MEJORAMIENTO DE PLANTAS Ocurre desde que los hombres dejan de ser nómades para ser sedentrarios. Agricultares comienzan domesticando y seleccionando cultivos en forma empírica. Hoy cultivares de altos rendimientos son desarrollados por mejoradores para satisfacer las necesidades.
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MEJORAMIENTO DE PLANTAS Ocurre desde que los hombres dejan de ser nómades para ser sedentrarios. Agricultares comienzan domesticando y seleccionando cultivos en forma empírica. Hoy cultivares de altos rendimientos son desarrollados por mejoradores para satisfacer las necesidades de la agricultura moderna y el continuo crecimiento demográfico Centros de Origen (Vavilov, 1926) China, Indostán, Asia Central, Asia Menor, región Mediteránea, Abisinia (Etiopía), América Central y región centro occidental de Sudamérica (Perú, Ecuador, Bolivia) Origen de algunas especies cultivadas •300.000 especies de plantas vasculares •300 especies han sido domesticadas (12% de las familias de plantas) •menos de 30 constituyen la base alimentaria (Graminae, Leguminosae, Solanaceae, Rosaceae) Maíz América tropical Algodón América tropical Trigo Asia menor Tabaco América tropical Avena Asia menor y norte de África Soya China Papas América del sur Tomates América del sur Domesticación: Modificaciones genéticas por nuestros antepasados desde hace 10,000 aňos El hombre por medio de la selección ha modificado genéticamente los cultivos a partir de plantas silvestres para lograr mejoras. Teosinte (progenitor silvestre) Maíz primitivo Maíz moderno Lechuga silvestre Zanahoria silvestre Variedad moderna de lechuga Variedad moderna de Zanahoria Aumento de los rendimientos en Chile en los últimos 40 años Cultivo 1961 2000 Aumento Kg/ha Kg/ha % Maíz 1.950 8.850 453 Trigo 1.340 4.054 302 Papa 8.764 17.619 201 19.733 57.595 292 8.250 23.148 280 Tomate Manzanas Etapas de los métodos de Mejoramiento Genético • Obtención y descubrimiento de variabilidad genética. • Combinación de la variabilidad disponible. • Selección de los individuos con caracteres de interés. • Reagrupación de genes favorables. • Estabilización fenotípica • Multiplicación de las selecciones. • Distribución y comercialización de las nuevas variedades para uso de los agricultores Selección: No crea variabilidad Actúa sobre caracteres heredables Base del Mejoramiento: Variabilidad Genética Fenotipo = Genotipo + Ambiente + Interacción P = G + E + G x E Heredabilidad Proporción de la variación fenotípica entre individuos atribuible a diferencias genéticas. Grado en que la progenie se asemeja a los padres. Generación Parental Mismo ambiente H = Vg / Vp h2 = Va / Vp Heredable o Toma valores entre 0 y 1 No Heredable Selección y Respuesta Se busca cambia las frecuencias génicas, pero se debe trabajar con varios loci en forma simultánea. Diferencial de selección (S) Diferencia entre la media de la población y la selección. Respuesta a la selección (R) Diferencia entre la media de la generación parental y la descendencia de la selección. POBLACIÓN INICIAL GRUPO SELECCIONADO R = h2 S S PROGENIE DE SELECCIÓN R El fenotipo de un individuo, de una planta o de una variedad, se refiere a la suma de características que lo identifican. Por