Introducción

Por que mejorar las plantas?

Hombre

Plantas

Alimento

Leche

Carne

Huevo

Directa: Hoja, Tallo, Grano, Frutas Raíz etc.

Indirecta:

Otros usos

Drogas

Textil

Pinturas

Aceites

Introduccción

Mejorar las

plantas

Mas Eficientes

Mas Productivas

Tolerantes a sequía

Resistentes a Plagas

Etc.

Instinto

Necesidad

del hombre

Mitigar

el

Hambre

Introduccción

Alimento

disponible

Hambre

MUERTE

Decrece la

Población

Incremento

Población

CICLO de una

Población

An Essay on the Principle of Population

T. R. Malthus 1798: Postuló una catástrofe:

•La población crece Geométricamente

•Los Alimentos crecen Aritméticamente

Población

Alimento

Tiempo

H

A

M

B

R

E

La predicción no se cumlpió en su totalidad, pues no

consideró el “ingenio” del hombre

• Incremento en la producción

1. Uso de maquinaria agrícola

2. Uso de agroquímicos

3. Nuevas prácticas de cultivo

4. Control de plagas y enfermedades

5. Apertura de nuevas áreas de cultivo

“La predicción de Malthus sigue vigente en nuestro tiempo”

Importancia de las plantas:

(95% Alimentación mundial)

• Existen 350 mil especies de plantas:

• ≈ 3,000 sp son la fuente de alimentación

• < 200 sp se usa mundial como alimento

• ≈100 cultivos se usan en EUA como alimento

• ≈ 8 cultivos proveen la mayor parte de losalimentos en los países en desarrollo.

• Arroz, trigo, maíz, caña de azúcar, soya, mijo,yuca y papa.

En resumen:

“La humanidad depende de 24 cultivos”

• Cereales: los más importantes contribuyen

con el 60% de las calorías y 50% de las

proteínas.

• Leguminosas: con el 20% de las proteínas.

• Frutas y legumbres: Lugar secundario

• Forrajes y pastos: alimento p/rumiantes

Alimentación del hombre Estabilidad

Incremento de la población

Objetivos e importancia del fitomejoramiento

O

B

J

E

T

I

V

O

S

1. Incremento en la producción

2. Incremento en la calidad

a. Mayor eficiencia fotosintética

b. Mayor adaptación

c. Mejores características Agronómicas

d. Resistencia a plagas y enfermedades

e. Resistencia a factores adversos

a. Alto valor nutritivo

b. Mayor color, sabor, tamaño etc.

c. Resistencia al transporte

d. Resistencia al almacén

e. Reducción de sustancias indeseables

Primeros fitogenetistas

• 700 (a. c,) Sirios y Babilonios polinizaban lapalma datilera.

• 500 (a. c.) Indios americanos mejoraron el maíz.• R. Camerarius (1694), Descubrió el sexo en las

plantas.

• Teofrastio (322-288 a.c), Diferenciación sexual en palma datilera.

• T. Fairchild (1717), Primer híbrido artificial en clavel.

• T. Andrew Knight (1759-1835), Usó la hibridación con fines prácticos (Hortalizas).

• C. R. Darwin Postuló el origen de las especies.

• Juan Gregorio Mendel (1900), Postuló las leyes de la herencia, base del FITOMEJORAMIENTO.

a) Mayor eficiencia fotosintética

Modificar la estructura del área foliar, del tallo y espiga

Maíz normal

1. Espiga muy Ramificada

2. Tallo alto

3. Mazorca a mayor altura

4. Hojas Volcadas

5. Mayor área foliar

6. > Competencia x luz

Maíz enano

1. Espiga corta

2. Tallo corto

3. Mazorca a < altura

4. Hojas erectas

5. Mayor área de

contacto foliar

6. < competencia x

luz

(Gene Braquítico Br2)

Reduce la longitud del

entrenudo

Distancia entre plantas= 0.25 m Distancia entre plantas= 0.125 m

SOL

2.5 m

1.20 m

Mayor eficiencia

Planta con el gene Br2

> Densidad de plantas

> Duplica el numero de mazorcas> Captación de luz

< Competencia x luz

Mayor producción

Planta Normal

B) Mayor adaptación

A mayor adaptación > Rendimiento

P ejem: Se realizan pruebas de

adaptación con los genotipos

disponibles:

6. San pedro

5. Fco. I. madero

3. Torreón

1. Matamoros

2. Venecia, Dgo

4. Lerdo, Dgo

C .LAGUNERA

Edos. Localidades

3 4

3 1

3 2

4 3

5 3

1 2

3 4

Media

1 2 5 6 Ton/ha

Chis, 2 1 1 3 1.8

Coah 2 4 4 3 3.0

Oax 1 1 2 1 2.0

Ver 4 3 2 5 3.7

Sin 0.5 0.8 5 3 2.1

Mor 3 1 2 5 3.0

Media/

Loc 2.08 1.80 3.17 2.50 2.67 3.33 2.59

Tipos

A. General: Mejor producción

promedio

A. Específica: El mejor promedio

en una localidad

especifica

Mejor adaptación General la Colecta

Ver.(3.7 t/ha)

Mejor adaptación específica: Ver, loc. 3, 6

Sin, loc. 5

Mor, loc. 6

C) Mejora de

características

agronómicas

1. Resistencia al acame

ó acostamiento de las

plantas por efecto del

aire.

