Análisis de la arquitectura de la planta de haba (Vicia faba) mediante QTL (Quantitative Trait Loci) y su utilidad en el mejoramiento genético en programas de mejora.
Cumbal
Karla, Flores Darwin, Mena Michelle y Velastegui Alex
Abstract. The intense search
for cultivars, which allow to meet the needs of the population and thanks to
the advancement of science and its different techniques have allowed us to find
phyto improvement programs that help us develop programs according to the
requirements. The study of genes responsible for characteristics such as fruit
type, color, sizes, height number of legumes etc. Each of these characteristics
is controlled by one or a few genes, facilitating their selection or
identification in plant improvement programs. However, other variables such as
production, drought tolerance or plant height are controlled by sets of genes,
which makes it difficult to directly select conventional improvement
strategies. These regions are called quantitative character locus (QTL) (Quantitative
Trait Locus). This is how the identification of QTL serves as a guide to search
for genes of interest, facilitating their monitoring and detection. This study
wants to validate information on QTLs that have been detected and that show
significant data in the study for variables: Height of the first knot with
flower (HLF), height of the first knot with sheath (HLP) number of branches
(NTP): number of branches presented by each plant number of knots with flower
(NF) flowers per inflorescence (FPI) these characteristics, have been taken
into account for this study to complement studies improvement as they are of
agronomic interest for future improvement programmes.
PALABRAS CLAVE: HABA/ QTLS/ CROMOSOMAS/PROGRAMAS DE MEJORAMIENTO.
1.
Introducción
La identificación
de cultivares sobresalientes en la agricultura es de gran importancia por sus
implicaciones sobre nuevos programas de fitomejoramiento, en la generación de
tecnología eficiente, en la producción de mejor semilla certificada, en la
recomendación en siembra comercial, y particularmente, en la propuesta de su
adecuado aprovechamiento integral. El haba (Vicia faba L.) es la séptima
leguminosa de grano más importante en el mundo y se consume en vaina verde y
como grano seco; en esta última condición ha tenido un mercado importante en
los países industrializados donde es empleada para consumo humano y animal (Pérez
et al., 2014).
La vicia faba posee uno de los genomas más
grandes y menos estudiados entre las plantas de cultivo y no existen mapas
genéticos basados en genes. Los marcadores ortólogos basados en genes permiten
que las regiones cromosómicas y los niveles de síntesis se caractericen entre
especies, revelan relaciones filogenéticas y evolución cromosómica, y permiten
la identificación dirigida de marcadores para el mejoramiento de cultivos (Ellwood
et al., 2008).
Según
(Yzarra & López, 2011) establece las fases del cultivo:
•
Emergencia: Aparecen las plantitas por
encima del suelo
•
Macollaje: A partir del primer nudo de la
planta salen otros tallos pudiendo ser de 3 a 6 según la variedad
•
Botón floral: Se observan los primeros
botones florales
•
Floración: Momento en que se produce la
apertura de la primera flor en el tallo principal
•
Fructificación: Se aprecian las primeras
vainas (1 cm) en el tallo principal y simultáneamente se ven las flores
marchitas y tienden a caerse los pétalos
•
Maduración: Las vainas llegan a su tamaño
definitivo, el color de las semillas cambia de color verde al color de la
variedad. Las hojas se tornan amarillentas y se secan.
1.1 QTL
El QTL es una herramienta muy útil en la
disección de características genéticas complejas, como la resistencia al frío,
por ejemplo (Valverde,
2007). El mapeo de
características cuantitativas a través de la identificación de loci de
caracteres cuantitativos (QTL, Quantitative Trait Loci) se considera una
herramienta importante dentro del mejoramiento genético de plantas (Mora,
Santos, & Scapim, 2008).
Los QTLs son identificados dentro del
genoma de una planta basado en el principio de asociación entre los marcadores
moleculares polimórficos y el fenotipo de los individuos de una población de
mejoramiento. Existen varios procedimientos para caracterizar los QTLs (Montoya
& Romero, 2016).
