CAPITULO IX.MÉTODOS PARA LA GENERACIÓN DE HÍBRIDOS.

9.1. La heterosis en la hibridación

El fenómeno de la heterosis ha sido el pilar fundamental para el desarrollo y

producción de híbridos. La heterosis es definida por Falconer (1970) como el

comportamiento de la progenie más allá de los límites impuestos por los progenitores lo

que permite que los híbridos adquieran un valor agronómico y que pueda ser expresado

con base en el promedio de los progenitores o con base en el promedio del mejor

progenitor (heterobeltiosis). La heterosis es de mayor significancia durante la F1,

disminuyendo en la F2 por efecto de la segregación de genes que genera nuevos

genotipos diferentes al observado en la F1.

La mayoría de los estudios involucran la dominancia y la sobre-dominancia como

los mecanismos causantes de la heterosis, pero estudios recientes revelan que el

ligamiento de genes y epistasis pueden jugar un rol importante (Budak y col., 2002). La

hipótesis de la dominancia sugerida por Davenport (1908), establece que la heterosis

resulta de la acción complementaria y acumulativa de genes dominantes, mientras que

la hipótesis de sobredominancia propuesta por Shull (1908), establece que ese vigor se

debe a la condición heterocigota en sí.

La heterosis puede ser expresada de diferentes formas, dependiendo del criterio

usado para comparar el comportamiento de un híbrido utilizándose los términos de

heterosis media, (con base en el promedio de los progenitores), heterosis útil (con base

en el promedio de un testigo estándar comercial) y heterobeltiosis (con base en el

promedio del mejor progenitor). Desde el punto de vista práctico, la heterosis útil es la

más importante, porque permite desarrollar híbridos deseables superiores a los

genotipos comerciales existentes en los sistemas de producción actual (Espitia y col.,

2006). Miranda (1999), afirma que la expresión de la heterosis es menor en

cruzamientos entre poblaciones de polinización abierta de base genética amplia. Alam y

col. (2004) señalan que es mejor expresar la heterosis no solo en comparación con los

valores parentales sino también con un buen genotipo testigo, dado que la heterosis en

los cruzamientos de variedades poco productivas no tiene interés comercial.

Méndez-Natera y col. (1997) encontraron que en algodón (G. Hirsutum L.) la se

manifiesta positivamente para el diámetro del tallo, altura de planta y número de ramas

fructiferas, y en forma negativa para el porcentaje de fibra. Esto confirma la posibilidad

de utilizar la hibridación en este cultivo para generar cultivares de mayor potencial

productivo. En los programas destinados a obtener híbridos de maíz (Z. mays L), el

conocimiento de las relaciones genéticas entre las líneas es de gran utilidad para la

planificación de los cruzamientos que darán origen a los híbridos (Betrán y col., 2003).

Para facilitar el uso de la heterosis y predecir el comportamiento de los híbridos

es necesario el establecimiento y uso de líneas divergentes que logren manifestar

heterosis en sus combinaciones híbridas (grupos heteróticos). Una forma de

clasificación utilizada por el mejorador tradicional es a través de la aptitud combinatoria,

la cual ha presentado grandes resultados (Fan y col., 2003). Soengas y col. (2003)

mencionan que cuando se utiliza un grupo de probadores divergentes en cruzas de

prueba, se puede estimar la distancia genética de las líneas involucradas y estas

pueden ser clasificadas en diferentes grupos heteróticos basándose en el

comportamiento de las cruzas y los probadores.

Esta tarea ha sido necesaria porque no se ha podido correlacionar

suficientemente el comportamiento propio de las líneas con el comportamiento de la

progenie híbrida para caracteres importantes agronómicamente, principalmente

rendimiento (Hallauer, 2000). Malacarne y San Vicente (2003) lograron clasificar el 87%

de las líneas tropicales blancas del Centro internacional de Mejoramiento de Maíz (Z.

mays) y Trigo (T. aestivum) (CIMMYT) en dos grupos heteróticos: "A" y "B", los cuales

poseen un uso potencial en los programas para el desarrollo de híbridos en Venezuela.

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La posibilidad de producir semilla híbrida en un cultivo depende de que se

manifieste un alto grado de heterosis al cruzar las líneas puras al existir un evidente

contraste entre ellas ttal como es reportado por Baena y col. (2003) en tomate.

