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07/12/2012

1

Curso CYTED “Ecofisiología de cereales de invierno”

EEMAC, Paysandú, 5-7 diciembre de 2012

Bases genéticas del desarrollo.

Mejoramiento por ajuste fenológico

Ariel Castro

EEMAC, Facultad de Agronomía, Universidad de la República

• LOS CULTIVOS DE INVIERNO EN EL SISTEMA AGRICOLA ACTUAL

• GERMOPLASMA DISPONIBLE

• BASES GENETICAS

• PERSPECTIVAS

PRODUCCION

LIMITANTES

CARACTERES CLAVES

Fisiología/Manejo

PRACTICAS MEJORADAS

Genomica

GERMPLASMA MEJORADO QTL

Mejoramiento

PRODUCCION

MEJORADA

ESPEC. VARIETAL

PRODUCCION

MEJORADA

Principales cambios en

cereales de invierno en

Uruguay en los últimos

años.

0

200.000

400.000

600.000

800.000

1.000.000

1.200.000

1.400.000

1.600.000

1.800.000

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

Are

a d

e s

iem

bra

(h

a)

Inv VerRel Invierno-Verano

60-40

40-60

Hoffman, elaborado a partir de DIEA -MGAP

2011

Hoffman, elaborado a partir de DIEA-MGAP

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

550000

600000

1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008 2012 2016

Are

a (

has)

Cebada

Trigo

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

4.000

19

68

19

71

19

74

19

77

19

80

19

83

19

86

19

89

19

92

19

95

19

98

20

01

20

04

20

07

20

10

20

13

Are

a (

ha

s)

b = 55,3

R2 = 0,71

CV = 29

%

Hoffman, elaborado en base a DIEA-MGAP

2011

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/1/15/Electropherogram_trace.jpg

07/12/2012

2

Evolución e importancia de la siembras de pasturas asociada a los

cultivos de invierno en Uruguay. F: DIEA – MGAP 2010

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

CEBADA

SOJA

SOJA

SORGO

TRIGO

Promedio de temperaturas mensuales en cinco regiones agrícolas del Uruguay

Promedio 30 años (1975-2005)

07/12/2012

3

Incremento de la proporción de ciclos largos en las siembras de trigo y cebada

14

29 33

60

80

100 100100

40

20

0

00

86

71 67

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1998 2004 2006 2007 2008 2009 2010 2011

Pro

porc

ión d

e tota

l de c

ulti

vare

s

cara

cte

rizados (

%)

C.largo C. Medio y C. Medio-Cortos (b)

22

13,7

8,6 86,9

3,7 3,4 3,2 2,7 2,4 2,2 2,1 2

0

5

10

15

20

25

Ba

gu

ette

11

No

ga

l

Ba

gu

ette

19

INIA

Do

n A

lbe

rto

Inia

Ca

rpin

tero

Ba

gu

ette

9

Bio

inta

10

01

Kle

in C

ha

ja

Ba

gu

ette

13

INIA

Ma

dru

ga

do

r

Bio

inta

30

00

Atla

x

INIA

Tije

reta

Pro

po

rció

n (

%)

59,2 %

(a)

Proporción del área sembrada 2010 por cultivar

Trigo

Proporción de cultivares de ciclo largo

Cebada

Ciclos largos

Fecha ultima helada

1/10 1/9

1/91/9

15/9

Adaptado: Caorsi, 1982

M A M J J A S O N D

CEBADA

TRIGO

Grupo1

(Clipper)

Grupo 2

Quebracho

Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

Rendimiento 4878 5438 5749 5743 5937

Biomasa Total (Kg/ha) 11555 12524 11562 12038 13801

Índice de Cosecha 0.374 0.412 0.440 0.424 0.385

Espigas/m-2 615 638 523 648 640

Granos/espiga 16.6 17.9 19.1 21.1 22.0

Peso de mil granos (g) 47.2 48.6 48.6 47.8 47.7

Ciclo a espigazón 74.6 73.2 80.4 84.4 78.1

1a.+2a. 91.0 96.0 91.3 91.1 90.9

Castro et al., 1997

07/12/2012

4

Emergencia -Espigazón Espigazón-Madurez

1992 1993 1992 1993

Tº media 13.5 13.5 18.1 19.7

Precipitación 177 63 96 268

Nº heladas 21 19 1 0

Duración 80 78 34 34

Castro et al., 1997

Grupo1

(Clipper)

