MEJORAMIENTO GENÉTICO

• “La ciencia cuyo objetivo es cambiar el genotipo, mejorándolo por un medio determinado y según el aprovechamiento para el que se vaya a destinar de acuerdo con las necesidades del hombre" (Frankel 1958).

Mejoramiento Genético Vegetal

• “La utilización de un sistema organizado de manipulación genética para modificar una especie vegetal, con el fin de hacerla más útil o aceptable para un uso específico“ (Johnson 1981).

• "El arte y la ciencia de mejorar el genotipo de las plantas en relación con su utilización económica“ (Smith 1986).

• El mejoramiento genético vegetal es esencialmente una elección hecha por el hombre de las mejores plantas, escogidas dentro de una población en la cual exista variabilidad bajo selección (Sanchez Monge, 1993).

Prerrequisitos

• La existencia de variabilidad o bien la capacidad para crearla es el primer requisito de todo programa de mejoramiento.

• La capacidad de detectar dicha variabilidad, o lo que es lo mismo, la habilidad del mejorador para observar las diferencias, que puedan tener valor económico entre plantas de la misma especie y/o la existencia de técnicas capaces de medirlas.

• La capacidad para manipular dicha variación para producir un nuevo cultivar estable.

La evolución del mejoramiento genético vegetal

• Comenzó con el inicio de la agricultura sedentaria y la domesticación de los primeros cultivos. Ej. cereales, eliminación de características indeseables como la dehiscencia o la latencia de sus semillas.

• Al principio en forma inconciente e intuitivamente

• Luego aplicando métodos empíricos

Rendimiento en grano de maíz en diferentes décadas en el mismo ambiente

0

1

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1930 1940 1950 1960 1970

Década

Ren

dim

ien

to t

n/h

a

Líneas endocriadas Híbridos simples

Paralelismo entre las prácticas fitotécnicas y los procesos evolutivos

Mecanismo evolutivo Práctica Fitotécnica

1 Hibridación espontánea Cruzamiento artificial

2 Introgresión Retrocruzamiento

3 Poliploidía Inducción de poliploides

4 Haploidía Inducción y utilización de haploides

5 Aneuploidía

Adición y sustitución cromosómicas, series aneuploides, etc.

6 Mutación Inducción de mutaciones

7 Migración Introducción de germoplasma

8 Mantenimiento de la heterocigosis Utilización de la heterosis

9 Especialización, flexibilidad Adaptación, estabilidad

10 Selección natural Selección artificial

1-7 Mecanismos de creación de variabilidad genética8-9 Mantenimiento de la variabilidad genética10 Mecanismo de ajuste de la variabilidad genética

Sistemas de reproducción

  Reproducción Sexual   Reproducción Asexual

  Autogamia Alogamia   Vegetativa Apomictica

Polinización   Predominantemente autopolinización

Predominantemente cruzada

  ………….. ………….

Cosntitución genotípica normal

  Homocigota Heterocigota   Altamente heterocigota

Altamente heterocigota

Constitución genética de las poblaciones

  Mezcla de líneas puras

Caracterizadas por frecuencias génicas y genotípicas

  Mezcla de clones Mezcla de clones

Origen de la variabilidad genética

  % de alogamia, mutaciones, hibridación artificial

Segregación y recombinación por cruzamiento naturales o controlados, mutaciones

  Mutación somática, segregación y recombinación por reproducción sexual

Mutación somática, segregación y recombinación por reproducción sexual

Mecanismo natural de control de la polinización

  Cleistogamia Casmogamia, dioecia, monoecia, dicogamia, autoincompatibilidad y androesterilidad

 

…………..

Fallas en la meiosis y/o fecundación

Respuesta a la consanguinidad

  Ninguna Depresión más o menos pronunciada del vigor general

  Depresión más o menos pronunciada del vigor general

Depresión más o menos pronunciada del vigor general

Objetivo final del mejoramiento

  Obtención de líneas puras

Híbridos o variedades sintéticas

  Clones mejorados …………..

¿Cómo diferencias plantas autógamas de alógamas?

Autógamas: Cebada Garbanzo Lechuga  

  Avena Soja Pimiento  

  Arroz Lino Tabaco  

  sorgo Festuca Tomate  

  Trigo Algodón Escarola  

Alógamas: Maíz Olivo Trébol Blanco Batata

  Centeno Pera Espárrago Girasol

  Manzana Ciruela Mora Perejil

  Higo Alfalfa Apio Nabo

  Uva Lotus Pepino  

  Mango Melilotus Rábano  

Ejemplos:

Objetivos del control de la polinización

• Obtener el tipo de cruzamiento deseado

• Obtener semilla pura para usos comerciales

Técnica de cruzamientoObjetivo: colocar polen funcional de planta macho sobre estigmas receptivos en El momento oportuno para producir el cruzamiento deseado

Técnica general :

Emasculación de botones florales

Aislamiento

Colocación del polen sobre el estigma

Verificación del cruzamiento

Objetivos del mejoramiento genético

• Domesticación de especies silvestres

• Extensión de áreas de cultivo

• Incrementar los rendimientos

• Mejorar la calidad: -comercial

-industrial

Instrumentos básicos

Selección de individuos o familias a partir de germoplasma genéticamente variable

Apareamiento de materiales seleccionados para obtener la generación siguiente

La efectividad de la selección depende de:Herencia –tipo-

Sistema de reproducción

Vías de evolución de las especies cultivadas

3 categorías principales

y no

mutuamente excluyentes

Variación Mendeliana

(mutación génica - recombinación)