2. El acame o duello se

produce cuando el

peso del grano

aumenta demasiado y

la planta no puede

soportarlo.

3. En consecuencia, la

planta se dobla

completamente y hay

pérdida en los

rendimientos.

DFF= días a flor femenina;AP= Altura de planta;AM=Altura de mazorca;

Evaluación de híbridos

de maíz

http://www.turipana.org.co/Maiz.html

Híbrido Rend %

Test

dFF AP AM Acame %

Tallo Raíz

HEBN 23/99

9624 111 52 258 118 2.5 1.3

HEBN 14/99

9439 109 55 265 138 3.0 4.2

HEBN 22/99

9436 109 54 284 134 8.5 19.1

HEBN 26/99

9254 108 52 283 148 0.6 10.1

D) Resistencia al desgrane

A > resistencia > producción

Tabla 3. Origen de las pérdidas por Cosechadora Trigo.

Fuente: INTA PRECOP Oliveros, 2006.

ARGENTINA:

Es necesario disminuir las pérdidas en cosecha. En el año 2007 la superficie a

cosechar de Trigo fué de 5.400.000 ha.

De mantenerse las pérdidas promedio de cosecha, del orden de 115 kg/ha,

quedarán en el suelo 621.000 toneladas de trigo, las que representan unos US $

144.700.000.

http://www.bccba.com.ar/bcc/print.asp?idCanal=3994

MAÍZ (http://www.produccion.com.ar/2005/05ene_07.htm)

Cabezal 205 kg/ha de pérdidas

Tipo de pérdida Kg/ha %

Desgrane de

espigas

191 93

Voladura de espigas 14 7

E) Resistencia a pájaros

1. CARACTERÍSTICASASOCIADAS CON

RESISTENCIA

AL DAÑO POR PÁJAROS EN GIRASOL.

M. Humberto Reyes-Valdés1* y Aliber.Apolo Andrade

Aguilar

Se evaluaron 10 Híbridos experimentales de. girasol

(Helianthus annuus L.), en cuanto a su resistencia al

ataque de pájaros y algunos caracteres morfológicos

El experimento se llevó al cabo en Saltillo,Coah., en

1990,

Objetivo:

1. Identificar alguna posible variación genética en

cuanto a susceptibilidad al consumo de los aquenios

por las aves,

2. Medir la curvatura en los capítulos, por considerar a

esta variable como asociada al daño por pájaros.

se encontró que: a mayor curvatura del capítulo y alto

porcentaje de cáscara menor daño de los pájaros

Resistencia a pájaros (Sorgo)

Table 3. Linear correlation coefficients between

parameters of digestibility of neutral-detergent fibre

(NDF) and lignin, insoluble proanthocyanidins,

in sorghum.

x

y

BIRD CONTROL SEMINARS

PROCEEDINGS

University of Nebraska - Lincoln

Year 1979

NEW DEVELOPMENTS IN BIRD

RESISTANT SORGHUMS

Roger W. Bullard

U.S. Fish and Wildlife

Service, Wildlife Research

Center, Denverhttp://digitalcommons.unl.edu/c

gi/viewcontent.cgi?article=1029

&context=icwdmbirdcontrol

• La resistencia a pájaros ha sido atacada a

través de la selección de ciertas características

morfológicas como:

• Panojas colgantes, barbas largas, glumas,

grandes y semillas grandes, (Doggett, 1957)

que dificultan se alimentan las aves.

• Los sorgos con alto contenido de tanino

resistente (BR) es responsables de la mala

calidad nutricional de muchas aves sorghums.

RESISTENCIA A PÁJAROS

(SORGO)

F) Resistencia a plagas y enfermedades

A mayor resistencia > Producción

• La enfermedad es el resultado de unainteracción entre:

• El éxito depende:

– De las técnicas de selección.

– Fuentes de resistencia.

• El > éxito es el uso de “genes mayores” o resistencia vertical.

• Los métodos mas usados en la mejorapara incorporar resistencia vertical:

– el genealógico y la retrocruza

• Relación: Hospedero Vs. Patógeno

Hipótesis de “gene por gene” de Flor (1947)

Ambiente

Patógeno Hospedero

Gene del

hospedero

Genes del patógeno

Avirulentos

L L

Virulentos

l l

Resist: AL AL Resistente Susceptible

Suscep: A Al l Susceptible Susceptible

Ho: Flor (1947)

Resistencia a plagas y enfermedades

• En trigo la resistencia vertical confiere

un alto grado de resistencia.

• Se incorporan genes para la mayoría de

las razas fisiológicas del patógeno.

• Las variedades duran poco tiempo.

• P ejem: La variedad “SALAMANCA S75”

tiene varios genes de resistencia.

• Debido a los pocos genes de resistencia

con que se cuenta.