Grupo 2

Quebracho

Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5

Rendimiento 3587 3661 3676 3846 3556

Biomasa Total (Kg/ha) 8646 8704 8570 8735 9549

Índice de Cosecha 0.365 0.370 0.377 0.385 0.328

Espigas/m-2 535 551 550 523 510

Granos/espiga 16.3 16.6 18.5 18.3 17.8

Peso de mil granos (g) 43.2 45.7 40.4 40.0 37.7

1a.+2a. 90.7 94.8 86.6 84.3 80.2

Castro et al., 1997

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

CEBADA

TRIGO

FOTOP

VERN

S.TERM

SE Z20 Z30 Z65 MF

TILLERING ELONGATION GRAIN FILLING

07/12/2012

5

Mayor T°

SE Z20 Z30 Z65 MF


ANT + Tardía

Siembra Tardía

↓ Tamaño y peso de grano

(↓ Rendimiento e IC)

SE Z20 Z30 Z65 MF


ANT + Temp.

Llenado + largo

↑ Tamaño y peso de grano

(↑ Rendimiento e IC)

GDC (ºC d) 0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 200 400 600 800 1000 oCd

-1

pe

so

gra

no

(m

g)

0

0.02

0.04

0.06

0.08

0.1

0.12

tc (m

g oC

d-1 )

Crecimiento de Grano

Antesis MF

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

Pro

po

rció

n d

e l

a v

ari

ació

n

exp

licad

a

Duración Tasa máxima Momento de

tasa máxima

PG = 0.017D + 44.816TM + 0.078MTM

(r2 = 0.65, n = 87)