9.2. Heterosis vs endocría

El efecto de la endocría depende del tipo de planta con la que se este

trabajando. En las plantas alógamas, de condición naturalmente heterocigota, la

autofecundación posee un efecto negativo sobre el comportamiento de las plantas

autofecundadas conocido como depresión por endocría (Benson y Hallauer, 1994).

En el maíz (Z. mays), por ejemplo, los resultados de algunas autofecundaciones

son desastrosas (fig. 22) y pueden causar una reducción en el vigor y porte de la planta

en el rendimiento de grano, la altura de mazorca, y un incremento en la floración

femenina en las diferentes poblaciones así como un retrazo en la maduración con la

posible extinción de la variedad (Hallauer, 1989; Paterniani, 1978). Los efectos

negativos de la endocría en las plantas alógamas son debidos a la manifestación de

genes recesivos, algunas veces perjudiciales, (Allard, 1960). El efecto negativo de la

endocría tiende a ser suprimido gracias a la expresión de la heterosis en el cruzamiento

híbrido (fig. 23).

García y col. (2004) estudiaron el efecto de la endocría en poblaciones tropicales

de maíz (Z. mays) asumiendo que para el rendimiento de grano y altura de planta es

posible que hayan sido mayormente favorecidos los efectos de dominancia, mientras

que para altura de mazorca es probable que hayan sido los efectos aditivos los más

favorecidos.

Como regla general, la endogamia en especies alógamas conduce a una pérdida

de vigor, sin embargo, esto no parece estar generalizado. De acuerdo a Allard (1960)

en la cebolla (Allium cepa) aparecen pocos genes recesivos con efectos perjudiciales y

rara vez el vigor de las líneas disminuye tal como curre en el maíz. El girasol

(Helianthus annuus) y el centeno (Secale cereale) son otras especies alógamas

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tolerantes a la autofecundación. Sin embargo, Singh y Singh (1976) mencionan que el

pimentón (Capsicum annuum), manifiesta efectos negativos de la endogamia que causa

depresión en la calidad de las semillas producidas.

Figura 22. Planta de maíz (Z. mays) con cuatro generaciones de autofecundación (S4)

manifestando efectos por la endocría.

Figura 23. Manifestación de heterosis en un híbrido de maíz (Z. mays) generado por el cruce de dos plantas S4.

75

9.3. Etapas en la formación de un híbrido

La formación de hibridos en cultivos propagados por semilla involucra las

siguientes etapas:

Inducción de líneas puras.

Evaluación de la capacidad combinatoria (CC) en las líneas formadas.

Cruzamiento entre líneas seleccionadas.

a. Inducción de líneas puras.

En esta etapa se busca obtener plantas homocigotas con caracteres favorables a

la formación del híbrido. Para esta inducción se utilizan los métodos para líneas puras

(Cap. VIII) siendo, según Hallauer (1990) el método de pedigrí el más usado. Al trabajar

con plantas autógamas se considera que la homocigosis se induce naturalmente por la

autofecundación natural mientras que en las plantas alógamas se debe realizar la

autofecundación durante el proceso de selección. La estrategia utilizada en este tipo de

plantas dependerá de los tipos florales presentes (hermafroditas, masculinas o

femeninas). En el maíz (Z.mays L.) la autofecundación se realiza colectando el polen de

la espiga en una bolsa de papel para luego ser llevado a la inflorescencia femenina (fig.

24) tomando todas las precauciones para evitar la contaminación con polen no

deseado.

Las líneas generadas deben mantenerse en campos de multiplicación para su

posterior utilización en la formación de híbridos. Las líneas autógamas se mantienen

gracias a la autopolinización natural y las líneas alógamas deben mantenerse en

campos aislados con polinización libre ya que de no existir alguna fuente externa de

contaminación podrán mantener su genotipo inalterado.

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Figura 24. Autofecundación del maíz (Z. mays L.). El polen tomado de la inflorescencia masculina es llevado a la femenina.

b. Evaluación de la Capacidad Combinatoria (CC).

