Variedades Híbridas

Esquema general de

mejoramiento genético de

especies alógamas

• Una o Varias Poblaciones a Mejorar

Aptitud Combinatoria General

Cruza de Padres con Aptitud

Combinatoria Específica Superior

Variedades de Variedades Variedades

Polinización libre Sintéticas Híbridas

Desarrollo de Híbridos

Población Base

Obtención y desarrollo de

líneas endocriadas

Selección de Líneas

Evaluación de Aptitud Combinatoria

Evaluación de Híbridos experimentales

Híbrido

Mejoramiento

de Líneas

Aspectos en el desarrollo de

Híbridos

• Utilización de la endocría para

aumentar la variabilidad genética

• Selección de líneas endocriadas

superiores

• Explotación de la Heterosis

Desarrollo de Líneas

Endocriadas

• Fuentes de Material

• Obtención de Líneas Endocriadas

• Evaluación de la Aptitud

Combinatoria

• Aptitud Combinatoria General

• Aptitud Combinatoria Específica

Fuentes de Material

• Variedades de polinización libre

• Híbridos (F2)

• Variedades sintéticas

• Líneas de segundo ciclo

Porcentaje de esfuerzo para el desarrollo de líneas

endocriadas de acuerdo a diferentes fuentes de

germoplasma en USA

Fuente de Germoplasma % de Esfuerzo

Poblaciones de base amplia 15

Poblaciones de base estrecha 16

Poblaciones con endocría 14

Cruza entre líneas elite 39

Poblaciones derivadas de retrocruzas

17

Porcentaje de esfuerzo para el desarrollo de líneas

endocriadas de acuerdo a diferentes fuentes de

germoplasma en USA

Fuente de Germoplasma % de Esfuerzo

Poblaciones de base amplia 15

Poblaciones de base estrecha 16

Poblaciones con endocría 14

Cruza entre líneas elite 39

Poblaciones derivadas de retrocruzas

17

Obtención de líneas

endocriadas

• Selección por pedigrí

• Parcela Unica (Single Hill)

• Descendencia de Semilla Unica (SSD)

• Doble Haploides

• Líneas de segundo ciclo

Selección por pedigrí

• También conocida como

procedimiento clásico o estándar

es comúnmente empleada en maíz

y en otras especies alógamas,

comprende las siguientes etapas:

1 Año

P.O. Selección de

plantas y

autofecundación

2 Año Parcelas con semilla

S1. Selección y

autofecundación

1 2 3 ....... ....n

Idem 4 - 6 generaciones

Líneas Endocriadas

(Homocigotas)

6 - 7 Años

Descendencia de Semilla

Unica (SSD)

• Avanzar combinaciones híbridas hacia

endocría

• Una semilla es cosechada de cada planta

• Puede ser conducida en invernadero / contraestación

• No se practica selección durante la endocría

• Se mantiene la variabilidad presente en F2 (si no hay fallas en la germinación o muerte de plantas)

1 Año

P.O.

Autofecundación

2 Año Parcelas con semilla

S1. Autofecundación

Dos generaciones por año

Líneas Endocriadas S6/S7

(Homocigotas) 3 Año

ECR a Campo

Doble Haploides

• La mayor ventaja de los haploides en la

mejora genética vegetal es que un

individuo haploide puede ser duplicado,

permitiendo la inmediata obtención de

completa homocigosis.

P1 x P2

F1 Cultivo artificial

de granos de polen

Plantas Haploides

Tratamiento con colchicina (Duplicación)

Plantas 2n Homocigotas

Transplante a campo y selección

Líneas de segundo ciclo

Nueva población con alta

frecuencia de alelos favorables

Obtención de líneas de 2° Ciclo

Líneas

elite

parentales

Nuevos Híbridos

X

Aspectos relacionados con la

obtención de líneas de 2do. ciclo

• Aumento de la consanguinidad entre las líneas

• Menor heterosis

• Menor rendimiento en los híbridos resultantes

• Una solución a este problema es la formación de grupos de líneas, por ejemplo sobre la base de una aptitud combinatoria equivalente, y cruzar entre sí líneas que pertenezcan a distintos grupos, llamados grupos heteróticos.