Fuente: Kemanian y Viega. 1997

07/12/2012

6

2004 15 de mayo

0

5

10

15

20

25

30

35

78 81 84 87 90 93 96 99 102 105

Días a emergencia de aristas

Fre

cu

en

cia

2003 15 de julio

0

5

10

15

20

25

30

63 66 69 72 75 78 81 84


Fre

cu

en

cia

2004 1 de setiembre

0

10

20

30

40

50

60

52 54 57 60 63 66


Fre

cu

en

cia

BARONESSE

BARONESSE

BARONESSE

BCD 47

BCD 47

BCD 47

ANTESIS

1H 2H 3H 4H

GMS21 0.0

Bmac213

Bmac399 15.3

Bmag770 63.7 HVM20 64.2 Bmac090 64.8 Bmag504 65.3

Bmac032 88.9

HvHVA1 0.0

45 cM

Bmac134 0.0

HVM36 33.9

EBmac684 0.0 Bmac093 1.3

Bmag125 49.7

GBM1047 0.0

HVM54 22.1 EBmac415 23.2

33 cM

32 cM

Distance based on SCRI map

5H

Bmac316 0.0

Bmag500 29.7

Bmag173 80.5 Bmag009 81.0

6H 7H

HvWaxy4a 0.0

EBmac603 26.4

HVCMA 0.0

HvACL3 14.2 Bmag507 17.2

Bmag120 48.5

Ris44 88.2

Bmac156 129.6

Bmag135 144.7

35 cM

Bmag337 0.0 Bmac096 4.5 GBM1039 6.3

GMS061 0.0

Bmag222 31.0

GMS001 90.4

Bmag105 Bmag005

85 cM

Bmac209 0.0 Bmag138 3.1 Bmag136 3.6

Bmag603 4.0

Bmag225 30.5

Bmag606 72.1

Bmag013 106.3

Bmac067

HVM40 0.0

Bmac181 57.1 Bmac030B 60.7

MWG2180 68.5

Bmac310 75.0

EBmac788 112.2

ABG54 122.0 baal29j18red 122.7 HvMLO3 126.0

GBM1015 141.1

Bmag419 148.6 HvSnf2 153.1 HdAmyB 158.1

ANTHESIS

YIELD

HARVEST INDEX

GRAINS/M²

GRAIN WEIGHT

GRAIN PLUMPNESS

PLANT HEIGHT

TILLERS/M²

Castro et al., 2008, 2009

BARONESSE X BCD47

Peso de

grano

Tamaño de

grano

Julio 17, 2003 -0.616 -0.611

Junio 15, 2004 -0.554 -0.634

Agosto 1, 2004 -0.618 -0.590

Julio 12, 2005 -0.660 -0.670

Agosto 31, 2005 -0.621 -0.567

Correlaciones fenotípicas con fecha de antésis (BARONESSE/BCD47)

Alelos presentes

Ciclo

PMG

P12 QTL 2H QTL 3H

BCD47 Baronesse 73.1 47.5 86.1

BCD47 BCD47 77.4 43.5 76.3

Baronesse Baronesse 77.3 43.4 74.1

Baronesse BCD47 81.6 38.8 60.2

Baronesse 80.5 42.3 77.8

BCD47 83.9 44.3 65.5

07/12/2012

7

FENOLOGIA EN LA POBLACION BCD47/BARONESSE

• Dos QTL responsables de la mayor parte de la variación (2H y 3H)

• Genes: eps2S y denso

• Completa aditividad

• ¿Posibilidad de continuar la acumulación de alelos favorables?

• ¿Especificidad en los efectos?

Población Henni/Meltan (Borras et al., 2010)

• Ciclo a Antesis

• Periodos analizados: Fase de iniciación de hojas y espiguillas (FHE), Fase de

elongación (FEl)

• Emergencia de hojas, filocron, dinámica de macollaje

SE Z20 Z30 Z65 MF


FHE FEL

CL HENNI

CL MELTAN

FHE

FHE

FEL

FHE

FHE

FEL

CL HENNI

07/12/2012

8

0

10

20

30

40

50

60

0

0.0

5

0.1

1

0.1

7

0.2

3

0.2

9

0.3

5

0.4

1

0.4

7

0.5

4

0.5

8

0.6

2

0.6

8

0.7

4

0.8

0.8

5

0.9

1

0.9

7

1.0

3

1.0

9

1.1

5

1.2

1

1.2

6

1.3

2

1.3

8

1.4

4

1.5

1.5

6

Distancia (cM)

LR

ANT

Ciclo a Floración Llenado

EB

ma

c6

84

0

.0

Bm

ac0

93

1

.3

Bm

ag1

25

4

9.7

Bm

ac2

09

0

.0

Bm

ag1

38

3

.1

Bm

ag1

36

3

.6

Bm

ag6

03

4

.0

Bm

ag2

25

3

0.5

Bm

ag6

06

7

2.1

Bm

ag0

13

1

06

.3

Bm

ac0

67

CROMOSOMA 2Hb CROMOSOMA 3H

Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

0

10

20

30

40

50

60

0

0.0

5

0.1

1

0.1

7

0.2

3

0.2

9

0.3

5

0.4

1

0.4

7

0.5

4

0.5

8

0.6

2

0.6

8

0.7

4

0.8

0.8

5

0.9

1

0.9

7

1.0

3

1.0

9

1.1

5

1.2

1

1.2

6

1.3

2

1.3

8

1.4

4

1.5

1.5

6

Distancia (cM)

LR ANT

Emer.T1


EB

ma

c6

84

0

.0

Bm

ac0

93

1

.3

Bm

ag1

25

4

9.7

Bm

ac2

09

0

.0

Bm

ag1

38

3

.1

Bm

ag1

36

3

.6

Bm

ag6

03

4

.0

Bm

ag2

25

3

0.5

Bm

ag6

06

7

2.1

Bm

ag0

13

1

06

.3

Bm

ac0

67


Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0

0.0

5

0.1

1

0.1

7

0.2

3

0.2

9

0.3

5

0.4

1

0.4

7

0.5

4

0.5

8

0.6

2

0.6

8

0.7

4

0.8

0.8

5

0.9

1

0.9

7

1.0

3

1.0

9

1.1

5

1.2

1

1.2

6

1.3

2

1.3

8

1.4

4

1.5

1.5

6

Distancia (cM)