Posterior a la inducción de líneas se realiza la evaluación de la CC general y

específica de acuerdo a las definiciones establecidas por Sprague y Tatum (1942)

cuando utilizaron el sistema de cruzamientos dialélicos en maíz (Z. mays). Ellos definen

el término de CC general como el comportamiento promedio de una línea en

combinaciones híbridas, y el término CC específica para designar aquellos casos en

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que ciertas combinaciones se comportan relativamente mejor o peor de lo que debería

esperarse en base al comportamiento promedio de las líneas consideradas.

Para la estimación de la CC es necesaria la utilización de plantas denominadas

como probadores o tester’s los cuales pueden ser genéticamente de base amplia

(poblaciones, variedades o híbridos dobles) cuando se trabaja con CCG y de base

estrecha (líneas puras o híbridos simples) cuando se trabaja con CCE (Vega, 1988). El

probador seleccionado para estimar la CC general debe ser del área donde se cultivará

el híbrido

La CC se estima realizando cruzamientos con el probador. Para la CCG se utiliza

el cruzamiento Top-cross tal como lo sugiere Davis (1927) que consiste en realizar

todos los cruces posibles rodeando a la línea con el probador garantizando que este

proporcione suficiente polen para lograr la máxima fecundación. La CCE se estima

realizando cruzamientos dialélicos entre las diferentes líneas puras seleccionadas

previamente por tener una buena CCG. El sistema de cruzamientos dialélicos es

definido por Hayman (1954) como el conjunto de todos los cruzamientos posibles entre

varios genotipos, mencionando que proporciona un medio valioso para determinar los

méritos de las posibles combinaciones híbridas. Su utilidad depende de las

posibilidades de realizar muchos cruzamientos en una especie, la cual es plenamente

favorecida en plantas alógamas.

c. Cruzamiento entre líneas seleccionadas.

Una vez seleccionadas las líneas, se procede al cruzamiento entre ellas para la

formación de un híbrido simple (línea-línea). Para esta etapa se debe disponer de un

campo aislado y libre de cualquier planta compatible con el cultivo que se quiera

hibridizar para evitar cualquier contaminación con polen indeseado. Una vez

establecido quien será la línea materna y la línea paterna, se procede a la siembra en

hileras identificadas.

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Los cruzamientos entre líneas se realizan utilizando técnicas o mecanismos para

evitar posibles autofecundaciones entre las líneas a hibridizar, como lo son la

emasculación (eliminación del androceo) o la androesterilidad (esterilidad de la gameta

masculina). Para la utilización de cualquier alternativa se debe establecer la posibilidad

biológica o económica en el cultivo y de los posibles efectos ambientales sobre la

misma.

La proporción de líneas hembra y macho (relación F/M) en un campo de

hibridación va a depender de cantidad de polen que genere la planta. Debido a que la

semilla híbrida es colectada en las líneas hembras, se debe tratar de utilizar el mayor

número de hileras femeninas, sin afectar la capacidad de polinización al utilizar pocas

hileras macho. La siembra de hileras identificadas se realiza en forma intercalada de

acuerdo a la proporción definida, la cual puede ser de 3:1 o 2:1 (hembra:macho) de

acuerdo a la capacidad polinizadora de la especie. Al utilizarse relaciones mayores se

corre el riesgo de no formar suficiente semilla híbrida por falta de polen. También debe

considerarse la sincronía en la floración de las líneas a cruzar para garantizar la

polinización de todas las plantas femeninas en campo. Si no hay sincronía se debe

sembrar primero la línea que florece más tarde para que haya coincidencia de floración.

Lo anteriormente descrito solo se da cuando se considera la utilización de un

híbrido simple, generado por el cruzamiento de dos líneas puras, tal como lo propuso

Shull (1908) trabajando con maíz (Z. mays L.). En Venezuela, Bejarano (2003) reporta

la generación del primer híbrido simple de maíz (Z. mays L.) amarillo denominado

FONAIAP 1 con rendimiento medio de 6984 kg ha -1. El híbrido FONAIAP 1 es un

cultivar de cruza simple de grano semiduro, constituido por las líneas A: 80-

SUWAN1FHC65-4-2-#-# y B: 92-POB 36 CV HC 144-2-2-B-#*4-I-#. La línea A proviene

de la variedad Suwan 1, de grano amarillo semicristalino, introducida desde Thailandia

y la línea B fue derivada de la línea 92-POB 36 CV HC 144-2-2-B-#*45, recibida del

CIMMYT.