Conceptualmente QTL se basa en la
existencia de loci con mayor importancia para la expresión de características
cuantitativas (Rocha,
Barros, Cruz, Rosado, & Araújo, 2007). El uso de mapas
genéticos de marcadores moleculares para el estudio de la herencia de
características cuantitativas permite la identificación de cromosomas (o grupos
de ligación) los cuales son importantes para determinar la expresión de un
carácter (Schuster
& Cruz, 2004).
1.2 Caracteres
relacionados con la arquitectura de la planta según (Ruiz,
2015)
•
Altura del primer nudo con flor (HLF):
Número de nudos desde el suelo hasta la primera flor
•
Altura del primer nudo con vaina (HLP):
Número de nudos desde el suelo hasta la primera vaina.
•
Número de ramas (NTP): Número de ramas que
presenta cada planta.
•
Número de nudos con flor (NF): Número
máximo de nudos que poseen flores.
•
Flores por inflorescencia (FPI): Valor
medio del número de flores presente en cinco nudos de cada planta.
2. Resultados
Caracteres
relacionados con la arquitectura de la planta.
2.1 Altura del
primer nudo con flor (HLF)
Se detectaron dos
QTLs significativos para este carácter, uno de cada campaña evaluada, situados
en el cromosoma III y V respectivamente. El primero de ellos (HLF-1-2011)
explico el 27,1 % de la variación fenotípica del carácter en el año 2011. En la
misma región, se observó un posible QTL (HFL-1-2012). La detección de estos
máximos de LOD, en la misma región y en varias campañas indica la estabilidad
del HLF-1, por lo que este QTL puede ayudara en programas de mejora para este
carácter.
En el 2012 se detectó un segundo QTL
(HLF-3-2012) en el LG07 del cromosoma V que explicaba el 11,8% de la variación
del carácter. En el mismo cromosoma se detectó un QTL para este carácter
(HLF-4-2008). Sin embargo, HLF-3 y HLF-4 se encuentran demasiado distantes;
considerados distintos. (Cruz-Izquierdo, 2009) describió un QTLs
adicional (HLF-2-2008) en el cromosoma I (LGO4), sin ser confirmado en el
presente estudio.
2.2 Altura del primer nudo de vaina (HLP)
Para este carácter se identificó dos QTLs,
en el 2011 se detectó HLP-1-2011, que explico el 15% de la variabilidad
fenotípica; situado en el cromosoma III (grupo GL01) próximo a la región
HLP-1-2008 descrito por Cruz- Izquierdo (2009). También en esta región se
identificó un máximo relativo en la curva LOD cercano al valor criticó de
permutaciones (HLP-1-2007). En conjunto, estos datos indican la extensión QTL
para HLP en esta zona, los valores de aditividad de HLP-1 fueron positivos en
las tres campañas, proveniente del alelo materno V16. El segundo QTL fue
detectado en la siguiente campaña (HLP-2-2012) en el cromosoma I, explico el
16,9% de la variabilidad total y también presento aditividad positiva.
La validación de HLP-1 y HLP-2 en
distintas campañas indica que ambos QTLs presentan una buena estabilidad. Los
resultados obtenidos para HLF y HLP; la región en el cromosoma III puede ser
importante en el control genético de ambos caracteres. Existencia de genes
pleiotrópicos que deben ser confirmados en próximos estudios. En trabajos
previos se observó co-localización de QTLs para ambos caracteres (Avila
et al., 2005). Reforzando la
hipótesis de control genético común para ambos caracteres. Las regiones del
cromosoma I y en menor medida del cromosoma V; tiene potencial para la
selección de estos caracteres.
Tabla 1: QTLs
detectados para caracteres agronómicos en la población RIL Vf6xVf27. HLF:
Número de nudos hasta la primera flor; HLP: Altura del primer nudo con vaina;
NTP: Número de ramas/planta; NF: Nudos con flores; FPI: Flores por
inflorescencia; NOP: Número de óvulos por vaina; NSP: Número de semillas por
vaina; PL: Longitud de vaina; HSW: Peso de 100 semillas.