Población Base

Obtención y desarrollo de

líneas endocriadas

Selección de Líneas

Evaluación de Aptitud Combinatoria

Evaluación de Híbridos experimentales

Híbrido

Mejoramiento

de Líneas

Evaluación de Líneas

Endocriadas

Evaluación de Líneas

• Aptitud Combinatoria General

• Aptitud Combinatoria Específica

Aptitud Combinatoria

• Objetivo

Identificar líneas que en

combinaciones con otras

producirán híbridos superiores

Evaluación de la Aptitud

Combinatoria General

• Consiste en la evaluación del comportamiento de líneas en cruzas con un probador (Tester) común

• Las F1 se prueban en distintos ambientes

• Evalúa la varianza genética aditiva de cada línea

• Permite descartar líneas de pobre comportamiento en cruzas en etapas tempranas de la endocría (S2; S3)

Aptitud Combinatoria General

• Es el comportamiento promedio de

una línea en una serie de cruzas o

híbridos

Obtención de cruzas para ACG

Líneas S2-S3

(despanojadas) Tester

ECR con las F1 (línea x tester)

en 2 -4 localidades

Selección de líneas con superior ACG

1° Año

2°-3° Años

Germoplasma a utilizar como probador

o tester

• Variedad de polinización libre

• Compuesto de amplia base

• Variedad sintética

• Generaciones avanzadas de un híbrido

Características del probador o

tester

• Emplear probadores con alelos recesivos en los loci para los cuales se practica selección

• Emplear probadores de comportamiento inferior para los caracteres a seleccionar

• El empleo de diferentes probadores permite agrupar a las líneas por su ACG en grupos heteróticos.

Evaluación de la Aptitud

Combinatoria Específica

• Consiste en la evaluación del comportamiento de líneas endocriadas (S6...Sn) en todas la combinaciones posibles (Dialélico)

• Las F1 se prueban en distintos ambientes

• Evalúa la varianza genética de dominancia

• Permite cuantificar la heterosis en las distintas cruzas

• La mejores cruzas constituyen los híbridos experimentales

Obtención de Cruzas para ACE

A B C D E

A * A x B A x C A x D A x E

B * B x C B x D B x E

C * C x D C x E

D * D x E

E *

**

Figura 1. Efectos de ACG para PG en 6

líneas de maíz **: significativo al 1%

**

*

*

*

*

**

**

**

** **

** **

**

**

*

*

Figura 4. Efectos de ACE para PG en 15 Híbridos de maíz. **: significativo al 1%

**

**

**

**

**

**

**

Número de cruzas simples y dobles de acuerdo

al número de líneas

Líneas

Top Cross

Cruza Simple

(Híbrido Simple)

Cruza Doble (Híbrido Doble)

5 5 10 15

10 10 45 630

20 20 190 14535

100 100 4950 11763625

n n n(n-1)/2 3n(n-1)(n-2)(n-3)/24

Predicción del Rendimiento

• Objetivo

Estimar a partir de cruzas simples el rendimiento potencial de híbridos triples y dobles

• A partir de la evaluación de ACE se dispone de datos sobre los híbridos simples

• Si se dispone de 4 líneas (A, B, C y

D)

• Podemos realizar 6 cruzas simples:

• A x B; A x C; A x D; B x C; B x D y

C x D

• A partir de los cuales podemos

obtener 3 cruzas dobles:

• (A x B) x (C x D); (A x C) x (B x D)

y (A x D) x (B x C)

• El rendimiento del híbrido doble

(A x B) x (C x D)

Depende del promedio del

rendimiento de las cruzas no-

parentales

• Híbrido Doble: (A x B) x (C x D)

(A x C)+(A x D)+(B x C)+(B x D)/4

• Híbrido Triple: (A x B) x C

(A x C) + (B x C)/2

Mejoramiento de Líneas

Endocriadas

Retrocruzamiento

Mejoramiento Convergente

Retrocruza

• Objetivo: mejorar una línea deficiente en uno

o dos caracteres

• Para la transferencia de uno o dos caracteres

de herencia simple

• El padre recurrente es la línea que necesita

ser mejorada y el padre no recurrente es el

que actúa como donante del carácter

deseado

• Después de repetidas retrocruzas el genotipo

dominante es fijado por autofecundación.

• Características que pueden ser mejoradas vía retrocruza son la resistencia a enfermedades, altura de espiga, madurez, etc.., es decir caracteres que puedan ser identificados con razonable precisión a campo.