• La vida funcional de una variedad es

corta.

• La razones:

• Cambio en el ambiente y/o cambio en el

patógeno (Mutación).

Roya del tallo (Puccinia graminis f. sp. tritici)

b. Roya de la hoja

(Puccinia recondita f. sp. tritici)

Resistencia a plagas

y enfermedades

Alternativas

Acumular genes

de resistencia

En un genotipo

La formación

De Variedades

Multilineales

Gene1Gene2

Gene3Gene3

Gene…n

Línea 1Línea 2Línea 3Línea 4Línea 5

Línea ..l

Gen R1Gen R1

Gen R1Gen R1

Gen R1

Gen R l

Variedad

Multilineal

Resistencia a plagas y

enfermedades

Limitaciones

(Nelson, 1973)

1. Ausencia de genes para control efectivo.

2. Transferencia de genes Donador-------> Receptor

3. Ligamiento de genes con características indeseables.

4. El número de genes necesarios p/conferir resistencia.

5. Ilimitada producción de razas fisiológicas del patógeno.

RESISTENCIA A PLAGAS Y ENFERMEDADES

• Tendencias de fitomejoramiento genético

– en la presente década se discuten aquellas que tienen mayor aplicación en el caso de la resistencia a las enfermedades.

• En especial la obtención de métodos de ensayos más precisos,

• El desarrollo de diseños experimentales más eficientes que controlen los escapes e interferencias,

• La integreción de los métodos biotecnológicos a los esquemas convencionales:

• Ensayo in vitro, uso de la variación somaclonal y de la fusión deprotoplastos,

• Búsqueda de marcadores moleculares asociados a la resistencia para su uso en los esquemas de hibridación introgresiva y de selección de variedades, optimización de los genotipos resistentes obtenidos por ingenieria genética, portadores de genes foráneos mediante selección,

Ensayo de CampoPruebas de laboratorio

Detección

Patógeno

Cultivo in vitro

Detección molecular

Ensayo Invernadero

Nueva Fuente

de resistencia

MÉTODOS

BIOTECNOLÓGICOS

Resistencia a

plagas

• Ha tenido menos éxito con lagenética mendeliana.– Lo difícil de control experimental.

– Los hábitos del insecto.

– La distribución espacial

• Éxito hasta el 2000, con los transgénicos.– Control de lepidópteros

– Pejem: Algodón, tomate, maíz,girasol etc.

• Actualmente con los marcadores moleculares.– P ejemplo: en Arroz , insecto

Tagosades orizicolus

La planta transgénica contiene uno o más

genes que han sido insertados en forma

artificial en lugar de que la planta los

adquiera mediante la polinización. La

secuencia génica insertada (llamada el

transgen) puede provenir de otra planta no

emparentada o de una especie por completo

diferente: por ejemplo, el maíz Bt, que

produce su propio insecticida, contiene un

gen de una bacteria.

Que son las Plantas Transgénicas?

• Se evalúan técnicas moleculares:

RAPD S y Microsatélites

– Escoger la técnica que ayude a

establecer las diferencias entre

resistencia y Susceptibilidad al

insecto.

– Tener una amplia colección de

germoplasma.

Resistencia a plagas Plaga

Ensayo de Invernadero

Marcadores moleculares

MARCADORES MOLECULARES

G) Resistencia a factores adversos

• A bajas temperaturas

(Heladas)

• A altas temperaturas

• Excesos de Fe o Al.

• Bajos niveles de N2

• Déficit ó exceso de

humedad.

• Etc.

Resistencia a Sequía

• La técnica desarrollada por los investigadores consiste en:

Eliminar las proteínas ABI1 y HAB1, reguladoresnegativos de la hormona ABA (ácido abscísico),

Esto conduce a un reforzamiento de la señal hormonal y aumenta la resistencia de la planta en condiciones de sequía y salinidad.

Tras 12 días sin riego la pérdida de agua es un 85% menor en la nueva variedad

Pruebas con

Arabidopsis thaliana

Incremento en la calidad

• a) Alto valor nutritivo. P ejem: Maíz

– Mayor % de Vit-

A, Proteína, Aceite, Aminoácido

etc.

– Maíz amarillo > Vit-A que el

Blanco;

– Maíz QPM (Gene Opaco-2)>

Calidad de proteína.

– El gen de la amilosa (Ae) aumenta

la fracción del almidón del 27 al 50

%

– genes cerosos o azucarados (Su)

tienen mayor % de azúcar.

b) Mayor coloración, sabor y/o tamaño de los

frutos

• Sabor: En chiles el contenido de capcisina

– Chile dulce-------- Chile picoso

(Morrón) (De árbol u otro)

– Melón: Contenido de azúcar (Grados Brix)

• Presencia de sustancias indeseables:

– Pepino sabor amargo vs. Dulce)

• Forma: Redonda, alargado etc…

– Tomate Tipo saladet------Alargado

– Tomate Cereza------------Chico y redondo

• Color:

– Manzana: Roja Vs. Amarilla

– Tomate: Rojo vs. Amarillo (> ß-Carotenos)