Interacción Genotipo X Ambiente

Interacción Genotipo X Ambiente
importancia en el mejoramiento genético
y en la evaluación y elección de cultivares
Fitotecnia
17/8/2010
Facultad de Agronomía, UDELAR
Mejoramiento Genético
Diversidad
Genética
Selección
Recombinación
Obtención de cultivares
Evaluación de cultivares
Individuo: P = G + E
Población: P = G + E + GxE
Comercialización de cultivares
Algunos conceptos previos
Es posible que dos cultivares y/o genotipos tengan
diferentes rendimientos en un solo ambiente?
R
Genotipo 1
Genotipo 2
G2
G1
AMBIENTE 1
Se llama efecto genotipo (G)
E1
Algunos conceptos previos
Es posible que un cultivar y/o genotipo tenga
diferente rendimiento en dos ambientes?
R
G1
Genotipo 1
AMBIENTE 1
Genotipo 1
AMBIENTE 2
Se llama efecto ambiente (E)
E1
E2
¿Qué es la Interacción GxE?
Es un cambio en la respuesta de los
genotipos a los diferentes ambientes.
R
Genotipo 1
Genotipo 2
AMBIENTE 1
Genotipo 1
G2
G1
Genotipo 2
AMBIENTE 2
E1
E2
Tipos de respuesta
G1
R
G2
NO hay GxE
G1
G2
AMBIENTE 1
G1
G2
AMBIENTE 2
R
E1
E2
G2
GxE
cambio ranking
G1
G1
G2
AMBIENTE 1
G1
G2
AMBIENTE 2
R
E1
E2 G1
G2
GxE
No cambio ranking
G1
G2
AMBIENTE 1
G1
G2
AMBIENTE 2
E1
E2
Relación entre rendimiento e índice ambiental
Rend.
Genotipo 1
Genotipo 2
Genotipo 3
Genotipo 4
Indice ambiental
Adaptado de Satorre et al., 2003
Ejemplos de GxE
Ejemplo 1. Rendimiento en grano (Kg ha-1) de
cultivares de Cebada en el Uruguay.
5500
5000
4500
)
a
/h
g
.(k
d
n
e
R
4000
3500
3000
2500
2007
2008
CLE247
Fuente: convenio inia-inase (www.inia.org.uy)
2009
MP 1 01 0
Clipper
Ejemplos de GxE
Ejemplo 2. Calidad de grano (% granos > 2.5 mm.) de
cultivares de Cebada evaluados en el 2009.
1 00
95
90
1 a+
%
2 a
85
80
75
70
65
60
55
50
Estanzuela
Ambev 42
Young
Dolores
CLE233
Ambev 42
CLE 233
M usa 936
CLE 259
Valdense
Musa 936
Ombúes
Paysandú
CLE259
Estanzuela Young Dolores Valdense Ombúes
2
3
1
2
2
4
2
3
4
3
3
4
4
3
4
1
1
1
1
1
Paysandú
2
3
4
1
Ejemplos de GxE
Ejemplo 3. Proteína en grano (%) de
cultivares de Cebada evaluados en el 2009.
1 2.5
12
1 1 .5
11
1 0.5
10
)
g(%
a
ín
te
ro
P
9.5
9
8.5
8
Estanzuela
Young
Musa 936
Dolores
Valdense
Daymán
Ombúes
CLE240
Paysandú
MAÍZ
IPB 860 M G CL
IPB 880 M G CL
AX 852 M G
AX 886 M G
SPS 7 M 31 M G
P2053Y
AX 744 M G
AX 878 M G
ROG 2790 M G
AW 1 90 M G (TRC)
NX 9435 TD M AX
LT 625
EST 1 969
Young 1 08
LE 1 08
LE 1 07
LE 2 08
Young 1 07
LE 2 07
1496.63636 2813.81818 7331.54545 7368.54545 8810.09091 10870.2727
1 348
2059
8038
5821
9505
1 2539
81 5
2852
7686
6561
8258
1 1 577
2256
2643
3590
6397
9083
1 1 374
1119
2647
7543
8506
941 0
1 1 31 8
1 01 8
251 1
7770
6963
7079
1 0989
1 034
2650
7483
9963
8848
1 0972
1 775
1 889
8003
7728
9064
1 0508
1 926
3205
8559
6460
9444
1 0507
1 1 54
3383
7882
7434
8407
1 0407
21 41
361 3
6780
8004
8493
9781
1 877
3500
731 3
721 7
9320
9601
1 01 9
3307
7729
7407
7865
6025
21 56
2361
5095
6465
8383
7098
1 4000
1 2000
R² = 0.8966
1 0000
R² = 0.8527
8000
)
/h
(k
o
ra
.g
d
n
e
R
6000
4000
2000
0
Young 1 08 LE1 08
LE1 07
LE2 08 Young 1 07 LE2 07
Ambientes
IPB 880 M G CL
EST 1 969
¿Qué es un Ambiente?
Variables predecibles:
Variables impredecibles:
-Tipo de suelo
-Precipitaciones
-Época de siembra
-Temperatura
-Espaciado entre plantas
-Humedad relativa
-Densidad de siembra
-Plagas y enfermedades
-Aplicación de nutrientes
Efecto LOCALIDAD
Efecto MANEJO
Efecto AÑO
Efecto AÑOxLOCALIDAD
Implicancias de GxE
para el MEJORAMIENTO
Ambientes de selección:
-¿Ambientes de selección similares a los ambientes de
producción?
-¿Selección para ambientes específicos/adaptaciones
específicas?