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La formación de híbridos también puede involucrar varios cruzamientos (fig. 25)

generándose los híbridos dobles al cruzar dos híbridos simples (Jones, 1918), híbridos

triples con el cruzamiento de un híbrido simple y una línea pura (Stephens y Lanhr,

1948) o híbridos intervarietales que poseerán una amplia base genética por el

cruzamiento de dos variedades. Esta condición favorece la gran adaptabilidad de este

tipo de cultivar a un amplio rango de condiciones ambientales.

x

Línea A Línea B

Híbrido simple AB

Híbrido simple AB

x

Línea C

Híbrido triple ABC

Híbrido simple AB

x

Híbrido simpleCD

Híbrido dobleABCD

Figura 25. Tipos de híbridos de acuerdo al cruzamiento realizado.

Troyer, (1996) menciona que la producción de maíz (Z. mays L.) en Venezuela

estuvo basada en la utilización de híbridos dobles o de tres líneas debido al bajo

rendimiento de las líneas disponibles para ese momento, las cuales al ser cruzadas

generaban un bajo nivel de heterosis. Una vez que fueron desarrolladas líneas más

vigorosas y productivas se obtuvo un considerable incremento en los rendimientos de

los híbridos simples lo que motivo a su formación gracias a la incursión del Instituto

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Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INA) tomando como base el programa de

híbridos dobles generando suficientemente semilla para que la producción pudiera ser

rentable.

Con las líneas generadas también es posible la formación de las variedades

sintéticas, las cuales son definidas por Poehlman (1959) como una población derivada

del entrecruzamiento de varias líneas puras y mantenida por polinización libre. El uso

de estas variedades se remonta desde la década de los 10´ cuando Hayes y Garber

(1919) sugieren su uso en maíz (Z. mays L.) y poseen la gran ventaja de haber sido

generadas de líneas en las cuales se estimo la CC a diferencia de las variedades

alógamas.

9.4. Utilización de líneas androestériles y restauradoras de fertilidad en la hibridación

Gracias a la existencia de los genes de androesterilidad en algunas especies es

posible la formación de líneas androestériles y restauradoras de fertilidad para la

realización de la hibridación a gran escala sin recurrir a la emasculación. Existen dos

tipos de androesterilidad de acuerdo al lugar donde este presente la información que

condiciona esta característica. La androesterilidad génica esta controlada por la

información presente en el núcleo, designada generalmente por los alelos rf mientras

que la citoplasmática por la información presente en el citoplasma, designada como S.

Al combinar la información del núcleo y citoplasma es posible la generación de las

diferentes líneas a utilizar durante la híbridación.

a. Línea androestéril (A). Corresponde a la línea en la cual se incorpora la

esterilidad nuclear y citoplasmática por lo que se utiliza como línea materna al estar en

capacidad de solo recibir polen en la hibridación.

b. Línea mantenedora (A´). Corresponde a la línea A en la cual se incorpora la

fertilidad citoplasmática. Esta línea es generada para garantizar el mantenimiento de la

línea A necesarias para la hibridación debido a que, debido a su androesterilidad, no

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pueden mantenerse por si solas. Al momento de realizar el cruzamiento la línea A es

utilizada como madre y la A´ como padre generándose líneas A androesteriles que se

utilizaran, por lo tanto, como hembras en la hibridación con la línea B o línea

restauradora de fertilidad.

c. Línea restauradora (B). Corresponde a la línea en la cual se incorpora la

fertilidad nuclear independientemente del componente citoplasmático para garantizar

que la descendencia obtenida a partir del cruce con la línea A androesteril presente

fertilidad. La utilización de esta línea es fundamental en la formación de híbridos cuyo

producto comercial sea la semilla. En el caso de hortalizas, cuyo producto comercial

corresponde a partes vegetativas de la planta, se puede utilizar líneas B con fertilidad

citoplasmática al no importar que la descendencia originada por hibridación produzca

semilla.

Las líneas pueden ser convertidas en androestériles mediante la retrocruza en la

cual el padre donante es una fuente de androesterilidad y el padre recurrente es la línea

a la cual se quiere incorporar la androesterilidad.