• En general el método de retrocruza es predecible y adecuado aunque un método conservador de mejorar líneas endocriadas

Padre Recurrente(R)

Variedad ComercialSusceptible

Padre Donante (D)Raza, ecotipo

Resistente

P1 aa x AA

F1 Aa x aa 50% R

RC1 aa Aa x aa 75% R

RC2 aa Aa x aa 87,5% R

RC3 aa Aa x aa 93,75% R

RC4 aa Aa x aa 96,87% R

RC5 aa Aa x aa 98,43% R

Autofecundación Aa

AA Aa aa

AA AA Aa aa

Mejoramiento Convergente

• Mejorar las líneas de un híbrido sin afectar el

comportamiento del mismo.

• Consiste en retrocruzar la F1 por ambos

progenitores.

• En la segregación se seleccionan los mejores

genotipos y se autofecundan

• Se obtienen líneas isogénicas.

• Estas líneas se utilizan para obtener los

híbridos modificados

Mejoramiento Convergente

Híbrido

P1 x P2

Retrocruza Retrocruza

P1 x (P1 x P2) P2 x (P1 x P2)

P1 x (P1 x P2) P2 x (P1 x P2)

Autofecundación

P1* P2*

Híbridos modificados

• Los híbridos modificados consisten en cruzamientos en

donde uno o ambos progenitores son líneas emparentadas

(líneas hermanas o que poseen un progenitor común en su

ascendencia), con un grado de parentesco variable.

• Se han utilizado principalmente por problemas de

producción de semilla, ya que los progenitores son más

vigorosos que las líneas endogámicas debido ala

manifestación de cierto vigor híbrido en la cruza.

Comportamiento de las

líneas

• Correlación entre caracteres exhibidos

por las líneas y en los híbridos.

• En general las correlaciones son no

significativas y/o de baja magnitud,

sobre todo para productividad.

El valor real de una línea debe ser

demostrada en los híbridos en

que participa

• La baja correlación entre líneas e

híbridos obliga a mantener una gran

cantidad de líneas para aumentar la

probabilidad de obtener híbridos

superiores.

Rendimiento de híbridos simples y

promedio de sus líneas parentales

HS

LP

Diferentes clases de híbridos

Híbrido Pedigree

Top Cross Línea x Población

Híbrido Simple A x B

Híbrido Simple

Modificado

(A x A’) x B

(A x A’) x (B x B’)

Híbrido Triple (A x B) x C

Híbrido Triple

Modificado

(A x B) x (C x C’)

Híbrido Doble (A x B) x (C x D)

Líneas endocriadas Híbrido

HS HT

HD TC

Híbridos no convencionales

• Población x Población

– Poblaciones de buenas características agronómicas

– Presencia de vigor en la F1

– De fácil producción

– Menos costosas que producir un híbrido convencional

– Se les denomina también híbridos intervarietales

– Para zonas marginales para el cultivo y donde los agricultores no posean la capacidad económica y de manejo para cultivar híbridos convencionales.

Híbridos no convencionales

• Línea endocriada x Población (top cross)

– Se pueden seleccionar líneas que posean

un comportamiento sobresaliente en la

prueba de ACG y, utilizar la F1 como una

variedad para distribuir a los agricultores.

Requerimientos para la

producción de semilla híbrida

• Manifestación de Heterosis en al F1

• Eliminación de polen fértil de la línea

madre

• Transferencia del polen del macho a la

hembra

• Producción económica de semilla híbrida

Mecanismos para la obtención de semilla

híbrida

• Dioecia

• Castración manual

• Gametocidas

• Incompatibilidad

• Machoesterilidad

Cultivos híbridos y métodos de

polinización

Cultivo Cultivo Cultivo

Maíz V Alfalfa I Zapallo I

Sorgo V Remolacha V Melón M

Trigo V Cebolla I Pepino M

Canola V I Coliflor I Berenjena M

Girasol I Repollo I Espinaca V

Arroz V M Tomate M Pimiento M

Algodón I M Sandía M Zanahoria I

V: viento, I: insectos; M: manual

Obtención de Híbridos Dobles en

Maíz utilizando CMS

Línea 1 x Línea 2 Línea 3 x Línea 4

(S)rfrf

estéril

(F)rfrf

fértil

(S)rfrf

estéril

(F)RfRf

fértil

HS1: (S)rfrf

Estéril

HS2: (S)Rfrf

Fértil

HD

(S)rfrf estéril

(S)Rfrf fértil

x

x x

Relación entre líneas para la

producción de semilla híbrida

Cultivo Línea

productora de

semilla

Línea

polinizadora

Sorgo 3 1

Maíz 2 / 4 1

Girasol 2 / 7 1

Trigo 1 / 3 1

Número de parcelas necesarias para la

producción de diferentes tipos de híbridos

Híbrido Emasculación manual

Empleo de esterilidad

Simple 3 4

Simple modificado

5 6

Triple 7 6

Triple modificado

7 9

Doble 7 9

Variedades Híbridas

• Ventajas

Heterosis o Vigor híbrido

Combinar caracteres de distintos

progenitores

Cultivares uniformes

Mayor producción

Protección de los derechos del

mejorador

Variedades Híbridas

• Desventajas

• No es posible la propagación por parte de

los agricultores

• Mayor vulnerabilidad a epidemias

• Mayores requerimientos

• Mayor costo por semilla

• Menor tiempo de cosecha: problemas de

comercialización y almacenamiento

Criterios a considerar para el empleo

de variedades híbridas

• Disponibilidad de semilla para la siembra • En el tiempo correcto

• En el lugar adecuado

• Semillas en óptimas condiciones

• Adecuación a la producción local y a la demanda del consumidor

• Disponibilidad de condiciones adecuadas de almacenamiento

• Sistema de mercadeo bien organizado

• Servicios de extensión para la guía de los agricultores

• Sistemas de precios (regulaciones gubernamentales)

Híbridos Dobles vs Híbridos

Simples

• Ventajas – Flexibilidad genética

– Protección de las líneas endocriadas

– Se pueden combinar mas genes

– Relativamente menor depresión en F2

• Desventajas – Uniformidad reducida

– Vigor híbrido reducido

– Deben ser mantenidas mas líneas

– Procedimiento de mejora mas complicado

– Problemas con el empleo de CMS o incompatibilidad

Variedades Híbridas en Autógamas

• Problemas

• Técnicas de cruzamiento laboriosa

• Poca producción de semillas

• Ausencia de fuentes de macho esterilidad

• Falta de heterosis

Estrategias comerciales para la

explotación de la heterosis

• Los híbridos deben satisfacer las

necesidades del cliente.

• El retorno a la inversión debe ser, al menos,

3 veces el costo de la semilla híbrida.

• El precio de la semilla híbrida debe ser

suficientemente alto para permitir un retorno

del 10-15% (compañías privadas), y permitir

una inversión del 5 – 10% de las ventas para

investigación.

Integrar variables - clave para el

éxito

1. Sistema de polinización del cultivo

2. Opciones para manipular el sistema de polinización

3. Costo de la emasculación u otros preparativos para la hibridación

4. Rendimiento del cultivo

5. Valor comercial del cultivo por unidad de tierra

6. La producción de semillas del cultivo

7. El rendimiento en semillas en el campo de

producción de semilla híbrida.

8. El rendimiento extra esperado debido a la

heterosis

9. La uniformidad del híbrido

10.Facilidad de mejorar el cultivo para otros

caracteres (ej.: tolerancia)

11.Facilidad de demostrar la superioridad del

híbrido

12.Disponibilidad de líneas públicas o privadas.

Bibliografía

• Allard, R. W., 1960. Principios de la mejora genética de las

plantas. Ed. Omega, Barcelona, 498 pp.

• Cubero, J.I., 1999. Introducción a la Mejora Genética Vegetal.

Mundiprensa, Madrid, 365 pp.

• Falconer, D.S., 1981. Introducción a la Genética

Cuantitativa.2nd Ed. Longman Inc. New York., 430 pp.

• Hallauer, A.R., J.B. Miranda, F.O., 1988 Quantitative Genetics in

Maize Breeding. 2nd ed., Iowa State University Press, Ames,

IA, USA

• Marrewijk, G.A.M., 1994. Flowering biology and hybrid varieties.

I Flowering and pollination. Wageningen Agricultural University,

Wageningen, 132 pp.