LR ANT

Z20-Z30


EB

ma

c6

84

0

.0

Bm

ac0

93

1

.3

Bm

ag1

25

4

9.7

Bm

ac2

09

0

.0

Bm

ag1

38

3

.1

Bm

ag1

36

3

.6

Bm

ag6

03

4

.0

Bm

ag2

25

3

0.5

Bm

ag6

06

7

2.1

Bm

ag0

13

1

06

.3

Bm

ac0

67


Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

0

10

20

30

40

50

60

0

0.0

5

0.1

1

0.1

7

0.2

3

0.2

9

0.3

5

0.4

1

0.4

7

0.5

4

0.5

8

0.6

2

0.6

8

0.7

4

0.8

0.8

5

0.9

1

0.9

7

1.0

3

1.0

9

1.1

5

1.2

1

1.2

6

1.3

2

1.3

8

1.4

4

1.5

1.5

6

Distancia (cM)

LR ANT

Z30-ANT


EB

ma

c6

84

0

.0

Bm

ac0

93

1

.3

Bm

ag1

25

4

9.7

Bm

ac2

09

0

.0

Bm

ag1

38

3

.1

Bm

ag1

36

3

.6

Bm

ag6

03

4

.0

Bm

ag2

25

3

0.5

Bm

ag6

06

7

2.1

Bm

ag0

13

1

06

.3

Bm

ac0

67


Emerg-Z20 Z20-Z30

Z30-Antesis

07/12/2012

9

HEADING DATE GRAIN FILLING

EB

ma

c6

84

0

.0

Bm

ac0

93

1

.3

Bm

ag1

25

4

9.7

Bm

ac2

09

0

.0

Bm

ag1

38

3

.1

Bm

ag1

36

3

.6

Bm

ag6

03

4

.0

Bm

ag2

25

3

0.5

Bm

ag6

06

7

2.1

Bm

ag0

13

1

06

.3

Bm

ac0

67

CHROMOSOME 2Hb CHROMOSOME 3H

SE-Z20 Z20-Z30 Z30-Z65

eps2S denso

SE Z20 Z30 Z65 MF


GEN GEN GEN GEN

Proyecto: INIA-FPTA (2007-2010)

Caracterización genómica del germoplasma de cebada, por variables de calidad

maltera, agronómicas y sanitarias.

77 GENOTIPO

VARIEDADES USADOS EN URUGUAY (1930-2005)

FUENTES DE CALIDAD

ANCESTROS

LINEAS EXPERIMENTALES

SNPs (1033, Illumina BOPA1)

0

5

10

15

20

25

30

18 28 38 48 58

Duración (Días)

Fre

cu

en

cia

2009A

2009B

2010A

2010B

Llenado de grano

0

5

10

15

20

25

30

40 55 70 85 100 115 130

Duración (Días)

Fre

cu

en

cia

2009A

2009B

2010A

2010B

Ciclo a antesis

07/12/2012

10

0

10

20

30

40

50

60

10 20 30 40 50

Duración (Días)

Fre

cu

en

cia

2009A

2009B

2010A

2010B

Emergencia - Z20

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 10 20 30 40 50 60

Duración (Días)

Fre

cu

en

cia

2009A

2009B

2010A

2010B

Z30 - Antesis

0

5

10

15

20

25

30

0 10 20 30 40 50 60

Duración (Días)

Fre

cu

en

cia

2009A

2009B

2010A

2010B

Z20 - Z30

Descomposición y variaciones de las subfases a antesis Epoca 1

Bowman

Quebracho

Clipper

FNC 6-1

Palomar

Perún

CLE 178

Dephra

Epoca 2

0 250 500 750 1000 1250 1500 1750

Quebracho

Clipper

Palomar

Bowman

FNC 6-1

Perún

CLE 178

Dephra

tiempo térmico (°Cd)

Sub-fase IH Sub-fase IE Sub-Fase CE

Duración del ciclo siembra floración y de las sub-fases iniciación de hojas (IH), iniciación de

espiguillas (IE) y crecimiento de espiguillas (CE), según cultivar y época de siembra en el año

1998 (González y Xavier, 2000).