Poliploidía(reduplicación de

juegos cromosómicos)

Hibridación Interespecífica(cruzas de especies

taxonómicas distintas - introgresión)

POLIPLOIDES: terminología

• 2n: número cromosómico de las células somáticas • n: numero cromosómico de los gametos• x: numero de cromosomas de un genoma (número básico)

Ejemplo

Triticum urartu: 2n = 2x = 14 (AA)

Gametos: n = x = 7

Triticum aestivum: 2n = 6x = 42 (AA BB DD)

Gametos: n = 3x = 21 (A B D)

POLIPLOIDIA en la Naturaleza

• Ocurre en ambos reinos• Mas común en vegetales

– Talofitas y Pteridofitas– Gimnospermas 4.5% (sequia – alerce – pino)– Angiospermas 35%

• Poligonáceas – Rosaceas – Malvaceas – Gramíneas – Iridaceas• Fagáceas – Moraceas - Cucurbitaceas• Salicáceas - Compuestas – Liliaceas -Ranunculeaceas

• Distribución según --- % de sps poliploides Herbáceas perennes herbáceas anuales leñosas

--- distribución geográfica aumenta con la latitud

--- mayor en monocotiledoneas

Origen de la POLIPLOIDIA

• Espontánea• Sps experimentales• Gametos no reducidos• Fecundación simultanea de gameto ♀ x dos ♂• Formación de quimeras• Frecuencia baja (0.3/1000)

• Inducida• Regeneración de plantas (solanaceas)• Choques térmicos• Sustancias químicas (colchicina – óxido nitroso)• Fusión de protoplastos

POLIPLOIDÍA ARTIFICIAL EN LA MEJORA DE PLANTAS

• Mayor % de éxito reproductivo

N° cromosómico bajo

Alogamia como sistema reproductor

Aprovechamiento vegetativo

Consecuencias Fenotípicas del aumento de Ploidía

• Aumento del tamaño celular

• Ciclo de crecimiento mas largo

• Aumento del tamaño de órganos

• Menor número de células

• Menor contenido de materia seca

• Menor fertilidad

2n 4n

6n

Aumento de tamaño de estomas

Flor poliploide y flor diploide (Arabidopsis)

Especies del género Primula se han originado por poliploidía a partir de Primula floribunda

Tipos de POLIPLOIDES

• ANEUPLOIDES

• EUPLOIDIA

– Monoploides -Triploides

– AUTOPOLIPLOIDES

– ALOPOLIPLOIDES

• ALOPOLIPLOIDIA SEGMENTAL

• AUTO-ALOPOLIPLOIDIA

• ANFIPLOIDES

Tipos de POLIPLOIDIA

• AUTOPOLIPLOIDES: Cuando todos los

cromosomas proceden de una misma

especie. Cada set adicional de cromosomas

es idéntico a la especies parental. El diploide

AA se convierte en un tetraploide AAAA.

Todos los cromosomas son homólogos y los

genomios poseen homología

Tipos de PoliploidesAutopoliploides

Ejemplos:

4x 6x

Papa Batata

Alfalfa

Café

AUTOTETRAPLOIDE

• Especie cuyo aprovechamiento es la semillaej: centeno

• Especie cuyo aprovechamiento es el fruto. Comestibles

De uso industrial

ej: uvas, manazas

especies con aprovechamiento de partes vegetales

ej : forrajeras, brasicaceas

AUTOTRIPLOIDE

• Especie naturales• Té – mora – crisantemo – manzanos en USA

• Remolacha TRIPLOIDE Obtención: 4n x 2n

Mas raíz y contenido de azúcar

Sandia TRIPLOIDE Obtención: autotetraploide x diploide

Fecundación necesaria para inducir formación de

frutos

Tipos de POLIPLOIDES

• ANEUPLOIDES

• EUPLOIDIA

– AUTOPOLIPLOIDES

– ALOPOLIPLOIDES

• ALOPOLIPLOIDIA SEGMENTAL

• AUTO-ALOPOLIPLOIDIA

• ANFIPLOIDES

POLIPLOIDES: ALOPOLIPLOIDES

• Los cromosomas provienen de la hibridación de dos

especies diploides distintas seguida por una

posterior duplicación del número de cromosomas.

• Los diferentes genomios no se aparean entre si (los

genomios son homólogos)

• Tipos:

• Alotetraploides

• Alohexaploides

Obtención de un Alotetraploide

X Sps 2

2n = 6

Sps 1

2n = 4

Alotetraploide: 4n = 10FERTIL

Fertilización de gametos

No reducidos (diploides)

Híbrido INFERTIL

AA BB

AB

AABBDuplicación cromosómica

EVOLUCION DEL TRIGO• La formación del trigo

pan (ALOHEXAPLOIDE)• Hibridización de especies

distintas y 2 errores meióticos.

• Primer producto fue “emmer”.

• Las letras A, B & D representan cromosomas que pudieron ser localizados en una especie en particular.

• T. aestivum contiene cromosomas derivados de tres distintos ancestros.

Alopoliploidía en Brassica

Usos de la Poliploidía en Mejoramiento

• Objetivo: Nivel de Ploidía óptimoAumento de rendimientoAumento de la calidad nutritivaAumento del tamaño de órganosMayor probabilidad de éxitos si:

Órgano cosechado no es semilla Nivel de ploidía de partida es bajo Alógamas (recombinación posterior) Ciclos de selección cortosEj: ray grass y trébol rojo

• Objetivo: Nivel de ploidía imparEsterilidadEjemplos: Banana (3x) – Sandía sin semillas (3x)