MEJORAMIENTO DE PLANTASMEJORAMIENTO DE PLANTAS

Ocurre desde que los hombres dejan de ser nómades para ser sedentrarios.

Agricultares comienzan

domesticando y

seleccionando cultivos en

forma empírica.

Hoy cultivares de altos rendimientos son desarrollados por mejoradores para

satisfacer las necesidades de la agricultura moderna y el continuo crecimiento

demográfico

China, Indostán, Asia Central, Asia Menor, región Mediteránea, Abisinia (Etiopía), América Central y región centro occidental de Sudamérica (Perú, Ecuador, Bolivia)

Centros de Centros de OrigenOrigen

(Vavilov, 1926)(Vavilov, 1926)

Origen de algunas especies cultivadas

•300.000 especies de plantas vasculares

•300 especies han sido domesticadas (12% de las familias de plantas)

•menos de 30 constituyen la base alimentaria (Graminae, Leguminosae, Solanaceae, Rosaceae)

Maíz América tropical

Algodón América tropical

Trigo Asia menor

Tabaco América tropical

Avena Asia menor y norte de África

Soya China

Papas América del sur

Tomates América del sur

DomesticaciónDomesticación: Modificaciones genéticas por nuestros antepasados desde hace

10,000 aňosEl hombre por medio de la selecciseleccióónn ha modificado genéticamente los cultivos a partir de plantas silvestres para lograr mejoras.

Teosinte (progenitor silvestre)

Maíz primitivo Maíz moderno

Lechuga silvestre Variedad moderna de lechuga

Zanahoria silvestre Variedad moderna de Zanahoria

Aumento de los rendimientos en Chile en los últimos 40 años

Cultivo 1961 2000 Aumento

Kg/ ha Kg/ ha %

Maíz 1.950 8.850 453

Trigo 1.340 4.054 302

Papa 8.764 17.619 201

Tomate 19.733 57.595 292

Manzanas 8.250 23.148 280

Etapas de los métodos de Mejoramiento Genético

• Obtención y descubrimiento de variabilidad genética.

• Combinación de la variabilidad disponible.• Selección de los individuos con caracteres de

interés.• Reagrupación de genes favorables.• Estabilización fenotípica• Multiplicación de las selecciones.• Distribución y comercialización de las nuevas

variedades para uso de los agricultores

Selección: No crea variabilidad Actúa sobre caracteres heredables

Fenotipo = Genotipo + Ambiente + InteracciónFenotipo = Genotipo + Ambiente + Interacción P = G + E + G x EP = G + E + G x E

Base del Mejoramiento: Variabilidad Genética

HeredabilidadHeredabilidad

Proporción de la variación fenotípica entre individuos atribuible a diferencias genéticas. Grado en que la progenie se asemeja a los padres.

H = Vg / VpH = Vg / Vp

h2 = Va / Vp

Toma valores entre 0 y 1

No Heredable

Heredable

Generación Parental

Mismoambiente

o

Selección y RespuestaSelección y RespuestaSe busca cambia las frecuencias génicas, pero se debe trabajar con varios loci en forma simultánea.

Diferencial de selección (S)Diferencia entre la media de la población y la selección.

Respuesta a la selección (R)Diferencia entre la media de la generación parental y la descendencia de la selección.

R = hR = h22 S S

POBLACIÓN INICIAL

SS

GRUPO SELECCIONADO

RR

PROGENIE DE SELECCIÓN

El fenotipofenotipo de un individuo, de una planta o de una variedad, se refiere a la suma de características que lo identifican.

 Por otra parte, el genotipogenotipo corresponde al arreglo particular de genes de un determinado individuo, planta o variedad. Es la constitución genética total de un organismo, almacenada específicamente en el ADN.

Caracteres CualitativosCaracteres Cualitativos Caracteres CuantitativosCaracteres Cuantitativos Variación en clases Variación continua Sin influencia medio Influenciado por medio Pocos genes ó 1 Generalmente +2 genes Ej: aristas vs sin Ej: altura (cm) rugosa vs lisa peso (gr)

Fenotipo = Genotipo + Ambiente + InteracciónFenotipo = Genotipo + Ambiente + Interacción P = G + E + G x EP = G + E + G x E

Pisum sativumCARACTERES ESTUDIADOSCARACTERES ESTUDIADOSPOR GREGOR MENDELPOR GREGOR MENDEL

18651865(caracteres cualitativos)(caracteres cualitativos)

Caracteres cuantitativos

AUTOGAMIA PANMIXIA (homocigosis) (heterocigosis)

MULTIP. VEG.(clones heterocigotos)

• Plantas Autógamas Líneas puras• Plantas Alógamas Variedades híbridas• Reproducción Vegetativa Genotipos con

características favorables

• Plantas Autógamas Líneas puras• Plantas Alógamas Variedades híbridas• Reproducción Vegetativa Genotipos con

características favorables

• Selección individual• Selección masal• Hibridación Genealógico

Masal

Retrocruzamiento SSD

MEJORAMIENTO DE PLANTAS AUTÓGAMASMEJORAMIENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS

• Hibridación de líneas puras• Selección masal• Retrocruzamiento• Selección recurrente

MEJORMIENTO DE PLANTAS ALÓGAMASMEJORMIENTO DE PLANTAS ALÓGAMAS

• Cruzamientos Selección• Selección de variedades

heterogéneas• Mutaciones inducidas

REPRODUCCIÓN VEGETATIVAREPRODUCCIÓN VEGETATIVA

MEJORAMIENTO DE TRIGO

Determinación de objetivos:

•Resistencia a enfermedades•Resistencia a la tendedura•Altos rendimientos•Calidad panadera•Altos contenidos proteicos•Etc....

MEJORA

GENÉTICA

Fitotecnia

Fisiología

Botánica

Bioquímica

Estadística

Genética

Nueva Variedad

BiotecnologíaFitopatología

MARCADORES MOLECULARESMARCADORES MOLECULARES

PROTEINASPROTEINAS

• Isoenzimas

ADNADN

• RFLP (Random Fragments Length Polimorphism)

• PCR- RAPDs (Random Amplified Polimorphic DNA)

• AFLPs (Amplified Fragment Length Polimorphism)

• Minisatélites o VNTR

• Microsatélites o SSR (Simple Sequence Repeats)

•

A

A

A

a

A

a

A

a a

a¼ ¼½

mutación que produce una proteina corta

PROTEINA PROTEINA PROTEINA

E L E C T R O F O R E S I S D E P R O T E I N A S

BASE MOLECULAR DE BASE MOLECULAR DE LALA

GENETICA MENDELIANAGENETICA MENDELIANA

Genealogía para un gen autosomal

recesivo

FRAGMENTOS DE RESTRICCIÓN POLIMÓRFICOS FRAGMENTOS DE RESTRICCIÓN POLIMÓRFICOS (RFLP’s, Restriction Fragment Length Polymorphism)(RFLP’s, Restriction Fragment Length Polymorphism)

Hind III 3´- T T C G A A – 5´

5´- A A G C T T – 3´ SONDA

INDIVIDUO 1H H H

4 kb 2 kb

4 kb + 2 kb

Hind III

INDIVIDUO 2 4 kb 2 kb

H H

falta !Hind III

6 kb

6 kb

Electroforésis en agarosa

2 kb

4 kb

““LOCUS POLIMÓRFICO”LOCUS POLIMÓRFICO”

REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA ( PCR )REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA ( PCR )

• POLIMERIZACIÓN Tag Polimerasa (72°C)

• POLIMERIZACIÓN

Se producen los fragmentos deseados

Tag Polimerasa

“SE UTILIZA UN TERMOCICLADOR”

• SECUENCIA ORIGINAL DE ADN A AMPLIFICAR

3’5’

• SEPARAR LAS CADENAS CON CALOR. UBICACIÓN DE LOS ‘PRIMERS’

´Primers’ escogidos o creados

• SEPARAR LAS CADENAS CON CALOR. UBICACIÓN DE LOS ‘PRIMERS’

Nuevos ´Primers’

Reacción de RAPD, Partidor OPU – 05

57 Variedades

Termociclador

Muestras de ADN

Aplicaciones de corto plazo

• Identificación de parentales o test de paternidad

• Identificación y protección de variedades

• Certificación de pureza genética en la producción de híbridos

• Monitoreo de fecundación cruzada y autofecundación

• Evaluación de germoplasma y poblaciones de mejoramiento (variabilidad, diversidad, clasificación distancia genética y filogenia)

• Construcción de colecciones nucleares en bancos de germoplasma a partir de estudios sobre diversidad y distancia genética

Aplicaciones de mediano y largo plazo

• Construcción de mapas genéticos de ligamiento

• Mapeo genético de QTL (Quantitative Trait Loci)

