Fuentes de Variabilidad

Recombinación

Fuente primaria de variabilidad genética para especies de reproducción sexual. Se produce en la meiosis cuando se dan quiasmas. La variabilidad se produce para generar nuevas asociaciones de genes distintas a los parentales. En las nuevas combinaciones solo intervienen genes presentes en los parentales pero asociados de otra forma. El mejorador tiene control sobre la variabilidad que se puede generar por recombinación. Las hibridaciones repetidas tienen mayor probabilidad de que se produzcan hibridaciones. Es más rápido con genotipos con elevada frecuencia de formación de quiasmas.

Modificaciones en el Número de Cromosomas

Pueden producirse de forma natural como resultado de hibridaciones entre genotipos no idénticos, formación de poliploides. Se producen por anomalías en el proceso de división celular en meiosis, poliploides. En ocasiones las anomalías no implican a genomios completos, solo a ciertos cromosomas, aneuploides.

Mutación

Surgen espontáneamente en la naturaleza como resultado de errores en el proceso de replicación de ADN. Los mecanismos son: modificación de la estructura del ADN, sustitución de una base por otra, supresión o adición de una base en la hebra de ADN, supresión o adición en uno o más pares de bases en la hebra de ADN, inversión de una secuencia de nucleótidos en la hebra de ADN. Las mutaciones neutrales son las más frecuentes. Mutaciones útiles se encuentran de forma natural. Se puede inducir mutaciones artificialmente por radiación o agentes químicos.

Transposición

Son genes con la capacidad de reubicarse en el genoma, existen autónomos y no autónomos. La acción de los transposones crea variabilidad y está regulada por el desarrollo.

Uso de la Biotecnología para Crear Variabilidad Genética

Transferencia de Genes

Herramientas biotecnológicas pueden ser utilizadas para incorporar genes de fuentes distantes en cultivares adaptados, ejemplo, planta con resistencia a herbicidas o enfermedades.

Variación Somaclonal

Variación heredable originada por el ambiente de cultivo in vitro. Causas de estos cambios genéticos, cambios en el cariotipo, reorganización cromosómica, sobrecruzamientos, transposones, amplificaciones génicas.

La Interacción Genotipo x Ambiente

Se observa comparando genotipos en varios ambientes. Determina la parte del potencial genotípico que solo un determinado ambiente es capaz de destapar. La magnitud de la interacción define la estabilidad de un genotipo en la expresión de un carácter en varios ambientes. Conocer un programa de mejora para elegir fuentes de variabilidad genética con mayor éxito. Determinar al final de un programa de mejora para determinar los ambientes y si funcionará o no.
TIPOS: sin interacción, interacción no cruzada, interacción cruzada.

Escalas de Variabilidad

Es enorme y abrumadora en la naturaleza, dos escalas de clasificación:

Variación Cualitativa

Fácil de clasificar, estudiar y utilizar en mejora. Su control genético suele ser simple. Ejemplos, resistencia a enfermedades. Caracteres fáciles de utilizar y identificar y seleccionar. Manejo a partir de análisis mendeliano. Fácil tener éxito en su transferencia mediante herramientas moleculares (cultivos transformados con genes BT).

Variación Cuantitativa

La mayor parte de los caracteres agronómicos son cuantitativos. Están controlados por muchos genes cada uno con una contribución pequeña a la expresión total del carácter. Su variación es continua y su establecimiento de grupos es arbitrario. Está influenciada por el ambiente. La mejora es más complicada que los otros.

Recursos Fitogenéticos

Centros de Diversidad

Son reservas naturales de diversidad genética de plantas que se han identificado en diversas regiones geográficas. Representan conjuntos de diversidad genética, en especies silvestres.

Fuentes de Germoplasma para Mejora Vegetal

Son 3:

1. Plantas Domesticadas: son aquellas plantas que han sufrido un proceso de selección humana y se han adaptado a un ambiente de cultivo incorporando cambios genéticos.
   TIPOS:
   • Cultivares Comerciales: resultado de programas de mejora convencional. Tienen base genética estrecha (cultivares modernos y obsoletos).
   • Líneas de Mejora: materiales intermedios o casi finales de programas de mejora que se mantienen por alguna característica específica para ser utilizados en futuros programas de mejora. Base genética estrecha.
   • Variedades Locales: cultivar seleccionado y mantenido por agricultores, se han desarrollado a lo largo de mucho tiempo. Atesora una gran adaptación a condiciones climáticas locales y variabilidad genética. Son materiales robustos adaptados a estreses de la zona, son poco productivos pero estables, sirve como material de partida en programas de mejora.
   • Entradas: germoplasma generalmente almacenado en un banco de semillas. Procede de colectas fuera de la zona de mantenimiento. Ha de ser evaluado y adaptado a la nueva zona.
   • Reservas Genéticas: resultado de manipulaciones genéticas de investigadores (mutantes cromosómicos o genómicos artificiales).
2. Plantas No Domesticadas: poblaciones silvestres. Cuando se cruzan con plantas cultivadas proporcionan genes de resistencia a enfermedades o estreses, introducen caracteres indeseables, pueden ser utilizados como patrones para injertar y desarrollar en condiciones desfavorables.
3. Otras Especies o Géneros: las transferencias de genes por medio de cruzamientos requiere que los cruzamientos se puedan realizar y sean fértiles. Los cruces intraespecíficos no suelen ser problemáticos. Los interespecíficos son más difíciles y requieren técnicas especiales.

Concepto de Grupos (Pool) de Genes en Cultivadas

Clasificación de los grupos de las especies relacionadas con un cultivo en función de la facilidad de transferencia de genes entre esas especies y el cultivo.

1. Grupo Génico Primario: formado por especies que pueden intercruzarse fácilmente con la cultivada sin problemas de fertilidad en la descendencia. No hay ninguna restricción al intercambio de genes entre miembros del grupo. Puede contener especies cultivadas como ancestros silvestres.
2. Grupo Génico Secundario: contiene especies cultivadas como silvestres. Están distantes en la relación filética y tienen problemas de cruzabilidad. Los cruzamientos producen híbridos y descendencia fértil para permitir el flujo de genes. Las secundarias pueden cruzarse con las primarias pero con dificultades para obtenerlos.
3. Grupo Génico Terciario: engloba los extremos de los potenciales recursos fitogenéticos. La transferencia de genes de la primaria a la terciaria es muy problemática y se produce letalidad. Es necesario usar técnicas como el rescate de embriones.

Vulnerabilidad Genética

Se utiliza para indicar la homogeneidad y uniformidad genética de un grupo de plantas que las predispone a ser susceptibles a los ataques de plagas, patógenos (tizón del maíz).
Los factores clave de las epidemias son el deseo del mejorador para conseguir uniformidad en un carácter que está implicado en el control de la susceptibilidad a factores bióticos o estrés. Enormes extensiones a un mismo cultivo y técnica de producción.
Estrategias para evitar la vulnerabilidad genética: asumir la realidad de pocas variedades cultivadas. Utilizar germoplasma silvestre para expandir la base genética de los principales cultivos. Cambio de paradigma, en lugar de buscar genotipos buscar genes, uso de técnicas modernas. Uso de biotecnología para crear variabilidad. Piramidalización de genes.

Conservación de Recursos Fitogenéticos

Conservación in situ y ex situ.

Colecciones de Germoplasma. Manejo y Conservación

Regeneración – caracterización – evaluación – control de viabilidad de las semillas y de la integridad genética – intercambio.

Variedades y Cultivares

Variedad

Agrupación de plantas dentro de un taxón botánico único del rasgo más bajo conocido que se define por la expresión reproducible de sus características distintivas y otras de carácter genético.

Cultivar

Material que se registra en organismos oficiales para que se pueda garantizar la calidad de la semilla de siembra y se puedan defender los derechos del obtentor.

Tipos de Variedades

• Heterogéneas: raza local y variedad población.
• Homogéneas: línea pura – clon comercial – híbridos comerciales.

Los Productos de la Mejora

Finales (agricultor) – intermedios (obtención de finales).

Agricultura de Subsistencia

Con posibilidades técnicas por debajo del óptimo, variedades heterogéneas, solucionan problemas de adaptación.

Agricultura Desarrollada

Variedades homogéneas, garantizan máximo producción y uniformidad.

Tipos de Variedades y Productos de la Mejora

Variedades o Razas Locales

Son fruto de la domesticación y selección continua por parte de los agricultores a lo largo de milenios. Nunca han sido seleccionadas por mejoradores profesionales. Presentan homogeneidad externa. Muy adaptadas a ambientes y necesidades concretas. Son fuente inagotable de genes de interés agronómico de valor incalculable. Son valiosas porque sus genes pueden ser transferidos a cualquier especie.

Variedades Población

Son poblaciones heterogéneas derivadas de selección masal a partir de cualquier material independiente del sistema de reproducción. Obtenidas por mejoradores profesionales. No tienen tanta riqueza pero son más productivas. Se han desarrollado para ambientes poco favorables.

Líneas Puras

Conjunto de individuos de genotipos idénticos y homocigotos para todos los caracteres. En autogamas pueden ser productos finales, pueden producirse intermedios. En alógamas son intermedios, no tienen actividad agronómica directa, se utilizan para generar variedades sintéticas e híbridos.

Clones

Descendencia por vía asexual. Son genotípicamente y fenotípicamente idénticos entre sí. Son heterocigotas y produce segregación genética. Pueden ser productos finales.

Mezclas

Pueden ser productos finales o intermedios. Son mezclas físicas entre componentes diversos. Son reservas de genes. Poblaciones de extrema heterogeneidad, tienen mayor rendimiento, variedad multilínea, multiclónicas y sintéticas.

Híbridos Comerciales

Resultado del cruce de dos o más líneas puras por el rendimiento generado. Representan el máximo potencial productivo y homogeneidad. Son heterocigotas para todos los loci.

Las Operaciones Básicas en Mejora

Selección Simple (Masal)

Método milenario utilizado por todos los agricultores, sigue practicándose en subsistencia. Se aplica de igual forma en cualquier reproducción. Se eligen las mejores plantas de una población y su descendencia se mezcla para constituir la generación del año siguiente. Admite infinitas variantes. Inconveniente, si la forma deseada no está en la población de partida la selección es inútil.

Cruzamiento Dirigido

Se utiliza cuando no disponemos de ninguna población en la que seleccionar el tipo buscado, combinar en una misma variedad caracteres de varios orígenes. Los cruzamientos pueden efectuarse entre materiales de la misma especie o especies diferentes. Si es entre grupos génicos hacen falta técnicas especiales, se puede plantear como retrocruzamiento. Las variedades modernas son el resultado de una larga serie de cruzamientos. Limitaciones, solo puede utilizarse si los parentales elegidos pueden cruzarse.

Ingeniería Genética

Es el más reciente de los métodos de mejora. Consiste en la introducción de un gen de una especie en otra sin recurrir a cruzamiento. Es imprescindible si existe el gen buscado, pero el cruzamiento es imposible. Es conveniente cuando el coste del proceso de introducción es mayor utilizando cruzamientos. Actualmente rechazo social. Su importancia irá en aumento, posibilidad de uso de caracteres que de otro modo no se podrían incorporar (resistencia a plagas).
VENTAJAS: llena el vacío del ideal de la mutación dirigida. Se operan siempre con certidumbre no con azar. Una vez encontrado un gen puede utilizarse con cualquier especie.
INCONVENIENTES: el método no es válido con caracteres complejos. Problemas de fuga de genes. Fuente de patentes de genes para multinacionalidades, encarecen semilla.

Mutación Inducida

Fue la única fuente de nuevos genes. Mutagenos físicos. Mutagenos físicos de baja toxicidad. No se ha dirigido mutación dirigida a la carta. Inconveniente: aparición de mutaciones indeseables.

Manipulación Cromosómica

Duplicación del número de cromosomas, colchicina. Obtención de variedades de una especie con distinto número cromosómico. Nuevas especies a partir de híbridos interespecíficos. Obtención de aneuploides. Cambios estructurales en cromosomas.

Cultivo In Vitro

Cultivo de anteras o microsporas, obtención de haploides, tras duplicación cromosómica. Fusión de protoplastos para obtener híbridos somáticos. Selección in vitro, detección de resistencia a toxinas o a estrés ambiental. Necesario en ing. genética.

El Uso de Materiales Silvestres y Primitivos

La domesticación utiliza solo un subconjunto de todas las formas posibles de la especie original, la mayor parte de los genes permanecen en las formas silvestres. Dificultad, introducción junto del gen de interés de genes indeseables agronómicamente pero adaptados a la subsistencia, difícil eliminarlos. Genes fuertes ligados, al romperse estas combinaciones de genes por cruzamiento en mejora pueden perder la viabilidad y adaptación. Utilización del fondo genético inagotable. Mejora de sorgos modernos con variedades locales de sorgos africanos.

La Introducción de Variedades

La utilización de variedades desarrolladas en otros países puede ser peligrosa por falta de adaptación, junto con los caracteres deseables pueden introducirse otros no deseables y la introducción debe estar filtrada por servicios oficiales. No introducir variedades sino genes.

La Hibridación

Debe dominar la técnica del cultivo. Depende de la especie. Los pasos son, obtención de polen viable y maduro. Eliminar rastro de polen (emasculación). Depositar el polen del parental masculino sobre el estigma de la flor. Evitar que llegue polen de otra flor.

Cruzamientos Complementarios

Se llaman así los que realizamos para juntar 2 o más caracteres en un mismo genotipo.

Doble Recesivo

Línea altamente homocigota pero no se ha buscado que tenga el genotipo de ninguna de las líneas parentales.

Doble Dominante

Línea altamente homocigota pero se ha buscado que tenga el genotipo de ninguna de las líneas parentales.

Etiquetas: Biotecnología, conservación, cruzamiento, mejora vegetal, recursos fitogenéticos, selección, variabilidad genética