Figura 1: Identificación de QTLs para caracteres agronómicos en la población RIL derivada del cruzamiento Vf6×Vf27. HLF: Número de nudos hasta la primera flor; HLP: Altura del primer nudo con vaina; NTP: Número de ramas/planta; NF: Nudos con flores; FPI: Flores por inflorescencia; La posición de los QTLs se representa considerando intervalos de 1-LOD (cajas) y 2- LOD (intervalos).Código de colores: Negro: QTLs identificados en este trabajo; Rojo: QTLs identificados por Cruz-Izquierdo (2009); Verde: QTLs cuyo LOD máximo no superó el LOD crítico establecido mediante permutaciones; Azul: QTLs para el carácter “altura de planta” (PH) calculados por CruzIzquierdo (2009).
2.3 Flores por
inflorescencia (FPI)
El análisis de QTLs permitió la
identificación de 3QTLs para este carácter. el primer carácter fue detectado en
los dos años de estudio (FPI-1-2011; FPI-1-2012, Explicando el 29,9 y el 31,7 %
de la variación en sus campañas y valores de aditividad positiva. La posición
de estos QTLs en el cromosoma I(GL04) coincidió con resultados obtenidos por el
investigador Cruz- Izquierdo (2009).
Se determino estabilidad del QTL FPI-2,
localizado en ambas campañas (FPI-2-2011; FPI-2-2012) coincidiendo nuevamente
con los resultados de Cruz- Izquierdo (2009) para este QTL (FPI-2-2007;
FPI-2-2008), situándose en el GL06 del cromosoma I. tanto en la campaña 2011 y
20112, FPI-2 explico un 15,3% de la varianza fenotípica y presento valores de
aditividad positivos.
Se identifico un nuevo QTL (FPI-5-2011) en
el cromosoma II, muy alejado del QTL identificado por (Cruz-Izquierdo, 2009) en este cromosoma
(FPI-4-2007), caracterizados por una escasa estabilidad ya que solo han sido
detectados en una campaña.
Los resultados para FPI-1 y FPI-2 son
relevantes, comprobándose la estabilidad de ambos QTLs en 4 campañas distintas,
idóneos para la identificación de genes candidatos responsables del carácter.
Se debe explotar información de marcadores flanqueantes, ESTs originados a
partir de otras especies de leguminosas (M. truncatula). Estableciendo
relaciones de sintenia entre el mapa y la secuencia o mapa de la especie
descrita permitiéndonos una mejor acotación de los QTLs y de los genes
candidatos responsables del carácter.
2.4 Número de
nudos con flor (NF)
(Cruz-Izquierdo, 2009) ha permitido la
identificación de 2 QTLs para este carácter en el cromosoma I (NF-1-2007 y
NF-2-2008) y 4 QTLs adicionales, 1en la campaña 2011 (NF-4-2011) y 3 en la 2012
(NF-5-2012, NF-6-2012, NF-7-2012). La falta de estabilidad sugiere que ninguno
de estos QTLs es buen candidato para el desarrollo de estrategias.
2.5 Número de
ramas (NTP)
No se definieron QTLs significativos, cabe
reseñar un máximo relativo en la curva de LOD, NTP-1-2012 detectado en el GL01 del
cromosoma III, su posición solapa con la descrita por (Cruz-Izquierdo, 2009) para
NTP-1-2008, se sugiere la conservación
del QTL en dos de las campañas ensayadas, ambos presentan una aditividad
negativa y explica porcentajes parecidos de la variación fenotípica del
carácter 13,5% para NTP-1-2008 y 10,6%
para NTP-1-2012. (Cruz-Izquierdo, 2009) destaca gran
influencia del ambiente para este carácter, permitieron identificar 4 QTLs, dos
en cada campaña evaluada, sin validar ninguno.
Después de dos nuevos años de
experimentación se pudo validar QTLs identificados previamente en el trabajo
de (Cruz-Izquierdo, 2009) . Algunos de
ellos se habían mostrado estables en las dos primeras campañas de evaluación,
con lo que se logra reforzar los resultados obtenidos y confirma la posibilidad
de usar la información obtenida en los programas de mejora y también en el
desarrollo de herramientas moleculares que faciliten el proceso de selección.
Bibliografía
Excelente, muy util
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