• Exploración de locus homólogos en otras especies, a través de mapeo comparativo

• Introgresión de características via retrocruzamiento asistido por marcadores

• Selección y recombinación dirigida de genotipos superiores

• Selección temprana en cultivos perennes

Coefficient

0.49 0.61 0.74 0.87 1.00

Contulmo1 Contulmo2 Contulmo3 Contulmo4 Contulmo5 MarBrava1 MarBrava2 MarBrava3 MarBrava4 MarBrava10 MarBrava5 MarBrava6 MarBrava9 MarBrava7 MarBrava8 Chepu1 Chepu4 Chepu3 Chepu5 Chepu6 Carelmapu1 Carelmapu2 Carelmapu3 Carelmapu5 Carelmapu6 Futrono3 Futrono1 Futrono2 Futrono5 Futrono4 Quellón1 Quellón2 Quellón3 Quellón5 Mocopulli1 Mocopulli2 Mocopulli4 Mocopulli5 Butalcura1 Butalcura3 Butalcura4 Butalcura5 Butalcura2 Quemchi9 Quemchi22 Quemchi6 Quemchi1 Quemchi5 Quemchi11 Quemchi19 Quemchi17 Quemchi23 Quemchi10 Quemchi21 Quemchi20 Quemchi16 Quemchi18 Quemchi14 Quemchi12 Quemchi13 Quemchi24 Quellón4 Cucao2 Mocopulli3 Cucao1 Chepu2 Carelmapu4 Manzanar1 Manzanar3 Manzanar5 Manzanar8 Selva Chandler

Type I

Type III

Type IV

Type II

Type I

F.ananassa

Filogenia para accesiones de Fragaria Mapa genético de tomate

CULTIVO DE TEJIDOS

Composición general:• Fuente de Carbono (azúcares)• Macronutrientes (N, K, etc)•Micronutrientes (Fe, Cl, etc)•Vitaminas•Agente gelificante (para medios sólidos)•Reguladores de crecimiento (hormonas vegetales)•Otros compuestosUSOS

Prpopagación masiva Rescagte de embrionesCultivo de meristemas (saneamiento de virus)Cultivo de anteras (producción de plantas haploides)Embriogenesis somáticaTransformación

TRANSFORMACIÓN GENÉTICA

A. tumefaciens

TRANSFORMACIÓN GENÉTICA

Biobalística

Transformación de Plantas

Biobalística o

Agrobacterium

Mejoramiento Genético

Color Postcosecha

Resistencia a Patógenos

MEJORAMIENTO GENÉTICO DE PLANTAS CON TRANSFORMACIÓN GENÉTICA

Insectos

Resistencia a Herbicidas

Esterilidad Sexual

Calidad del Producto

Hongos BacteriasMaterna

Paterna

Roundup

Listo

PLANTAS QUE HAN SIDO TRANSFORMADAS GENÉTICAMENTE

AbetoAcelgaAlfalfaAlgodónAlamoArabidopsisArrozArvejaCamoteCaña de azucarCebadaCentenoClavelCrisantemoEspárrago

EucalyptusFrambuesaFrutillaKiwiLechugaLirioMaízManíManzanaMaravillaOrquideaPapaPapayaPetuniaPera

PinoPlátanoPorotoPoroto de soyaRemolachaRepolloRosaSorgoTabacoTomateTulipánTrigoVidesZanahoriaZapallo

GENES UTILIZADOS Y CARACTER CONFERIDO EN

PLANTAS TRANSGÉNICASTipo de gen utilizado en

transgénesisCaracter que confiere a la

planta

Toxina de Bacillus thuringensis

Proteína de la cubierta viral

Quitinasas, glucanasas de plantas y de otros organismos

Lisozima humana y de cerdo. Otros péptidos bactericidas

Genes cuyos productos afectan la biosíntesis de aminoácidos, o la fotosíntesis

Genes cuyos productos afectan la biosíntesis del etileno, o la formación de pared celular

Resistencia a Insectos

Resistencia a Virus

Resistencia a Hongos

Resistencia a Bacterias

Resistencia a Herbicidas

Retraso maduración de frutos

Glifosato

Bromoxinil

GUS

CONTROL

Aire Etileno

Edad (días

)

50

53

56

59

70

ANTISENTIDO

Aire Etileno

Edad (días

)

57

59

63

67

70