiento, resistencia a agentes bióticos y abióticos perjudiciales y otras características agronómicas favorables, seguida de la selección clonal durante varios ciclos. En este proceso de hibridación se tiene en cuenta los siguientes procedimientos: Herencia tetrasómica UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La herencia tetrasómica presenta ventajas y desventajas para el mejoramiento genético sobre la herencia disómica. De acuerdo con la teoría actualmente aceptada de heterosis en papa las interacciones dentro y entre locus son muy importantes para la determinación del rendimiento. Con un número máximo posible de cuatro alelos diferentes por locus, pueden existir 11 interacciones en un locus tetrasómico. En diploides, por otro lado, el número máximo de alelos diferentes por locus es dos y, consecuentemente, sólo es posible una interacción interalélica. 'Por ende, el nivel tetrasómico es de mayor potencialidad productiva que el disómico, ya que puede albergar mayor diversidad genética por locus; ello genera la posibilidad de promover respuestas heteróticas no alcanzables en el nivel de ploidía inferior (22). Datos experimentales obtenidos en papa y en otros tetraploides tetrasómicos naturales (alfalfa) e inducidos (maíz y centeno autotetraploides), sustentan esta teoría. La herencia tetrasómica, sin embargo, es más compleja que la herencia disómica. Por ello, para realizar cualquier estudio genético se requieren progenies numerosas. Por ejemplo, si se considera un locus con dos alelos, A y a, en un diploide son posibles tres genotipos: AA, Aa y aa. En contraste, en un tetraploide son posibles cinco genotipos: AAAA (cuadruplexo), AAAa (triplexo), AAaa (duplexo), Aaaa (simplexo) y aaaa (nuliplexo). En consecuencia, la segregación en diploides puede ocurrir como resultado del apareamiento de un solo genotipo, Aa, mientras que en tetraploides puede ocurrir por el apareamiento de tres genotipos, AAAa, AAaa, Aaaa. Cuando se autofecunda un individuo heterocigota para un locus, la probabilidad de obtener descendientes homocigotas recesivos es de 1/4 en diploides y de 1/36 en tetraploides duplexos. En adición, fenómenos como la dominancia incompleta y la doble reducción pueden aumentar la complejidad de la herencia tetrasómica en comparación con la disómica. Esta complejidad puede ser un verdadero obstáculo cuando se desea recuperar en la descendencia determinados genotipos recombinantes, especialmente para caracteres controlados por poligenes, como rendimiento o resistencia a algunas enfermedades. Las dificultades expuestas, en conjunción con las limitaciones impuestas por la cantidad de material que un fitomejorador puede manejar por el método de pedigrí y la estrecha base genética de la papa cultivada, Solanum tuberosum spptuberosum hacen que los avances en el mejoramiento genético en el nivel tetraploide sean lentos y posiblemente, algunos de ellos vayan acompañados del deterioro en otros. Ello explicaría, en parte, por qué algunas variedades europeas sigan siendo cultivadas, a más de 70 años de haber sido creadas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Haploidización Esta es una técnica propuesta por Hougas y colaboradores, de cruzamientos 4x X 2x, para producir haploides ginogenéticos de papa en grandes números. Recientemente se han afinado técnicas para producir haploides androgenéticos por cultivo in vi tro de anteras. En general, el proceso de haploidización permite al investigador beneficiarse con la herencia disómica, ya que los haploides (2n=2x—24) derivan de clones tetraploides (2n=4x=48) con herencia tetrasómica. La haploidía provee una forma de explorar la variabilidad genética existente en individuos poliploides y permite obtener genotipos gaméticos élite, que pueden usarse en el fitomejoramiento mediante los procedimientos habituales (cruzamientos, retrocruzamientos, selección). Este proceso va acompañado de una marcada pérdida de vigor, fertilidad, los haploides de papa son en su mayoría androestériles y de menor productividad en comparación con el progenitor tetraploide y un incremento en el coeficiente de endocría como resultado de la doble reducción. Muchos caracteres de interés económico, por ejemplo la resistencia a agentes bióticos (Phytophthora, Alternaría. Streptomyces), virus X, virus Y, virus del enrollado de la hoja de papa, nematodos, etc) y abióticos (heladas, calor, sequía) han sido descritos en especies silvestres de papa. La mayoría de las especies silvestres son diploides y no es posible obtener descendencia directamente en cruzamientos con tetraploides debido a problemas en el desarrollo del endospermo a menos que las especies diploides produzcan gametos 2n. Ese problema puede resolverse mediante la duplicación del número cromosómico de las especies diploides con colquicina previamente a la realización del cruzamiento 4x—2x, pero este método presenta la desventaja de producir híbridos con herencia tetrasómica. Sin embargo, es posible ampliar la base genética de la papa cultivada mediante cruzamientos entre haploides seleccionados y otros Solanum diploides silvestres y cultivados. Los híbridos entre haploides de Tuberosum y especies silvestres son, en general vigorosos y fértiles, ya que las especies aportan no sólo diversidad genética sino también fertilidad masculina. Dado que los haploides contribuyen con características agronómicas favorables en el híbrido, es posible recuperar progenies agronómicamente aceptables en pocos ciclos de selección. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Las manipulaciones adicionales que se realizan con posterioridad a la síntesis del híbrido haploide-especie se hacen a expensas de una porción de la heterocigosis inicial del mismo y por ello, no son convenientes. Sin embargo, en muchas situaciones prácticas no es posible profundizar la fase analítica de mejoramiento de genomios antes de la síntesis del híbrido diploide, lo que trae como consecuencia la necesidad de afrontar esa pérdida de heterocigosis. Aparentemente, este es un precio que debe ser pagado ya que, con los métodos corrientes, es casi nulo el progreso que se puede lograr al realizar ciclos de selección por tuberización en poblaciones de especies puras, previamente a la síntesis del híbrido. Poliploidización El producto final del mejoramiento genético debe ser tetraploide ya que ese es, aparentemente, el nivel óptimo de ploidía de la papa cultivada. La restauración del nivel tetraploide puede hacerse en forma asexual, mediante la aplicación de colquicina en tejidos somáticos o por regeneración de plantas a partir de callos derivados de tejido foliar en cultivos in vitro; en forma sexual, mediante cruzamientos en los que funcionan gametos 2n o en forma parasexual, mediante la fusión de protoplastos. Las consecuencias genéticas de cada uno de los procesos de poliploidización son diferentes, ya que el nivel de variabilidad genética manifestado por la progenie es una función de aquél presente en los padres y del modo de poliploidización. Por ejemplo, si se consideran dos individuos heterocigotas para un locus, AiA2 y A3A4, con un coeficiente de endocría (F2x) igual a O, capaces de producir gametos 2n y de hibridarse en forma sexual y parasexual, la duplicación somática de los cromosomas originará tetraploides dialélicos balanceados, A1A1A2A2 y A3A3A4A4 considerablemente endocriados (F4x—1/3). Estos tetraploides mantienen inmodificado el contenido genético de sus contrapartes diploides correspondientes. La poliploidización sexual es el método más eficiente y de fácil aplicación para restaurar el nivel tetraploide. Mediante el uso de mutantes meióticos que afectan a los procesos de microsporogénesis, megasporogénesis, o a ambos, es posible transmitir genotipos seleccionados en el nivel diploide al nivel tetraploide en forma casi intacta. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 42.3. Métodos de mejoramiento en especies apomíticas La apomixis consiste en la formación de semillas que contienen embriones genéticamente idénticos a la planta madre, generados sin que intervengan los procesos de meiosis y fecundación y da como resultado plantas que son clones exactos de la planta madre. Esta característica ocurre en forma natural en más de 400 especies de plantas, incluyendo cítricos, trigo, mijo y algunas variedades de Tripsacum, un pariente silvestre del maíz. En una forma apomíctica de reproducción, se transfieren copias exactas de los cromosomas de la planta progenitora a la progenie, con lo cual cada descendiente es un clon de su antepasado. Esta transferencia directa de cromosomas (y por lo tanto de características) continúa generación tras generación. Las plantas apomícticas facultativas pueden ser mejoradas por metodologías de cruzamiento convencionales. En las apomícticas obligadas la hibridación y el análisis de segregación son impracticables, por lo cual el mejoramiento se realiza por: selección y multiplicación de los mejores genotipos naturales partiendo de una amplia colección de germoplasma. Las progenies de tales plantas exhiben siempre el fenotipo materno o pueden ocasionalmente aparecer variantes que probablemente surjan de mutaciones más que de segregación sexual. Por ello, la disponibilidad de individuos sexuales o con algún grado de sexualidad (apomícticos facultativos) es un requisito fundamental para el mejoramiento de estas especies. Estos individuos presentan un cierto grado de variabilidad como para aumentar las posibilidades de supervivencia de la especie frente a cambios ambientales y aportan asimismo germoplasma útil para el mejoramiento. Uno de los principales requisitos para llevar adelante un programa de mejoramiento de una especie apomíctica es la colección de germoplasma diverso desde las fuentes de origen para ampliar la base genética disponible e identificar introducciones sexuales o altamente sexuales (apomícticas facultativas con alta expresión de sexualidad). La evaluación de especies relacionadas es también una alternativa importante cuando no se dispone de plantas sexuales de la especie de interés. El adecuado conocimiento de la biología, citología y modo de reproducción de los materiales disponibles es un requisito fundamental para cualquier estrategia de mejoramiento. Los estudios realizados para determinar la base genética de la apomixis en varias especies de gramíneas indican que el carácter presenta un tipo de herencia simple, haciendo posible entonces su manipulación en programas de UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades mejoramiento una vez que son detectados individuos sexuales o apomícticos facultativos. En estos casos los genotipos apomícticos obligados con características deseables pueden ser usados como dadores de polen. Debido a que los gametos masculinos son completamente normales (reducidos) y que la mayoría de las especies apomícticas son altamente heterocigotas, los cruzamientos entre individuos sexuales (utilizados como progenitores femeninos) y apomícticos (empleados como dadores de polen) pueden conducir a la generación de progenies F1 variables donde es posible seleccionar. Figura 76. Esquema de un programa de mejoramiento de una especie apomíctica Fuente: http://www.sagpya.mecon.gov.ar/new/0-0/programas/biotecnologia Hay que tener en cuenta que si bien son necesarios individuos sexuales o con adecuada expresión de sexualidad para realizar las cruzas, en el momento de la selección habrá que usar el criterio contrario, es decir, seleccionar por un alto grado de expresión de la apomixis. Esto conducirá a la obtención de variedades estables. El objetivo final de un programa de mejoramiento de una especie apomíctica en el cual ha sido posible obtener recombinación genética es la identificación en la población segregante de los genotipos superiores, con reproducción UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades completamente (o casi completamente) apomíctica que puedan ser transformados en cultivares mediante su multiplicación por semillas. El camino no es sencillo porque en cada generación es necesario distinguir en la progenie, cuáles son los individuos generados por sexualidad y cuales por apomixis. Dentro de los generados por sexualidad, habrá que seleccionar los que al mismo tiempo posean las mejores características agronómicas y presenten un alto grado de expresión de la apomixis. Otro aspecto a tener en cuenta es el nivel de ploidía de los progenitores que serán empleados en los cruzamientos. Los primeros estudios de hibridación indicaron la necesidad de realizar cruzas entre especies sexuales y apomícticas con el mismo nivel de ploidía ya que varios intentos realizados entre diploides sexuales y poliploides (en general tetraploides) apomícticos condujeron a la generación de progenies estériles. Usos potenciales de la apomixis en el mejoramiento de plantas naturalmente sexuales. La ausencia de recombinación durante la megagametogénesis y de fecundación de la ovocélula por un gameto masculino posibilita la generación de embriones que presentan una constitución genética idéntica a la de la planta madre. La apomixis es un carácter utilizable en el mejoramiento de plantas y la producción de alimentos, ya que puede ser percibida como una herramienta ventajosa para la estabilización de genotipos superiores y la fijación combinaciones híbridas. La perspectiva de clonar genotipos superiores híbridos podría representar una ayuda importante para los productores agropecuarios, en especial de aquellos de bajos recursos económicos, permitiéndoles sostener altos rendimientos año tras año usando parte de las semillas cosechadas sin pérdidas en la producción debidas a la segregación. Entre otras ventajas, la expresión de la apomixis reduciría al mínimo el aislamiento físico requerido para preservar líneas genéticas homocigotas. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico 43. Lección 43 Mejoramiento genético mediante mutaciones. – UNAD Humanidades inducción de Las mutaciones son cambios o alteraciones en uno o más caracteres en el material genético de la célula en la duplicación del ADN, circunstancia que ocurre siempre en el proceso de meiosis o mitosis, son espontáneas en uno o en un corto número de individuos, que transmiten éstos a su descendencia. Las mutaciones también puede ser inducidas por compuestos o sustancias químicas, rayos X, radiación ultravioleta, radios gamma, temperaturas elevadas, antibióticos y otros agentes mutagénicos. Los estudios de las mutaciones inducidas iniciaron tempranamente con el uso de rayos X por parte de Muller en 1927, produciendo variantes genéticas en Drosophila, seguidamente Stadler utilizo los mismos rayos X para producir mutaciones en plantas de cebada y maíz, despertando el interés de los fitomejoradores, por inducir mutaciones artificiales en la mejora de las plantas, sin embargo los resultados fueron desconsoladores por lo que esta práctica de utilizar la mutación inducida en el mejoramiento de las plantas fue disminuyendo gradualmente, en especial por que los fitomejoradores se dieron cuenta que muchas de estas mutaciones inducidas eran casi perjudiciales sobre el fenotipo de las plantas y entendieron también que muchas de los caracteres que deseaban mejorar estaban presentes en la variabilidad existente. Aun hoy en día existen muchos problemas por resolver con la mutaciones inducidas, que permitan considérala como una de las principales métodos de fitomejoramiento y mas bien, se tiene como un proceso complementario de los otros métodos de mejora vegetal, sumado a esto tenemos que los cambios producidos por las mutaciones son cientos de veces más los perjudiciales que los favorables y la mayoría de los mutantes son recesivos, por lo tanto para detectar un mutante con las mejoras deseadas, es necesario cultivar poblaciones en segunda generación de manera muy numerosas, y estos cambios no son fáciles de detectar, por lo que quizá las alteraciones que normalmente se obtienen, tienen que ver con aquellas alteraciones fonológicas fácilmente diferenciables, como la altura, tamaño y forma de las flores, tipos tardíos o tempranos, es decir caracteres de alta heredabilidad. Las mutaciones logradas en plantas autógamas se utilizan como variedades, para realizar cruzamientos de un mutante con el parental, o de diferentes mutantes del mismo parental o con de diferentes parentales y cruce de un mutante con una variedad o línea diferente. En plantas alógamas se induce mutaciones para UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades incrementar la variabilidad, mejoramiento de la heterosis e inducción de esterilidad masculina. Se usa mutaciones cromosómicas para transferir caracteres de otras especies y géneros. También se utiliza agentes mutagénicos para problemas específicos de mejoramiento como: Uso de radiación para producir haploides. Uso de radiación para la producción de sexualidad transitoria en apomícticos Uso de radiación para reducir incompatibilidad en cruces alejados. Uso de mutaciones inducidas para estudios específicos de los procesos genéticos, fisiológicos, morfológicos y bioquímicos en las plantas. Objetivos de la inducción de mutaciones. Los principales objetivos que se buscan con el uso de agentes mutagénicos en la mejora genética de plantas puede resumirse en los siguientes puntos. Mejorar una o pocas características de una variedad o línea. Inducir un marcador morfológico (color, aristas, etc) para establecer la identidad de una línea promisoria para su registro como variedad. Inducir esterilidad masculina o restaurar la fertilidad en líneas para la producción de híbridos. Obtener dentro de genotipos bien adaptados mutantes para características de herencia simple útiles para el mejoramiento o para inducir mutaciones posteriormente. Incrementar rendimiento y resistencia a enfermedades y plagas. Conferir mejoras especificas a variedades sin alterar significativamente su comportamiento general, en un corto periodo, lográndose características no encontradas en la variabilidad natural A manera de ejemplo de mejoramiento genético utilizando inducción por mutación, presentamos el caso del proceso para la obtención del arroz en Cuba por Suarez. E. (1998). UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Semillas de la variedad de arroz seleccionada son irradiadas y sembradas en el campo para desarrollar la generación M1 en la cual es cosechada una panícula por planta para conformar la generación M2. Esta es sembrada en semilleros y trasplantada al campo a los 20 – 25 días de germinada. En esta generación se realiza la selección por planta en dependencia de los objetivos de trabajo. En la generación M3, la semilla de cada planta M2 seleccionada es sembrada en surcos de 5 m de longitud y separados 30 cm entre si. A partir de esta generación el programa continúa con las evaluaciones en los diferentes estudios hasta la liberación de una nueva variedad. Variedades empleadas: La selección de la variedad para la irradiación depende del carácter que se pretende mejorar. En todos los casos se debe seleccionar una variedad con un comportamiento general satisfactorio y donde sólo sea necesario mejorar uno o dos caracteres. En el desarrollo del programa han sido empleadas siete variedades cuyas principales características, así como los objetivos perseguidos con la irradiación, aparecen descritas en la tabla 12. Tabla 12. Variedades empleadas en el mejoramiento por inducción de mutaciones. Variedad Tipo Rendimiento potencial Maduración Objetivo J104 Indica Semienana Alto Media Calidad del grano Maduración temprana ECIA 91 (6104) Alto Media Basmati 370 Indica Semienana Indica alta Bajo Media Calidad del grano Maduración temprana Reducción de altura Gloria Caribe 7 Indica alta Indica alta Bajo Alto Incuba 19 Indica Semienana Indica intermedia Indica alta Alto Media Sensible al fotoperiodo Media Reducción de altura Insensibilidad al fotoperiodo Calidad del grano Alto Media Calidad del grano Bajo Media-Larga Reducción de la altura Indica Semienana Alto Media Resistencia a Glifosato LC 88-66 Jorge Valladares InCuba 28 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Fuentes y dosis de irradiación Se usaron dos fuentes de radiación diferentes: Rayos gamma de Co60 y neutrones rápidos de 14 Mev. La radiosensibilidad de las variedades fue determinada midiendo la altura a los 21 días después de la germinación en plántulas procedentes de semillas irradiadas y no irradiadas (control) y se calculó la reducción del crecimiento. Las dosis de irradiación determinadas se encuentran entre 200 - 350 Gy para rayos gamma y de 20 – 30 Gy para neutrones rápidos. Estas dosis se corresponden con una reducción del crecimiento del 10 – 30 %. Variabilidad genética creada En el cultivar J 104 los objetivos de trabajo estaban encaminados a la obtención de mutantes con buena calidad del grano y con maduración más temprana. Los resultados mostraron una mayor variabilidad que la esperada. En la generación M2 se seleccionaron 449 plantas, de ellas 439 presentaban granos estrechos y cristalinos, así como maduración más temprana que la variedad parental, mientras que las 10 restantes poseían tipo de planta compacto. ( Tabla 13). A partir de la generación M3 y hasta M6 fueron seleccionadas 458 líneas mutantes para los estudios observacionales y 41 de ellas han sido estudiadas en los ensayos regionales en diferentes localidades del país Tabla 13. Variabilidad genética creada Variedad parental Cruces simples Cruces múltiples Total J 1004 439 269 708 Gloria 129 65 194 Basmati 