Mayor T°

SE Z20 Z30 Z65 MF


ANT +Tardía

SIN VENTAJAS



07/12/2012

11

SE Z20 Z30 Z65 MF


SIN VENTAJAS EN NÚMERO DE MACOLLOS

ASOCIACIÓN CON MÁXIMO DE ESP/ESPIGA

ANT +Tardía

Mayor T°



SE Z20 Z30 Z65 MF


FERTILIDAD DE ESPIGUILLAS Y TALLOS

ANT +Tardía

Mayor T°



Importancia relativa en la determinación de NEF

0

0.5

1

NMP PEF

impo

rtan

cia

rela

tiva

NEF = 1,57.10-5

* NMP0.70

* PEF0.85

0.4

0.6

Figura 29 b

Importancia relativa del número máximo de primordios (NMP) y el

porcentaje de espiguillas fértiles (PEF), en la determinación del número

de espiguillas fértiles por espiga al momento de antesis (Viega et al.,

2000).

SE Z20 Z30 Z65 MF


ES POSIBLE?

07/12/2012

12

Ppd-H2

Ppd-H1

denso

Blenheim/Kym

Harrington/TR306

Igri/Danilo

Steptoe/Morex

Gobernadora/CMB

Harrington/Morex

Dicktoo/Morex

Chevron/M69

Vada/L94

T.Prentice/V.Gold

Blenheim/E224

Blenheim/Kym

Cali/Bowman

Gerbel/Heriot

BCD47/Baronesse

Halcyon/Sloop

Alexis)Sloop

Chebec/Harrington

Arapiles/Franklin

Tallon/Kaputar

Henni/Meltan

Vrn-H3

Vrn-H2

Vrn-H1

eam8

eps2S

eps3L

eam9

eps4L

eps5L

eps6L.1

eps6L.2

eam7

eps7S

HvCO1

eps7L

E – Z20

E – Z30

E – ANT

E – MFISIOL

MACOLL.

ENCAÑ.

LLENADO

2H

11_111100,0

11_2126528,4

11_1042252,511_1152253,511_2138855,011_2074856,311_1099757,511_1079658,211_2047658,911_2066959,911_1120662,811_2058563,511_1143064,211_2116666,811_2111067,511_2114469,3

11_11111123,3

2

58.2 58.9 59.9

62.8 63.5

66.8 67.5 69.3

52.5 53.5 55.0 56.3

TA

MA

ÑO

DE

GR

AN

O

PE

SO

DE

GR

AN

O

AN

TE

SIS

LL

EN

AD

O D

E G

RA

NO

1H

2H

3H

4H

5H

6H

7H

E – Z20

E – Z30

E – ANT

E – MFISIOL

MACOLL.

ENCAÑ.

LLENADO

07/12/2012

13

SE Z20 Z30 Z65 MF


ES POSIBLE PERO

REQUIERE MUCHA

INFORMACION

M A M J J A S O N

LLENADO DE GRANO S

D

N

CEBADA

SOJA

SOJA

SORGO

TRIGO

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

F. Siembra (dias pos-1 de Mayo)

Re

nd

imie

nto

(k

g.h

a-1

)

N S

Mayo Junio Julio

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

6000

6500

7000

16

-a

br-1

1

23

-a

br-1

1

30

-a

br-1

1

7-m

ay-1

1

14

-m

ay-1

1

21

-m

ay-1

1

28

-m

ay-1

1

4-ju

n-1

1

11

-ju

n-1

1

18

-ju

n-1

1

25

-ju

n-1

1

2-ju

l-1

1

9-ju

l-1

1

16

-ju

l-1

1

23

-ju

l-1

1

Re

nd

imie

nto

(k

g.h

a-1

)

> 65%

Rendimiento de los 5 mejores cultivares de trigo (2003-2010)

Rendimiento de trigo vs. fecha de siembra (2011)

Relevamiento 1989 chacras

(Hoffman et al., 2011)

07/12/2012

14

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