El éxito obtenido en maíz (Z. mays L.) con el uso de la androesterilidad

citoplásmica y el descubrimiento del mismo mecanismo en la cebolla (A llium cepa),

aceleraron enormemente su búsqueda en cultivos de interés para la hibridación. En

girasol (H. annuus) fue posible el descubrimiento de la primera de fuente de

androesterilidad citoplásmica, designada cmsPET1, a partir del cruzamiento entre una

introducción de H. petiolaris y el girasol cultivado (2n=2x=34) realizado por Leclercq

(1969).

El siguiente esquema resume la utilización de estas líneas durante la formación

de un híbrido simple:

82

9.5. Estimación de rendimientos en híbridos dobles y triples

Durante la hibridación comercial es posible la estimación de los rendimientos de

todos los posibles híbridos dobles y triples a formar con base en los rendimientos de los

híbridos simples formados, seleccionándose aquellos híbridos que puedan expresar un

rendimiento superior. Jenkins (1934) propuso un método de estimación al existir una

buena correlación entre la productividad del híbrido doble (A x B) x (C x D) y la media

de las productividades de los cuatro híbridos simples (A x C), (A x D), (B x C) y (B x D)

es decir (AxC)+(AxD)+(BxC) +(BxD) /4.

De acuerdo a anterior, para la estimación de rendimientos de híbridos dobles o

triples se debe promediar el conjunto de híbridos simples formados por la combinación

de líneas incluidas en los parentales. Este procedimiento se realiza para todos los

posibles híbridos simples, triples o dobles que se puedan formar a partir de las líneas

disponibles.

Línea ALínea A´

(mantenedora)

Línea A(♀)

X

Línea B(♂)X

AB(Híbrido comercial)

Línea B X Línea BReproducción delíneas en parcelas

aisladas

Híbridación

83

9.6. Mejoramiento de líneas

Todos los programas de obtención de híbridos deben, en algún momento de su

desarrollo, iniciar el reciclaje de las líneas endocriadas. Una razón puede ser que se

haya explotado todo el potencial de las poblaciones heteróticas disponibles y que el

programa no cuente con recursos para generar más. El reciclaje proporciona un

mecanismo para obtener líneas nuevas y mejoradas para un carácter específico.

Las líneas generadas para la hibridación pueden ser mejoradas aplicando los

siguientes métodos:

a. Cruzamientos entre líneas, autofecundación y selección

Consiste en cruzar entre sí las líneas que muestren complementariedad para

determinados caracteres fácilmente identificables y seleccionables durante el proceso

de autofecundación, como por ejemplo resistencia a enfermedades. La selección

aplicada luego del cruzamiento puede ser masal, de pedigrí o cualquier método de los

indicados para la inducción de plantas homocigotas a partir de la selección de

generaciones segregantes (F2).

b. Retrocruzamiento

Se utiliza para incorporar a una línea un carácter deseable presente en otra u

otras de acuerdo al procedimiento ya descrito (Cap. III). La retrocruza fue considerada

como base para el desarrollo del método conocido como mejora convergente.

c. Mejora convergente

En este método, propuesto por Richey (1927) se mejoran las líneas sin modificar

su aptitud combinatoria específica. Las líneas seleccionadas son cruzadas entre si y

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posteriormente se realiza la retrocruza varias veces por las dos líneas A y B.

Posteriormente se seleccionan, en las descendencias en que actúe la línea A como

genitor recurrente los buenos caracteres de la línea B y recíprocamente, en los que

actúe la línea B como recurrente, los buenos caracteres de la línea A. Luego de varias

generaciones de retrocruzamiento, las descendencias se autofecundan para

seleccionar dos nuevas líneas A' y B' semejantes a las originales, pero incorporando

algunos buenos caracteres más.

d. Selección gamética

Este método propuesto por Stadler (1944), es realmente una modificación de la

evaluación temprana y consiste en cruzar una buena línea consanguínea con una

muestra al azar de polen, procedente de una variedad de polinización abierta. La

descendencia producida es autofecundada y a su vez evaluada mediante cruzamiento

con un probador preestablecido. Se seleccionarán las plantas cuyas pruebas de

cruzamiento den los mejores resultados, pues indudablemente serán las que han sido

fecundadas por polen superior (de ahí el nombre de selección gamética).

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