-¿Selección para adaptaciones generales?
-Número y tipo de ambientes a utilizar en la evaluación de
las líneas
-Manejo a realizar en el ambiente de selección
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Implicancias de GxE
para la EVALUACIÓN
Ambientes de evaluación de cultivares:
-¿Ambientes de evaluación similares a los ambientes de
producción?
-Número y tipo de ambientes a utilizar en la evaluación de
los cultivares.
-Manejo a realizar en el ambiente de evaluación.
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Implicancias de GxE
para ELECCIÓN de cultivares
Elección de cultivares:
-Adaptaciones específicas/generales
-Performance en el ambiente objetivo
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Utilización de GxE
1. Estimación de GxE a través de Análisis de Varianza:
Fuente de Variación
SC
Ambiente:
Localidad
Año
Genotipo
Interacción GxE:
Genotipo x Localidad
Genotipo x Año
Genotipo x Localidad x Año
Error
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
CM Varianza
Utilización de GxE
Componentes de varianza de cultivares de Cebada en Uruguay.
Componente de varianza
Varianza
%
Ambiente
0.984
67
Cultivar
0.101
7
Cultivar x Año
0.039
3
Cultivar x Localidad
0.023
2
Cultivar x Año x Localidad
0.023
2
Cultivar x Fecha de siembra x Año
0.109
7
Error experimental
0.179
12
Fuente: Ceretta and van Eeuwijk, 2008
El componente más importante de la interacción GxE es Cultivar
x Fecha de siembra x Año
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Utilización de GxE
2. Agrupamiento de ambientes similares:
-Correlaciones
Mega-Ambientes
-Cluster análisis
-Biplots
Genotipo
E1
E2
E3
G1
10
20
15
G2
15
30
10
G3
20
40
20
La utilización del ambiente E1 y
E2 es redundante, no provee
información adicional
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Utilización de GxE
3. Aprovechamiento del análisis de GxE para el
mejoramiento:
R
b1=0
ESTABILIDAD
-Adaptaciones específicas
-Adaptaciones generales
R
b1=1
R
δij=chico
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Evaluación de Cultivares
• Responsabilidad de INASE
• Realizada en convenio con INASE (INIA)
• Anualmente se evalúan más de 700 cultivares
pertenecientes a 43 especies
• Siembra de más de 70 ensayos por año distribuidos en
11 localidades diferentes
Evaluación de Cultivares
• Se realiza de acuerdo a protocolos elaborados por grupos de
trabajo (GTTE), integrados por representantes de:
– INIA
– Productores de semillas:
• Asociación de Productores de Semillas
• Cámara Uruguaya de Semillas
–
–
–
–
Usuarios de Semillas
Dirección General de Servicios Agrícolas del MGAP
Facultad de Agronomía
Otras instituciones según la especie : LATU, Gremial de
Molinos Arroceros, Consorcio de Semilleristas de Arroz, etc.
Evaluación de Cultivares
•
Diseño experimental
•
Análisis estadístico
•
Número de años
•
Número de localidades
•
Variables medidas
•
Manejo de experimentos
•
Sin continuidad una vez cumplidos los requerimientos
(algunas excepciones como arroz y cebada)
Evaluación de Cultivares
•
Cultivos agrícolas de secano de invierno
•
Cultivos agrícolas de secano de verano
•
Arroz
•
Forrajeras
•
Especies hortícolas
Cebada
•
LE, Young (SD), Dolores (SD), Valdense (SD), O. de Lavalle, Paysandú
•
Incluye todos los cultivares sembrados más los cultivares en evaluación
•
Rendimiento, Clasificación, Fenología, Proteína, Características morfológicas
•
Comportamiento sanitario (+ colecciones inoculadas)
•
Evaluación de calidad maltera (LATU
15 cvs. 3 o más años
5 cvs. 2 años
23 cvs. en primer año
Soja
•
Separación en ciclos cortos y medios
•
LE(2 épocas), Young (SD)
•
Solo cultivares en evaluación
•
Rendimiento, Porcentaje de aceite, Días a floración, Características
morfológicas
31 cvs. Ciclo corto
55 cvs. Ciclo medio
Lotus corniculatus
•
LE
•
Producción total y estacional de materia seca (corte copn maquina)
19 cvs.
Unica especie sin interacción localidad x cultivar significativa (FPTA222)
Síntesis
La interacción Genotipo x Ambiente es un fenómeno
extremadamente común.
Entender los componentes de la interacción Genotipo x
Ambiente es fundamental a todo nivel:
• Mejoradores: elegir los ambientes de selección y
evaluación.
• Criaderos: elegir los cultivares a producir.
• Técnicos y Productores: elegir los cultivares
apropiados.
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez
Examen
Lotus corniculatus (2006)
LE C olonia S ALTO
CRUZ DEL SUR
6360
5547
PL
TyTres
1352
PP
TyTres
310
GE EXPO501
6777
6386
1843
808
GU 200506
4814
3371
113
414
GU 200603
7124
6137
1375
1324
GU 200604
7001
6070
1083
327
INIA DRACO
6113
6383
1461
961
SAN GABRIEL
6046
5959
1740
1357
MDS 5%
1601
1037
615
603
*
**
**
**
1. Usted es un mejorador de Lotus corniculatus. En base a estos datos del sistema de
Evaluación de Cultivares a) determine si existe interacción genotipo por ambiente.
b) identifique el mejor cultivar.
2. Usted está asesorando un productor ganadero en Paysandú. Qué cultivar elije sembrar?
FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez