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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
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Década
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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)