370 42 9 51 Total 610 343 953 Variedades obtenidas a través de mutaciones en el cultivar J104 El mejoramiento genético a través de la inducción de mutaciones no sólo persigue la liberación directa de mutantes como variedades comerciales, ya que la selección de progenitores para ser empleados en los Programas de Cruzamiento. Otros de los resultados importantes del programa de mejoramiento mediante la inducción de mutaciones, iniciado en 1989 ha sido la obtención de nuevas UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades variedades para su liberación como variedades comerciales para la producción nacional. Tabla 14. Variedades obtenidas a través de la inducción de mutaciones en el Nombre Incuba 21 Ciclo a maduración Medio Principales características Resistencia a Pyricularia grisea Buena calidad Incuba 22 Medio Alto potencial de rendimiento agrícola Tolerancia a bajas temperaturas Incuba 23 Medio Alto potencial de rendimiento en condiciones de bajos insumos Incuba 27 Medio Buena calidad del grano Tolerancia al síndrome de vaneado del grano Incuba 28 Medio Buena Calidad del grano Tolerancia al síndrome de vaneado del grano Resistencia a Pyricularia grisea Enrique Suárez http://agr.unne.edu.ar/fao/Cuba-pt/5MEJORAMIENTO%20%20MUTACIONES%20Crestelo.pdf UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 44. Lección 44. Selección asistida con marcadores moleculares La selección asistida con marcadores genéticos (SAM) es una esperanzadora tecnología que permite acelerar el desarrollo de nuevas variedades con rasgos determinados sin necesidad de intervenir en el genoma de las variedades actualmente existentes. Esta técnica se basa en identificar una secuencia singular o única del ADN (marcador molecular) cercana a un carácter de interés agronómico (por ejemplo un gen de resistencia). Un vez logrado esto las plantas portadoras de este carácter agronómico son marcadas, y rápidamente seleccionadas en poblaciones segregantes según presenten o no el marcador desarrollando nuevas variedades con los genes deseados Existen tres tipos de marcadores que se pueden emplear en la selección e identificación varietal: los marcadores morfológicos, los bioquímicos, y los moleculares. 44.1 Los Marcadores morfológicos. Son fáciles de ver, corresponde a aquellos atributos físicos del germoplasma como forma de la raíz, del tallo, de la hoja, de las flores, semillas, que describen e identifican la especie y son comunes a todos los individuos de la especie; estos caracteres son altamente heredables y presentan poca variabilidad, pero tienen como principal inconveniente que hay un bajo número de ellos, la mayoría son dominantes, puede haber problemas de epistasia (epistasia = interacción génica en la cual un par de alelos inhibe la manifestación de otros pares) y su expresión no siempre es temprana en el desarrollo. 44.2 Los marcadores morfoagronómicos. Son aquellos caracteres que son relevantes en la utilización de especies cultivadas; pueden ser de tipo cualitativo y/o cuantitativo, como la forma de hojas, la pigmentación en tallos, raíz, flores, y frutos, arquitectura de la planta, habito de crecimiento, ramificación, macollas. Estos marcadores tienen aceptable heredabilidad, pero son afectados por el ambiente, también se utiliza como descriptores de evaluación. 44.1. Los marcadores bioquímicos Basados en la generación de patrones electroforéticos isoenzimáticos, se caracterizan por su simplicidad, mínima cantidad del material en estudio, bajo costo y una cobertura del genoma de 10-20 loci por especie, ausencia de epístasis e influencias ambientales. La expresión alélica es de tipo codominante, lo que UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades permite establecer comparaciones entre especies, poblaciones de una misma especie y detectar la presencia de híbridos e introgresión de genes. Entre sus desventajas se incluye un nivel bajo de polimorfismo al presentar pocos alelos por locus, especialmente cuando la base genética es estrecha. Otro aspecto a considerar es que las proteínas, siendo un producto de la expresión génica, pueden ser afectadas cualitativa y cuantitativamente en su nivel de expresión por factores ambientales. Para aumentar la eficiencia de la técnica ante este factor, deben identificarse los estados de desarrollo de la planta durante los cuales la proteína es estable. Además, al igual que con las proteínas de reserva, las isoenzimas pueden o no reflejar los cambios genéticos que ocurren en el ADN, además sólo un set de genes estructurales está representados en estas proteínas, vale decir, sólo parte del genoma se puede evaluar. 44.3 Los marcadores moleculares Se basan en la amplificación del ADN o parte del mismo, que pueden ser regiones codificantes o no codificantes o secuencias conocidas que permite comparar los genomas dentro y entre especies. La amplificación de los segmentos de ADN se realiza con la técnica del PCR, (Polimerasa Chain Reaction, en ingles; Reacción de cadenas de la polimerasa), como en el caso de los ADN polimórficos amplificados al azar o RAPDs (Random Amplified Polymorphism DNA), o en la generación de sitios de corte en la secuencia del ADN, como en el caso de los polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción o RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphisms) y dentro de ellos se pueden diferenciar varios tipos como veremos mas adelante. Los marcadores moleculares se caracterizan porque su detección es fácil y rápida, muchos son codominantes, hay ausencia de pleiotropismo y epistasia, la expresión es temprana, su distribución es homogénea en muchos casos y presentan un alto polimorfismo (pleiotropia = un único par de genes actúa en la manifestación de varios caracteres). Con la ayuda de marcadores moleculares, es posible identificar caracteres útiles de tolerancia o resistencia a los principales tipos de estrés biótico y abiótico en el germoplasma de una especie, hacer cruzamientos interespecíficos y seleccionar germoplasma respecto a estos caracteres útiles. Con ellos se realiza un estudio directo de la molécula de ADN, por lo tanto los resultados obtenidos son totalmente independientes de las condiciones ambientales, pudiendo ser utilizados para identificar correctamente un individuo, para establecer grados de similitud UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades entre individuos o entre accesiones en una colección o para detectar la presencia de un gen o alelo en particular. Su uso ha revolucionado el mejoramiento tradicional aportando herramientas genómicas, útiles para la incorporación de genes que están altamente influidos por el ambiente y otros de difícil estudio como los que confieren resistencia a enfermedades y para acumular múltiples genes para resistencia a patógenos específicos y plagas dentro del mismo cultivar (piramidización génica). También ha permitido al fitomejorador el avance generacional más rápido, ya que a través del uso de PCR se puede detectar si el gen está presente en las líneas evaluadas en generaciones más tempranas durante el proceso de mejoramiento. A continuación se describen brevemente los marcadores moleculares mencionados de cada técnica. 44.3.1 RFLP (Polimorfismo en el tamaño de los fragmentos de restricción). Se basa en la detección de fragmentos de ADN de distinto peso molecular (por digestión con la misma enzima de restricción que cortan en millones de fragmentos el ADN) en diferentes organismos, que puede ser debido a mutaciones puntuales, inserciones, delecciones o rearreglos en el genoma, producidas por las traslocaciones o inversiones, generando pérdidas o ganancias de sitios de reconocimientos de las enzimas de restricción. Es de gran utilidad para estudios filogenéticos, diversidad genética e identificación de cultivares con propósito de protección varietal; se puede evaluar en cualquier estadio de desarrollo de la planta; permite observar dominancia. Las desventajas, son el uso de radioactividad y la necesidad de usar grandes cantidades de DNA. 44.3.2 Los Minisatélites Se basa en la existencia de secuencias repetitivas organizadas en bloques que se encuentran dispersas a lo largo del genoma nuclear formando bloques altamente variables llamadas VNTR (Variable Number of Tandem Repeats). El polimorfismo se origina en la variación en el número de unidades repetitivas dentro de cada bloque originando los VNTRS, por el intercambio desigual de unidades en el proceso de recombinación, produciendo una expansión o contracción del bloque repetitivo. Su ventaja reside que en una sola electrofóresis permite encontrar el polimorfismo; su desventaja reside en la utilización de radioactividad para la detección y a que no es muy práctico para estudios genéticos, solo para discriminar. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 44.3.3 Los RAPD, fragmentos polimórficos de ADN amplificados al azar Los marcadores RAPD son una de las técnicas más versátiles desde que se desarrollaron en los años 90. Consiste en una reacción compuesta básicamente por ADN molde, cloruro de magnesio, nucleótidos, ADN, TAQ polimerasa, tampón o buffer TAQ, e iniciadores o primers decámeros, para amplificar mediante PCR áreas especificas distribuidas al azar por el genoma. Su pequeñez y la baja temperatura de unión (36°C) aseguran que se unan a infinidad de secuencias en el genoma, para conseguir amplificar muchos fragmentos de ADN. Estos fragmentos de ADN se separan en geles de agarosa para obtener perfiles electroforéticos, que variaran según el polimorfismo presente en el genoma de los distintos genotipos o individuos, proporcionando así una huella dactilar característica (figura 77.) las ventajas de esta técnica son: la rapidez en la obtención de los resultados, no es necesario conocer la secuencia genética del ADN que se va a amplificar, no requiere de sondas específicas para especies ni el uso de material radiactivo, requiere poca cantidad de ADN , el cual no necesita ser de alta pureza relativamente bajo costo en comparación con otros tipos de marcadores. Figura 77a.Amplificación de DNA La mezcla de reacción contiene la secuencia de DNA que se quiere amplificar, dos oligonucleótidos sintéticos (P1 y P2) que servirán como cebadores, una DNA polimerasa termoestable (Taq) y los cuatro desoxirribonucleótidos trifosfato –dATP, dGTP, dCTP y dTTP–. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 77.b. Amplificación DNA a) Durante la desnaturalización, que se realiza por calentamiento de la mezcla a 95ºC, se separan las dos cadenas del ADN molde. b) Y C) Durante la hibridación, la temperatura de incubación se reduce para permitir el apareamiento de las bases de ambos cebadores en el sitio donde encuentran una secuencia complementaria. a) Durante la fase de elongación, la mezcla se calienta a 72ºC y la enzima Taq ADN polimerasa se usa para replicar las hebras de DNA. La Taq polimerasa comienza el proceso de extensión de la cadena complementaria a partir del extremo 3‘ de los cebadores. Al finalizar cada ciclo, la cantidad de ADN molde disponible para el ciclo siguiente aumenta al doble . Figura 78. Electroforesis. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 44.3.4 AFLP (Polimorfismo de la longitud de los fragmentos amplificados) Combina el uso de enzimas de restricción y oligonucleótidos para PCR, de manera que se obtienen marcadores moleculares muy específicos sin necesidad de conocer la secuencia con anterioridad. Esta metodología permite exploración rápida del polimorfismo del genoma entero, son altamente reproducibles y permite crear mapas genéticos de forma rápida. Las desventajas es que son marcadores dominantes, la técnica posee muchos pasos, la lectura en los geles es laboriosa y se requiere buenas bases estadísticas para el análisis de los datos 44.3.5 Microsatelites o SSR (Repetición de secuencias discretas) Son regiones presentes en las largas cadenas de DNA formadas por secuencias pequeñas repetitivas (2 a 4 pb), por efecto de recombinación estas regiones pueden expandirse o contraerse generando un polimorfismo útil que permite evaluar similitudes entre especies o variedades muy relacionadas. Mediante la técnica de PCR es posible amplificar las regiones repetitivas se clonan para usarlas en el análisis de poblaciones, presenta gran ventaja en el mapeo de características cuantitativas (QTLs) Varios cientos de marcadores son ya conocidos y utilizables. Gracias a potentes métodos estadísticos, se pueden elegir entre los marcadores a aquellos próximos a las regiones cromosómicas que permitan la manifestación de caracteres agronómicos de interés dentro de las especies de interés. Con la incorporación de la selección asistida por marcadores dentro del mejoramiento tradicional es posible dar solución a las demandas específicas de calidad industrial o a los problemas de susceptibilidad a ciertos patógenos en líneas avanzadas de mejoramiento que de otro modo serían eliminadas del programa. En Colombia varias instituciones de investigación trabajan con marcadores moleculares en el mejoramiento de plantas, como es el caso de Unidad de Biotecnología y el Programa de Fríjol del Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), que desde 1987 han trabajado conjuntamente en la aplicación de técnicas de la biotecnología como apoyo al mejoramiento genético del cultivo, y desde 1994 se trabaja en el área de la diversidad genética y clasificación a través de marcadores moleculares para evaluar las colecciones centrales del CIAT y para UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades conocer la verdadera extensión de su diversidad a nivel de genoma y en términos de característica deseables. Estos trabajos se apoyan en los marcadores moleculares como herramientas de laboratorio, utilizadas para acelerar y facilitar la selección de genotipos superiores en un programa de mejoramiento genético varietal. Si un marcador molecular cumple con las condiciones de ser heredable, polimorfico y estable, se convierte en un instrumento muy valioso para los fitomejoradores. A continuación se presenta un ejemplo de procedimiento de mejoramiento asistido con marcadores moleculares desarrollados por el CIAT para incorporar resistencia al virus BGYMV en fríjoles rojos pequeños Figura 79. Selección Asistida por Marcadores Moleculares para Resistencia al BGYMV en Fríjoles Rojos Pequeños Fuente. Quintero, C. Et al http://www.redbio.org/rdominicana/redbio2004rd/Memoria_REDBIO_2004/Talleres-PDF/t04-PDF/t04-06.pdf UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Figura 80. Generación de nuevas cruzas La siguiente figura es una electroforesis en la que se confirmación de la presencia del gen en progenies y avance de generación. Figura 81. Electroforesis de confirmación de la presencia del gen de resistencia al BGYMV Con la realización de este trabajo los investigadores del CIAT llegaron a las siguientes conclusiones UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades La selección asistida con marcadores es un sistema eficiente de selección de resistencia al BGYMV mediante SCARs, integrado al programa de mejoramiento de fríjol mesoamericano del CIAT. Se logra reducción en esfuerzo de cruzamiento y área sembrada aproximadamente de 57%. De 1999 a 2003 aproximadamente 40 mil plantas (35 mil F1 y 5 mil progenies) Es posible realizar selección simultánea por dos loci para resistencia al BGYMV (multiplex). Se ha logrado distribuir a programas nacionales familias de fríjol rojas y negras de tipo comercial, combinando resistencia múltiple UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 45 Lección 45. Construcción de plantas transgénicas La ingeniería genética o biotecnología es la ciencia que ha permitido modificar la información genética de una variedad de cultivo o de una especie. Las plantas así obtenidas, se denominan transgénicas u organismos genéticamente modificados OGM.. La planta transgénica así creada contiene uno o más genes que han sido insertados en forma artificial en lugar de que la planta los adquiera mediante la polinización. La secuencia génica insertada (llamada el transgen) puede provenir de otra planta no emparentada o de una especie completamente diferente: por ejemplo, el maíz Bt, que produce su propio insecticida, contiene un gen de una bacteria. Esta tecnología de los OMG que nació en la década de 1970 ha permitido a los fitomejoradores avances notorios al generar variedades de cultivos más útiles y productivas que contienen combinaciones nuevas de genes, y además ampliar las posibilidades más allá de las limitaciones impuestas por la polinización cruzada y las técnicas de selección tradicionales. Desde entonces hasta la fecha, muchos millones de hectáreas han sido sembradas anualmente con cultivos transgénicos comerciales, como soya, algodón, tabaco, papa (patata) y maíz, en varios países entre los que figuran Estados Unidos, Canadá, China y Argentina. Sin embargo, se ha debatido intensamente en torno a los beneficios y riesgos potenciales que podrían derivarse del uso de tales cultivos. Como hemos visto a lo largo de todo este modulo, el trabajo del fitomejorador se fundamenta en tratar de reunir a través de procedimientos de campo, en la mayoría de los casos largos y costosos, una combinación de genes en una planta de cultivo que la hagan mas productiva y de mejor calidad como sea posible, todo esto dentro de especies cercanas o estrechamente emparentadas. La tecnología transgénica permite a los fitomejoradores reunir en una sola planta genes útiles de una amplia gama de fuentes, no sólo de la misma especie de cultivo o de plantas muy emparentadas, sino que permite copiar genes de otros organismos muy diferentes, en otras palabras de cualquier ser vivo. La forma como se logra estas plantas lo trataremos en seguida. 45.1. Cómo se crea una Planta Transgénica? El ADN (ácido desoxirribonucléico) de diferentes organismos es esencialmente el mismo, un simple grupo de instrucciones que hacen que las células produzcan las proteínas que son la base de la vida. Tanto si el ADN se encuentra en un microorganismo, una planta, un animal o un ser humano, siempre está formado UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades por los mismos elementos. A través de los años, investigadores científicos han descubierto cómo transferir una porción específica de ADN de un organismo a otro. El primer paso para transferir ADN es "cortar" o tomar un segmento de un gen de una cadena de ADN utilizando "cortadores moleculares" (unas enzimas especiales) para cortar en un lugar específico de la cadena de ADN. Paso seguido, estas mismas enzimas se utilizan para abrir un espacio en el plásmido ( fragmento de ADN circular y extracromosómico que suele contener información no vital para la bacteria) que se va a utilizar como vector para introducir el gen de interés en la célula vegetal. Debido a que los extremos cortados, tanto en el plásmido como en el segmento de gen, son químicamente compatibles, se adhieren el uno al otro formando un nuevo plásmido que contiene el nuevo gen. Para completar el proceso, los investigadores utilizan otra enzima para "pegar" o asegurar que el nuevo gen quede fijado en su lugar. Las plantas pueden ser modificadas genéticamente utilizando tres métodos: El primero y más antiguo es la utilización de Agrobacterium tumefaciens, esta bacteria fitopatógena presente en el suelo, tiene la capacidad de transferir ADN de sus plásmidos a las células vegetales. El gen o genes transferidos se integra en el genoma de la planta provocándole un tumor o agalla; el proceso culmina con la regeneración de tejidos creando plantas completas. Se aplicó con éxito por primera vez en 1984 en el tabaco y el girasol. Las gramíneas y en general todas las monocotiledóneas presentan gran resistencia a Agrobacterium por lo cual este método es bastante inviable en un extenso grupo de plantas de gran importancia económica. El segundo método es la utilización de protoplastos, que son células vegetales a las que se les ha liberado de la pared celular. De esta manera queda eliminada la barrera principal para la introducción de genes foráneos. Mediante esta técnica se consiguió por primera vez cereales transgénicos en 1988. El tercer0, es el método del microcañón o cañón de partículas inventado en el año 1987, que consiste en bombardear tejidos de la planta con micropartículas metálicas cubiertas del fragmento de ADN que interesa se integre en el ADN de la planta. Es el procedimiento que más éxitos ha conseguido y el que promete más avances, nace por la incapacidad de Agrobacteruim para infectar a las plantas monocotiledoneas. Para ello se utilizan microproyectiles de oro o tungsteno (inertes químicamente) disparados a velocidad supersónica, que atraviesan la membrana sin causar daños. a célula. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El descubrimiento de un plásmido en cepas de Agrobacterium tumefasciens fue anunciado por primera vez por Schell (1973) quien lo denomino el plásmido llamado Ti (del inglés Tumour inducing) y el cual es portador del carácter patógeno. Más adelante se observó que todas las células de las agallas eran portadoras de un fragmento del plásmido Ti que se denominó ADN-T (ADN transferido). Se demostró después que el plásmido tenía varias funciones: la función de virulencia (Vir), responsable de la transferencia del ADN-T, la oncógena (Onc), responsable del tumor (consecuencia de la síntesis de auxina y citoquinina), la función que especifica la síntesis de opinas (Ops), moléculas que sirven de alimento a la propia bacteria, y la función catabólica (Opc, opina catabolismo). En realidad se encontraron varios segmentos Opc1, Opc2, que permiten la degradación de las opinas producidas por el tumor. Se distinguen dos tipos de funciones: las funciones situadas fuera del segmento ADN-T (Vir, Opc1,Opc2) que se expresan en la bacteria y las funciones controladas por el segmento ADN-T (Onc, Ops) que se expresan en la célula vegetal después de la transferencia de este segmento (ver figura 82 ) Figura 82. Plásmido Ti de Agrobacterium tumefaciens Fuente. J. F. Carrasco http://www2.udec.cl/~jhuenuma/udec/plantas.htm En resumen la bacteria no es patógena per se porque no segrega ninguna toxina que disuelva las paredes celulares como hacen otras bacterias patógenas. Sus efectos se deben a la transferencia de un segmento de ADN, el ADN-T, cuya expresión en las células vegetales es la causa de la enfermedad. La supresión en el plásmido del segmento transferido hace que la bacteria sea inofensiva sin que ello se la prive de la capacidad de transferir ADN a una célula vegetal. Por tanto se puede plantear su sustitución por un fragmento de ADN extraño. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades El sueño de obtener plantas resistentes a los insectos fitófagos se hizo realidad gracias a M.D. Chilton que en 1983, quien obtuvo las primeras plantas transgénicas de tabaco utilizando Agrobacterium tumefaciens las cuales eran portadoras de un gen que codifica para una proteína bioinsecticida que denominó cry (del inglés crystal). El gen había sido aislado por primera vez por E. Schnepf y H. Whiteley en 1981, de Bacillus thruringiensis una bacteria grampositiva del suelo que produce unos cristales de proteínas con propiedades insecticidas al provocar la lisis de las células intestinales de las larvas de insectos. A estos experimentos le siguieron otros en diversos laboratorios de Europa y América con el tomate y la patata que sirvieron para demostrar que la expresión de proteínas insecticidas en plantas era posible y proporcionaba un método eficaz de lucha contra los insectos (Figura 83). Figura 83.Obtención de plantas transgénicas resistentes a los insectos mediante Agrobacterium tumefaciens. Todas estas investigaciones culminaron en 1996 con la entrada en el mercado de plantas transgénicas (algodón, patata y maíz) resistentes a insectos. A todas estas plantas transformadas se las denomina Plantas Bt (de Bacillus thuringiensis). En 1997 el 25% de los cultivos transgénicos comercializados portaban genes cry. El problema de la aparición de insectos resistentes a estas plantas se prevé solucionarlo con la implantación de distintas proteínas insecticidas en una misma planta transgénica o en plantas transgénicas plantadas en años alternativos. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades Para el año 2000, se reportó el primer esfuerzo de secuenciación del genoma del arroz (Oryza sativa). La compañía Monsanto produjo un primer ‗borrador‘ del genoma usando el cultivar ‗Nipponbare‘, una variedad japónica usada ampliamente por el Instituto Internacional de Investigaciones en Arroz (IRRI, Filipinas), como apoyo a sus programas de investigación en materia genómica y mejoramiento de plantas. Además de ser uno de los cultivos alimenticios más importantes del mundo, el arroz es el modelo genético para los cereales. Existe una relación de sintenia entre el arroz y otras especies gramíneas, incluyendo maíz, trigo, cebada, sorgo, y otros (sintenia = conservación del orden génico, o sea, la posición de los genes en el genoma). Por tanto, al acumular información detallada acerca del genoma del arroz, se avanza simultáneamente en los esfuerzos globales para mejorar otros cultivos. En la actualidad a través de una iniciativa internacional se han construido mapas moleculares detallados que incluyen miles de marcadores moleculares, bases de ESTs y librerías genómicas de arroz. El trabajo conjunto del IRRI y la Universidad de Cornell, produjo un mapa de cromosomas de esta gramínea donde se ubican marcadores moleculares que determinan las características útiles de la planta con respecto a la tolerancia de la sequía, resistencia a plagas y enfermedades, entre los cuales resalta la marcación de genes que controlan la resistencia al virus de la hoja blanca y al hongo Pyricularia. Otro ejemplo de la aplicación de la biotecnología al mejoramiento de los cultivos son las investigaciones que se han realizado para incorporar la provitamina A al arroz dorado o ‗golden rice‘ (Potrykus, 2001; Hoa et al., 2003). En teoría, la alimentación con estas variedades de arroz permite reducir el riesgo de ceguera en grandes grupos de población del mundo que se alimentan a base de este cereal. Recientemente, se obtuvieron en Tailandia dos variedades de arroz enriquecidas en hierro que pueden desarrollarse y utilizarse en la lucha contra la anemia en la población de bajos recursos. http://www.eufic.org/de/tech/database/rice.htm . También están siendo cultivadas plantas modificadas genéticamente de soya, maíz y algodón con resistencia al herbicida glifosato que contiene un nuevo gen que determina la enzima EPSPS (relacionada con el metabolismo de los aminoácidos aromáticos). Los grandes progresos alcanzados por la biotecnología, esta polarizando el mundo, hay quienes solo hablan de los beneficios reales y potenciales de los Organismos Genéticamente Modificados OMG, omitiendo sus limitaciones y eventuales riesgos. En el otro extremo se enfatizan éstos, omitiendo las UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades contribuciones que pueden hacer los OMG al desarrollo científico, técnico y económico. La FAO insiste en que la biotecnología debería complementar y no reemplazar, a las tecnologías agrícolas tradicionales. La biotecnología puede acelerar los programas convencionales de mejoramiento y dar soluciones cuando los métodos convencionales fallan. A continuación presentamos lo que se consideran los beneficios y los perjuicios de las plantas transgénicas. 45.2 Beneficios de las plantas transgénicas. Entre sus potenciales beneficios de las plantas transgénicas están; la obtención de materiales de siembra libres de enfermedades, el desarrollo de cultivos resistentes a las plagas y enfermedades, y la reducción del empleo de substancias químicas nocivas para la salud y el medio ambiente. La segunda generación de plantas transgénicas que ya está llegando, trae consigo beneficios para el consumidor como: alimentos más sanos y nutritivos, plantas que producen en gran cantidad enzimas de uso técnico, ácidos grasos inusuales (para alimentación, lubricantes, etc.), edulcorantes naturales, fibras vegetales con nuevas propiedades, productos farmacéuticos, etc. En el campo farmacéutico en particular, pueden producirse tanto productos de tipo proteico (antígenos para ser aislados o utilizados in planta como vacunas orales, citoquinas) como sustancias orgánicas más simples de alta actividad biológica (hormonas, vitaminas, etc.). Las sustancias pueden ser producidas en diferentes compartimentos celulares, el espacio intercelular, o secretadas a un medio hidropónico (rhizosecreción). Además, puede facilitar herramientas de diagnóstico y vacunas para controlar enfermedades animales devastadoras. 45.3 Desventajas de las plantas transgénicas. Desde el punto de vista ecológico Se considera que las plantas transgénicas resistentes a herbicidas, incrementarán notablemente el uso de éstos con los posibles efectos secundarios negativos de contaminación del suelo y del agua. Por otro lado, en especies alógamas (de fecundación cruzada) existe la posibilidad de que una parcela sembrada con plantas transgénicas contamine con su polen a otras parcelas vecinas no transgénicas del mismo cultivo. Por ejemplo, si el polen de un campo de maíz transgénico poliniza plantas normales de una parcela próxima, la semilla que se produzca en esta parcela puede haber incorporado el gen Bt transmitido por el polen; es decir, sería transgénica. También podría ocurrir que la resistencia al herbicida de una variedad transgénica se transfiriera por fecundación interespecífica espontánea a una especie silvestre afín. De hecho, es importante señalar que ya se ha descrito un primer caso de transferencia de un gen que da resistencia a un UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades insecticida en plantas transgénicas de colza a plantas de rábano que se habían cultivado en su proximidad, poniendo de manifiesto que se ha hecho realidad una posibilidad teórica. Reducción de la diversidad genética natural como consecuencia de altos niveles de uniformidad, debido a la multiplicación en masa o al flujo y reproducción de rasgos genéticos que confieran ventajas agronómicas a algunas plantas, creación de nuevas malezas, daño a especies no objetivo, rompimiento del equilibrio poblacional en comunidades bióticas y ecosistemas. El uso extendido de plantas tolerantes al estrés traería en consecuencia un aumento considerable en la utilización de la tierra en lugares donde previamente la agricultura era imposible, de tal manera que quizás se destruyan ecosistemas naturales valiosos. Riesgos para la salud humana y/o animal Riesgos de toxicidad y de generación de reacciones alérgicas Otros dos aspectos de las plantas transgénicas que han generado inquietudes son el empleo de genes de resistencia a antibióticos como ―marcadores‖ de la transformación genética durante el desarrollo de este tipo de plantas, y la transferencia horizontal de genes. los genes de resistencia a antibióticos son ADN que se degrada durante el procesamiento de los alimentos y la digestión y no son antibióticos en sí mismos. Cabe, sin embargo, la posibilidad de que las proteínas producidas por estos genes (que hacen que el antibiótico no sea efectivo) se expresen en el órgano que se consume de la planta transgénica. Para que esto constituya un problema, dichas proteínas deberían absorberse en forma intacta a través del intestino, interactuar con el antibiótico suministrado para controlar una enfermedad dada, e inactivarlo. Desde el punto de vista socioeconómico Los campesinos pobres son excluidos de estas tecnologías, primero porque son costosas y segundo, porque las especies mejoradas no contemplan las especies cultivadas por ellos. Bajo desarrollo tecnológico e investigativa de los países subdesarrollados que impiden adoptar y adaptar las innovaciones biotecnológicas, lo que asegura el monopolio de las grandes compañías multinacionales productoras de semillas las cuales especulan con los precios que les da la protección de las patentes. La venta de semillas preparadas genéticamente para que su descendencia no sea fértil y así obligar al agricultor a comprar de nuevo semillas. (plantas termination) UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades 45.4 Descubiertas plantas transgénicas naturales Según un estudio realizado por Universidad de Lund (Suecia) sobre los genes de diferentes plantas de festuca (Festuca ovina) se ha visto que el gen que codifica la enzima denominada PGIC se encuentra en diferente lugar en diferentes plantas, y algunas tienen genes extra, sugiriendo la existencia de "genes fugitivos". Existen diferencias insignificantes entre las enzimas PGIC de una planta de festuca a otra cuando solo tienen un gen PGIC, pero sorprendentemente la diferencia es muy alta (6%) cuando una de las plantas es de las que tiene el gen PGIC duplicado, lo que no tiene explicación si se tratara por una duplicación y traslocación dentro del mismo genoma, debiendo pensarse en una procedencia exterior del mismo. Se ha buscado e identificado el origen del gen extra como procedente del genero Poa, lo que equivale a poder denominar a estas plantas de festuca como transgénicas al tener insertado un gen de otra, con la que además no está especialmente emparentada. No se sabe como se ha podido producir esta inserción genética, aunque se supone que se habría realizado a través de un virus que habría infectado a ambas especies y que esta característica se habría extendido a través de generaciones por representar una mayor competitividad biológica. La poa y la festuca no se pueden cruzar entre sí de forma natural. El porcentaje que se ha detectado de plantas con esta característica es de un 10% en las poblaciones estudiadas. No es este el primer estudio que siguiere la existencia de de plantas transgénicas naturales. Hay trabajos publicados de la Universidad de Michigan que muestran que se puede producir transferencia de ADN mitocondrial a través de plantas parásitas, entre la planta huésped y parasitada y viceversa. Este hecho tiene su importancia ya que una de las causas más frecuentes de rechazo a los OMG es precisamente la alegación de un carácter "no natural". Curiosamente las variedades obtenidas por métodos totalmente artificiales distintos de la ingeniería genética, como por ejemplo la inducción artificial de mutaciones o de poliploidía (fresón, triticale, sandias sin pepitas…) son admitidas normalmente, incluso por la agricultura biológica (ecológica, orgánica) debido a que, a pesar de que su método de obtención genética es totalmente artificial, el mecanismo (mutación, poliploidia) existe en la naturaleza y se podría haber dado teóricamente de forma natural, aunque la probabilidad sea remota. A los OMG se les daba otro grado "más artificial" argumentando que el mecanismo de transgenia no existe en la naturaleza, algo que es desmentido por estos hallazgos. (Agrodigital) - http://axxon.com.ar/not/158/c-1580199.htm UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA Escuela de Ciencias Sociales, Artes y Contenido didáctico del curso Metodología del Trabajo Académico – UNAD Humanidades BIBLIOGRAFIA ALLAR, R.W. 1967. Principios de la mejora genética de las plantas. Traducción de la primera edición por José L. Montoya. Ediciones Omega S.A. Barcelona. CLARÁ V. R.; D' CROZ-MASON N. E. Androesterilidad. INSTSORMIL- CENTA. CEBALLOS, H. 2007 Genética cuantitativa. Curso para estudiantes de Postgrado. Escuela de Postgrados. Universidad Nacional de Colombia Sede Palmira. Material sin publicar. Palmira Valle del Cauca. CIAT (Centro Internacional de Agricultura Tropical)- IPGRI (Instituto Internacional de Recursos Fitogenéticos)- Universidad Nacional de Colombia REDCAPA. 2004. 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