Estrategias de empleo de germoplasma nativo en un programa público de mejoramiento de maíz
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Estrategias de empleo de germoplasma nativo en un programa público de mejoramiento de maíz Foro Uso de los Recursos Fitogenéticos Nativos en Mejoramiento XLII Congreso Argentino de Genética Salta, 22 de octubre de 2013 G. Eyhérabide, C. López, C. Delucchi, R. Lorea, D. Presello, S. Incógnito INTA - UNLZ
Estrategias de empleo de germoplasma nativo en un programa público de mejoramiento de maíz
Estrategias de empleo de germoplasma nativo en un programa público de mejoramiento de maíz. G. Eyhérabide , C. López, C. Delucchi , R. Lorea, D. Presello , S. Incógnito INTA - UNLZ. Foro Uso de los Recursos Fitogenéticos Nativos en Mejoramiento - PowerPoint PPT Presentation
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Estrategias de empleo de germoplasma nativo en un programa público de mejoramiento de maíz
Foro Uso de los Recursos Fitogenéticos Nativos en Mejoramiento
XLII Congreso Argentino de Genética
Salta, 22 de octubre de 2013
G. Eyhérabide, C. López, C. Delucchi, R. Lorea, D. Presello, S. Incógnito
INTA - UNLZ
Desafíos para la Agricultura y el Mejoramiento Genético
Asegurar la provisión suficiente y sustentable de alimentos, fibras y energía en un escenario de
– población mundial creciente
• 6 mil millones 8 a 10 mil millones personas al 2050• 854 millones malnutridos, 2 mil millones con deficiencias
de micronutrientes• Demanda de alimentos 2x o 3x al 2050
– disminución de la superficie cultivable
– limitación en la disponibilidad de agua y energía.
Guillermo
En el mediano y largo plazo la agricultura mundial enfrentará el desafío de ser capaz de alimentar, vestir y proveer de energía a una población mundial mayor que la actual a partir del uso de un area cultivable probablemente menor, y seguramente con crecientes problemas de abastecimiento de agua y energía.La magnitud del desafío parece aúnmás importante si observamos que hoy en día un porcentaje importante de la población mundial presenta padece de dificultades alimentarias, roblemas de malnutrición
Erosión de la diversidad genética
Entre especies• Menos cultivos
Dentro de especies• Elite x Elite menos
fondos genéticos• Reemplazo de
variedades locales– Arroz: 15% ocupado
por landraces– Maíz: 60%– Trigo candeal: 23%– Trigo pan (invernales:
12%; primaverales: 3%)
Gepts, 2006
Guillermo
De acuerdo a Paul Gepts, estamos enfrentando una pérdida de diversidad que se refleja a nivel de número de especies bajo cultivo, y de diversidad dentro de cada una de ellas. Se estiam que en la historia de la humanidad se han utilizado más de 7000 especies, y sin embrago actualmente ese número descendió a 150. Más dramátio resulta considerar que la mayoría de la población humana depende en un 90% de unas 1e especies principales en cultivo.El mejoramiento genético es un proceso secuencial que tiende a concentrar los esfuerzos en cruzamientos entre germoplasma élite, desplazando a las variedades nativas y concentrando la variabilidad en menos fondos genéticos.Paulatinamente las variedades nativas van siendo desplazadas del cultivo y reemplzadas por variedades más productivas y con mayor aptitud. Este reemplazo varía entre especies, pero puntualmnete en el caso del maíz habría reducido la superficie ocupada con landraces o variedades nativas al 60% del área.
Cambios de paradigmas en el mejoramiento.
– Adaptabilidad específica con mayor estabilidad
– Concepto de plantas modelo o ideotipos y caracteres a seleccionar
– Ampliación de la base genética y premejoramiento
– Acortamiento de ciclo de mejoramiento
– Selección fenotípica Selección genotípica
Guillermo
Los avances tecnológicos y la diversidad de demandas que afronta la agricultura obligan a modificar las estrtaegias de los programas de mejoramiento. Estos cambios se traducen, en la práctica, en l adopción de técnicas de mejoramiento que acortan los ciclos de selección y plazos de desarrollo, el mejor entendimiento de la relación genotipo-fenotipo, en la amplitud geográsfica o doiversidad de sistemas productivos a los que los nuevos cultivares están adaptados, y a la incorporación de características genbéticas que confieran mayor estabilidad ante un ambiente menos predecible. En tal sentido el diseño de ideotipos o plantas modelo para cultivo bajo condiciones más específicas puede requerir la ampliación de variabilidad y orientar la búsqueda a material genético no suficientemente aprovechado hasta el momento. La ampliación de la variabilidad genética ha pasado a ser, especialmente en los últimos 20 años, una necesidad reconocida por organismos internacionales, nacionales y empresas de semillas, dando lugar a la implemnetación de programas de PREmejoramiento.
Transferencia o introgresión de genes o combinaciones de genes desde fuentes de germoplasma no adaptado a materiales mejorados (FAO, 1996)
Premejoramiento
Guillermo
Cuando se habla de ampliar la base genética del cultivo, es frecuente el uso del término premejoramiento. La FAO lo define como la introducción de variabilidad desde fuentes de germoplasma no mejorado a materiales mejorados. Dependiendo de la introducción de variabilidad se distingue entre introgresión, cuando se trta de unos pocos genes, e inorporación, cuando la transferencia ocurre en una proporción mayor.Los esquemas de mejoramiento y de premejoramiento responden entoncesm, a objetivos digferentes y sus aspectos operativos son generalmente distintos.En sentido amplio, las fuentes de obtención de variabilidad pueden ser tan diferntes como la consideración de eventos transgénicos hasta las variedades nativas o varieddaes de origen exótico provenientes de regiones de condiciones agroecológicas similares.
• Reducir la vulnerabilidad genética y aumentar la estabilidad de los cultivos
• Mejorar el comportamiento agronómico, productivo y la calidad
• Sostener a largo plazo la respuesta a la selección nivel de variabilidad genética
Enriquecimiento del acervo genético bajo cultivo a partir de Variedades nativas
Guillermo
Si bien cada programa de premejoramiento tiene normalmente objetivos bien específicos, podemos agrupar a estos en tres grandes objetivos.El primero es el de reducir la vulnerabilidad genética en la medida que con la introducción de variabilidad de fuentes mejoradas se aporten alelos que no estén presentes en las colecciones de trabajo de los fitomejoradores y en el gran cultivo. Las variedades nativas pueden servir también como fuente de variabilidad para mejorar la resistencia a enfermedades, a plagas, y aún como donantes de características de calidad de grano que resultan de interés en la industria de transformación.La utilización de variedades locales asociadas a economías de subsistencia por parte de los agricultores podría haber conducido inadvertidamente a la selección de genotipos con mayor estabilidad productiva.La relación entre disponibilidad de variabilidad genética y la respuesta a la selección para productividad, entre otras caracter´sisticas, implica que las variedades nativas podrían contribuir a sostener en el tiempo la respuesta a la selección de los programas de mejoramiento.
Las variedades nativas
• Arreglos de genes con efecto adaptativo a diferentes nichos ecológicos
• Reservorio de alelos útiles en el futuro.
• Coexistencia con patógenos y plagas
• Alelos de resistencias
Guillermo
Las variedades nativas pueden haber acumulado por efecto de la selección natural genes o conjunto de genes que confieren un alto grado de adaptación a condiciones particulares de ambiente. Esa variabilidad genética puede no haber sido útil para mejorar la producción de los cultivos y por lo tanto puede no estar presente en las colecciones de trabajo de los fitomejoradores, pero sin duda tienen un valor estratégico en un contexto de cambio ambiental y nuevas oportunidades de industrialización del grano. Las variedades nativas probablemente hayan compartido su hábitat con microorganismos patógenos e insectos plagas durante períodos de tiempo importantes, y que podrían haber conducido a procesos de co-evolución. Es entonces factible pensar en las variedades nativas como fuente de genes de ressistencia o tolerancia a estos organismos perjudiciales.
Desarrollo de líneas INTA a partir de variedades locales
Línea Origen
P465 Variedad Local coleccionada en Fontezuela, Buenos Aires. Rossi y Petri
LP168 Selección recurrente y endocría en población generada por J .T.Luna derivada de P465 x Material Resistente a Roya Origen EEUU
LP662 Endocría en generación avanzada de Asgrow Ax252
LP605 [(Asgrow Ax252)Sn x ZN6 )] @ LP611 Idem LP168 LP612 Idem LP168
LP613 Idem LP168
LP661 (LP662 x LP611) @ LP563 DK7312 x Calchaquí
Guillermo
Uno ejemplo de la utilidad de variedades nativas en nuestro país es el desarrollo de la línea P465. Esta línea fue una línea pública extensamente usada por los programas públicos y privados de mejorameinto genético en nuestro país, y fué derivada directamente de una variedad coleccionada en la localidad de Fontezuela, cerca de Pergamino. Posteriormente se liberaron en años sucesivos una serie de líneas oficiales, todas versiones de P465 de segundo ciclo y de tercer ciclo. A partir del cruzamiento entre un híbrido comercial y una variedad nativa de raza Calchaquí, con tolerancia al virus del Mal de Río Cuarto se obtuvo recientemente la línea LP563. A este listado deberían agregarse varias poblaciones de cría desarrolladas a partir del cruzamiento y retrocruzamiento de las variedades nativas seleccionadas en el trabajo que presentamos con líneas élite. Estos materiales están listos para ser evaluados como variedades de libre polinización en la zona del NEA y a su vez están siendo utilizadas como fuente de nuevas líneas endocriadas.
Estrategias de corto y largo plazo
Tiempo / Ciclos de selección
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n Balance Corto / Largo Plazo
Nuevo aporte de variabilidad
Guillermo
De acuerdo con sus estrategias, los programas de mejoramiento pueden clasificarse según sus objetivos en programas de corto y de largo plazo. Los primeros adoptan una estrategia de obtención de altas tasas de respuesta resultante de altas intensidades de selección, y el germoplasma de partida son poblaciones de base estrecha y con alto grado de mejoramiento previo. Al cabo de pocos ciclos la respuesta decrece y sólo puede recuperarse con la introducción de nueva variabilidad.En este sentido los programas de mejoramiento a largo plazo, que priorizan el sostenimiento de la respuesta a la selección en el tiempo a partir de germoplasma con escaso grado de mejoramiento previo, o no adaptado, pueden servir como aporte de variabilidad a los primeros.
Algunas Dificultades en el Premejoramiento
Variabilidad vs. Comportamiento
Composición alélica Desequilibrio de ligamiento Interacción G x E Fenotipo – Genotipo
Contribución genética
Desequilibrio por ligamiento
Intercruzamiento de poblaciones con diferentes frecuencias génicas
Objetivos
– Determinar la aptitud de las variedades nativas como fuentes de alelos no presentes en material élite que resulten útiles para el mejoramiento de
• Rendimiento de grano y aptitud forrajera• Estabilidad productiva• Calidad física y química de granos
– Establecer estrategias de utilización
– Analizar la correspondencia entre resultados de Dudley y análisis molecular
Esquema General de Premejoramiento
• Etapa 1.
– Selección de 300 variedades locales de 17 formas raciales en base a antecedentes
• Etapa 2.
– Evaluación de la habilidad combinatoria con dos probadores de base amplia y selección de 20 variedades
• Etapa 3.
– Evaluación mediante diseño de Dudley– Selección y definición de estrategia de utilización
• Etapa 4.
– Desarrollo y utilización de poblaciones de cría
Fuente: Eyhérabide, Ferrer y Hourquescos, 2003. Proyecto Cereales 520201
Variedades Nativas vs. Probador Flint
Variedades Nativas vs. Probador Dent
Variabilidad entre variedades nativas respecto del comportamiento de sus cruzamientos con probadores divergentes
Mejor comportamiento relativo en cruzamientos con probador exótico
Disponibilidad de variabilidad útil en las variedades nativas
Conveniencia de diseñar estrategias de uso que tengan en cuenta los agrupamientos heteróticos
15 de 20 variedades nativas; 5 formas raciales, 9 provincias argentinas
Variedades Nativas incluidas en Etapa 2
Fuente: C. Delucchi, G. Eyhérabide, R. Lorea, D. Presello, M. Otegui, C. López. 2012. Maydica 57 (1): 26-33
Guillermo
Para la etapa 2 se aplicó la metodología propuesta por Dudley para estimar el potencial de las variedades nativas para aportar alelos con efecto de dominancia y que contribuyeran a la productividda y oros caracteres agronómicos que no estuvieran presentes en híbridos simples tomados como referncia de tres patrones de heterosis. En la tabla se presentan algunas de las variedades incluidas en el estudio, provenientess de 9 provincias argentinas y pertenecientes a 5 formas raciales.
Fuente: C. Delucchi, G. Eyhérabide, R. Lorea, D. Presello, M. Otegui, C. López. 2012. Maydica 57 (1): 26-33
Guillermo
Las variedades nativas fueron evaluadas en ocho ambientes en cruzamientos con 5 líneas probadoras, cuyos híbridos simples se tomaron como referencia de tres patrones heteróticos de uso corriente en mejoramiento: Reid vs Lancaster, Flint A x Flint B y Dentado Americano x Flint Argentino.Los mejores 14 cruzamientos de prueba de las poblaciones nativas no mostraron diferencias significativas en rendimiento de grano con em mejor híbrido comercial empleado como testigo.
Interacciones Variedad Nativa x Línea Probadora
Fuente: C. Delucchi, G. Eyhérabide, R. Lorea, D. Presello, M. Otegui, C. López. 2012. Maydica 57 (1): 26-33
Distancias genética (Prevosti) basadas en SSR’s entre variedades nativas y líneas probadoras
Análisis de consenso entre agrupamientos resultantes de medidas de distancia basadas en SSR´s y en interacciones variedad nativa x línea probadora para rendimiento
Fuente: En base a Lorea, R et al. 2007. XXXVI Congreso SAG. Pergamino, Argentina
Guillermo
El grupo de variedades nativas de mejor comportamiento agronómico fueron posteriormente sometidas a evaluaciones de mayor detalle. Entre otros objetivos, por ejemplo, fue posible identificar algunas variedades que eran portadoras de genes favorables para el rendimiento que podrían servir para mejorar líneas coloradas duras de manera de desarrollar híbridos de maíz más productivos. Podemos mencionar a ARZM01042, 06020, 18008, 16064 Similares resultados positivos fueron encontrados con otras variedades nativas respecto de los otros híbridos de referencia.
Variedad Local b1 ACG Rango de b1 ACE ARZM01042 -0.09 -0.20 a +0.30 ARZM01045 +0.06 -0.36 a +0.32 ARZM01073 -0.13 -0.26 a +0.48 ARZM02003 -0.01 -0.23 a +0.45 ARZM02023 +0.12 -0.34 a +0.36 ARZM03014 +0.05 -0.21 a +0.28 ARZM04062 -0.00 -0.38 a +0.36 ARZM06020 -0.06 -0.46 a +0.60 ARZM07134 -0.22 -0.41 a +0.21 ARZM14103 -0.06 -0.43 a +0.40 ARZM16008 +0.05 -0.32 a +0.60 ARZM16064 -0.01 -0.35 a +0.36 ARZM17035 -0.10 -0.38 a +0.37 ARZM18017 +0.17 -0.12 a +0.14 ARZM18037 +0.23 -0.49 a +0.66
Variedades Nativas y Adaptabilidad
Fuente: Eyhérabide, G. et al. 2009. SIRGEALC, Chile
Guillermo
El trabajo de evaluación contempló, además, determinar el aporte que estas variedades podían efectuar al mejoramiento por adaptabilidad y estabilidad del rendimiento. Si bien pudieron identificarse algunas variedades nativas más adaptadas a ambientes favorables o desfavorables, como 18037 y 07134, respectivamente, se encontró que la adaptabilidad dependía fundamentalmente de los efectos de tipo no aditivo, no facilmente capitalizables por selección.
Una medida de estabilidad que resultó altamente correlacionada con los desvíos de la regresión mostrada en el gráfico anterior fue la ecovalencia. De manera similar a lo ocurrido con la adaptabilidad, los efectos génicos no aditivos resultaron de mayor gravitación que los aditivos. Pudieron detectarse variedades nativas que aportarían estabilidad a los cruzamientos, por ejemplo ARZM16064, pero cuyos efectos específicos con cualquiera de las líneas probadoras incrementan la interacción genotipo x ambiente de los cruzamientos. En el extremo opuesto se detectaron variedades nativas como ARZM02003 que tendería a incrementar la inestabilidad de sus cruzamientos, pero sus efectos específicos en cruzamiento con cualquiera de las líneas probadoras contribuyen a la estabilidad. Eso sugiere que si bien la adaptabilidad y estabilidad están genéticamente determinadas, las características de los parentales de los padres no serían suficientes para estimar o predecir la estabilidad de los híbridos resultantes.
Evaluación de cruzamientos de variedades locales para caracteres forrajeros
Fuente: Incógnito, Eyhérabide, Bertoia y López. 2013. Crop Sci. 53:1-11
Guillermo
De manera similar a las evaluaciones respecto del rendimiento de grano, se analizó la aptitud de un grupo de las variedades nativas seleccionads en las etapas previas como fuente de alelos para caracter´siticas de interés forrajero. En este caso rendimiento de materia seca en tallo, materia seca en espiga y digestibilidad in vitro de la materia seca de la espiga.En la tabla superior se estimaron los parámetros de Dudley, así como otros indicadores del mérito de las variedades nativas, como el de mejoramiento neto de Bernardo, límite superior de Gerloff y Smith, y predictor de híbridos de tres vías de Hallauer y Miranda. Las variedades ARZM 03014, 04062, 06020 y 17035 lograron los mejores estimadores para estos parámetros en el caso de considerar dos híbridos de referencia de los grupos Flint Argentino x Dentado Americano, y Dentado SSS y Dentado no-SSS.
Comentarios Finales• Los resultados obtenidos confirman la utilidad del germoplasma nativo
en programas de mejoramiento de maíz
• El esquema seguido para la evaluación y selección de las variedades nativas resultó eficiente para concentrar esfuerzos en aquellas más promisorias, definir estrategias de utilización, y comenzar el premejoramiento
• Aunque la caracterización genotípica permite establecer la variabilidad presente entre y dentro de las variedades, resulta conveniente y necesaria la convergencia de esos estudios con otros de campo siguiendo modelos de genética cuantitativa.
• Los continuos avances en la caracterización y evaluación fenotípica y genotípica, y documentación de los RRGG, es esperable que permitan diseñar mejores estrategias de premejoramiento.
• Resulta fundamental que la conservación , evaluación y aprovechamiento eficiente de los recursos genéticos quede reflejada en políticas públicas acordes con su valor estratégico.