otra parte, el genotipo corresponde al arreglo particular de genes de un determinado individuo, planta o variedad. Es la constitución genética total de un organismo, almacenada específicamente en el ADN. Fenotipo = Genotipo + Ambiente + Interacción P = G + E + G x E Caracteres Cualitativos Variación en clases Sin influencia medio Pocos genes ó 1 Ej: aristas vs sin rugosa vs lisa Caracteres Cuantitativos Variación continua Influenciado por medio Generalmente +2 genes Ej: altura (cm) peso (gr) CARACTERES ESTUDIADOS POR GREGOR MENDEL 1865 (caracteres cualitativos) Pisum sativum Caracteres cuantitativos AUTOGAMIA (homocigosis) PANMIXIA (heterocigosis) MULTIP. VEG. (clones heterocigotos) • Plantas Autógamas • Plantas Alógamas • Reproducción Vegetativa Líneas puras Variedades híbridas Genotipos con características favorables MEJORAMIENTO DE PLANTAS AUTÓGAMAS • • • Selección individual Selección masal Hibridación Genealógico Masal Retrocruzamiento SSD MEJORMIENTO DE PLANTAS ALÓGAMAS • • • • Hibridación de líneas puras Selección masal Retrocruzamiento Selección recurrente REPRODUCCIÓN VEGETATIVA • • • Cruzamientos Selección Selección de variedades heterogéneas Mutaciones inducidas MEJORAMIENTO DE TRIGO Determinación de objetivos: •Resistencia a enfermedades •Resistencia a la tendedura •Altos rendimientos •Calidad panadera •Altos contenidos proteicos •Etc.... Fitotecnia Fisiología Botánica Fitopatología M E J O R A G E N É T I C A Nueva Variedad Bioquímica Estadística Genética Biotecnología MARCADORES MOLECULARES PROTEINAS • Isoenzimas ADN • RFLP (Random Fragments Length Polimorphism) • PCR- RAPDs (Random Amplified Polimorphic DNA) • AFLPs (Amplified Fragment Length Polimorphism) • Minisatélites o VNTR • Microsatélites o SSR (Simple Sequence Repeats) • BASE MOLECULAR DE LA A A a a GENETICA MENDELIANA Genealogía para un gen autosomal recesivo ¼ ½ ¼ A A a A a a mutación que produce una proteina corta PROTEINA PROTEINA PROTEINA ELECTROFORESIS DE PROTEINAS FRAGMENTOS DE RESTRICCIÓN POLIMÓRFICOS (RFLP’s, Restriction Fragment Length Polymorphism) Hind III 3´- T T C G A A – 5´ 5´- A A G C T T – 3´ SONDA H H H Electroforésis en agarosa INDIVIDUO 1 4 kb 2 kb Hind III 4 kb 4 kb + 2 kb H INDIVIDUO 2 2 kb H 4 kb 2 kb falta ! Hind III 6 kb “LOCUS POLIMÓRFICO” 6 kb REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA ( PCR ) • SECUENCIA ORIGINAL DE ADN A AMPLIFICAR • SEPARAR LAS CADENAS CON CALOR. UBICACIÓN DE LOS ‘PRIMERS’ • POLIMERIZACIÓN • SEPARAR LAS CADENAS CON CALOR. UBICACIÓN DE LOS ‘PRIMERS’ • POLIMERIZACIÓN 5’ 3’ ´Primers’ escogidos o creados Tag Polimerasa (72°C) Nuevos ´Primers’ Tag Polimerasa Se producen los fragmentos deseados “SE UTILIZA UN TERMOCICLADOR” Reacción de RAPD, Partidor OPU – 05 57 Variedades Muestras de ADN Termociclador Aplicaciones de corto plazo • Identificación de parentales o test de paternidad • Identificación y protección de variedades • Certificación de pureza genética en la producción de híbridos • Monitoreo de fecundación cruzada y autofecundación • Evaluación de germoplasma y poblaciones de mejoramiento (variabilidad, diversidad, clasificación distancia genética y filogenia) • Construcción de colecciones nucleares en bancos de germoplasma a partir de estudios sobre diversidad y distancia genética Aplicaciones de mediano y largo plazo • Construcción de mapas genéticos de ligamiento • Mapeo genético de QTL (Quantitative Trait Loci) • Exploración de locus homólogos en otras especies, a través de mapeo comparativo • Introgresión de características via retrocruzamiento asistido por marcadores • Selección y recombinación dirigida de genotipos superiores • Selección temprana en cultivos perennes Filogenia para accesiones de Fragaria Contulmo1 Contulmo2 Contulmo3 Contulmo4 Contulmo5 MarBrava1 MarBrava2 MarBrava3 MarBrava4 MarBrava10 MarBrava5 MarBrava6 MarBrava9 MarBrava7 MarBrava8 Chepu1 Chepu4 Chepu3 Chepu5 Chepu6 Carelmapu1 Carelmapu2 Carelmapu3 Carelmapu5 Carelmapu6 Futrono3 Futrono1 Futrono2 Futrono5 Futrono4 Quellón1 Quellón2 Quellón3 Quellón5 Mocopulli1 Mocopulli2 Mocopulli4 Mocopulli5 Butalcura1 Butalcura3 Butalcura4 Butalcura5 Butalcura2 Quemchi9 Quemchi22 Quemchi6 Quemchi1 Quemchi5 Quemchi11 Quemchi19 Quemchi17 Quemchi23 Quemchi10 Quemchi21 Quemchi20 Quemchi16 Quemchi18 Quemchi14 Quemchi12 Quemchi13 Quemchi24 Quellón4 Cucao2 Mocopulli3 Cucao1 Chepu2 Carelmapu4 Manzanar1 Manzanar3 Manzanar5 Manzanar8 Selva Chandler 0.49 0.61 0.74 Coefficient 0.87 1.00 Type I Type III Type IV Type II Type I F.ananassa Mapa genético de tomate CULTIVO DE TEJIDOS Composición general: • Fuente de Carbono (azúcares) • Macronutrientes (N, K, etc) •Micronutrientes (Fe, Cl, etc) •Vitaminas •Agente gelificante (para medios sólidos) •Reguladores de crecimiento (hormonas vegetales) •Otros compuestos USOS Prpopagación masiva Rescagte de embriones Cultivo de meristemas (saneamiento de virus) Cultivo de anteras (producción de plantas haploides) Embriogenesis somática Transformación TRANSFORMACIÓN GENÉTICA A. tumefaciens TRANSFORMACIÓN GENÉTICA Biobalística MEJORAMIENTO GENÉTICO DE PLANTAS CON TRANSFORMACIÓN GENÉTICA Transformación de Plantas Biobalística o Agrobacterium Mejoramiento Genético Resistencia a Patógenos Insectos Hongos Bacterias Resistencia a Herbicidas Esterilidad Sexual Roundup Materna Listo Paterna Calidad del Producto Color Postcosecha PLANTAS QUE HAN SIDO TRANSFORMADAS GENÉTICAMENTE Abeto Acelga Alfalfa Algodón Alamo Arabidopsis Arroz Arveja Camote Caña de azucar Cebada Centeno Clavel Crisantemo Espárrago Eucalyptus Frambuesa Frutilla Kiwi Lechuga Lirio Maíz Maní Manzana Maravilla Orquidea Papa Papaya Petunia Pera Pino Plátano Poroto Poroto de soya Remolacha Repollo Rosa Sorgo Tabaco Tomate Tulipán Trigo Vides Zanahoria Zapallo GENES UTILIZADOS Y CARACTER CONFERIDO EN PLANTAS TRANSGÉNICAS Tipo de gen utilizado en transgénesis Caracter que confiere a la planta Toxina de Bacillus thuringensis Resistencia a Insectos Proteína de la cubierta viral Resistencia a Virus Quitinasas, glucanasas de plantas y de otros organismos Resistencia a Hongos Lisozima humana y de cerdo. Otros péptidos bactericidas Resistencia a Bacterias Genes cuyos productos afectan biosíntesis de aminoácidos, o fotosíntesis Resistencia a Herbicidas la la Genes cuyos productos afectan la biosíntesis del etileno, o la formación de pared celular Retraso maduración de frutos Glifosato Bromoxinil GUS CONTROL Aire Edad (días) Etileno ANTISENTIDO Aire Etileno 50 57 53 59 56 63 59 67 70 70 Edad (días)