Brócoli

 Proyecto de mejoramiento genético en Brócoli (Brassica oleracea var italica) mediante la obtención de híbridos simples resultantes de la cruza con el nabo forrajero (Brassica rapa L).

Joselyn Benavides¹[1], José Cabezas¹[2], y Pablo Menendez¹[3]

¹UCE Ciencias Agrícolas, Ingeniería Agronómica, Genotecnía Vegetal, 17243 Av. Universitaria, Ecuador.

Resumen. El Broccoli is an important crop in Ecuador, used for local consumption and export, among the factors that produce the greatest losses, the black rot, produced by Xanthomonas campestris pv, stands out. campestris (Xcc). This is a disease that causes losses of 40 to 50% of the total crop. The following work focused on obtaining simple hybrids resulting from crossing with forage turnip (Brassica rapa L) to obtain resistant varieties of broccoli. Through a scheme it was possible to obtain hybrids that can be evaluated in the field and distributed to the different farmers.

PALABRAS CLAVE: PATÓGENO/GENES/HÍBRIDO/DOMINANCIA

 

1 INTRODUCCIÓN

La familia Brassicaceae o Cruciferae son una familia relativamente grande, posee alrededor de 3780 especies y 338 géneros (Al-Shehbaz, 2010). Contiene numerosas plantas útiles y domesticadas, con varios usos como alimentos, condimentos, oleaginosas, medicinales y forrajeras. Gracias a sus características es posible desarrollar diferentes investigaciones y mejoras genéticas.

Una de las especies de la familia Brassicaceae es el brócoli, brécol o bróculi. Es un cultivo importante en Ecuador, utilizado para consumo local y exportación, se cultiva en las provincias de Imbabura, Pichincha, Chimborazo, sin embargo, la mayor superficie se encuentra en Cotopaxi. De esta planta comemos las cabezas florales compactas de un color verde intensas que crecen sobre un tallo, también comestible (Gosálbez, 2012). Cabe destacar que la calidad y la producción de esta especie se ven altamente afectados por distintas enfermedades, entre las que destaca la podredumbre negra, producida por Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc).

Otra de las especies de la familia Brassicaceae es Brassica rapa subespecie rapa es una planta herbácea anual o bienal de la familia de las brasicáceas, de aproximadamente 30 a 120 cm, de raíz tuberosa, glabra o con pelos dispersos (Salas et al., 2018). La forma silvestre de B. rapa, de la cual se originaron las variedades de nabo alimenticio y colza tipo polaco, es una maleza altamente invasora de una gran cantidad de cultivos en todo el mundo, se ha comprobado la presencia de híbridos con la especie silvestre B. rapa, y transferencia del transgén de resistencia a glifosato (Pandolfo et al., 2015).  Por otra parte, también se ha encontrado que Brassica rapa posee características de calidad, abióticas y resistente a enfermedades y su utilización en la reproducción asistida por marcadores es muy útil (Ramchiary et al.,2011).

La mejora genética de plantas es el proceso que trata sobre los principios teóricos y los métodos para la obtención de las variedades de plantas de cultivo, que garantizan bajo determinadas condiciones ambientales y de producción, rendimientos altos y estables de los productos cultivados con la calidad requerida (Ramos, 2017). La importancia de la fitogenética estriba principalmente en los resultados logrados por la investigación de la genética aplicada, los cuales consisten en corregir todas aquellas características agronómicas indeseables, por medio de hibridaciones o métodos específicos de mejoramiento, a fin de incrementar rendimientos, calidad del producto o alguna otra característica que se quiera mejorar con objeto de aumentar su eficiencia (Vallejo & Estrada, 2002).

Los métodos de mejoramiento desarrollados por el hombre dependen fundamentalmente del sistema de reproducción de las plantas. EI conocimiento de estos sistemas es tan importante, que su estudio debe realizarse antes de iniciar cualquier programa de mejoramiento (Paredes, 2007). 

2 OBJETIVOS

2.1.         General

Realizar un mejoramiento genético en plantas de Brócoli (Brassica oleracea var italica) mediante la obtención de híbridos simples resultantes de la cruza con nabo forrajero (Brassica rapa L) para obtener variedades de brócoli resistentes a Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc).

2.2.         Específico

•Realizar 10000 segregantes de 200 cruzas de híbridos simples.

•Comprobar las leyes de Mendel con la finalidad de conceptualizar el correcto procedimiento para la obtención de las variedades mejoradas, en F1 la dominancia y en F2 la proporción de 3:1.

3 HIPÓTESIS

3.1.         Ho:

Se obtiene una planta mejorada genéticamente mediante la obtención de genes de resistencia a Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) provenientes del nabo forrajero (Brassica rapa L) en la hibridación con brócoli (Brassica oleracea var itálica).

3.2.         H1:

No se logra obtener una planta mejorada genéticamente mediante la obtención de genes de resistencia a Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) provenientes del nabo forrajero (Brassica rapa L) en la hibridación con brócoli (Brassica oleracea var itálica).

4 REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA  

El Brócoli (Brassica oleracea var itálica se ha convertido en un producto de interés para los agricultores ya que debido a las cualidades que se le atribuyen, forma parte de la dieta diaria de las personas ya que es considerada una de las verduras con más valor nutricional, tiene un alto contenido en fibra y nada de grasas (Gosálbez, 2012).

Entre las enfermedades de gran importancia que afecta el cultivo de brócoli se encuentra la vena negra o mancha foliar en V (Xanthomonas campestris pv. campestris). De acuerdo con Walker (1965), el patógeno fue una de las primeras bacterias en las que se demostró la transmisión por semilla y ha sido citada a menudo como muy destructiva en muchas regiones del mundo (García, 1992).

Brassica rapa L. posee diferentes formas silvestres. La forma silvestre de B. rapa, de la cual se originaron las variedades de nabo alimenticio, es una maleza altamente invasora de una gran cantidad de cultivos en todo el mundo Se piensa que su domesticación tuvo lugar en al menos dos regiones, lo que explicaría su extraordinaria diversidad morfológica y de usos. Una de ellas es el este de Asia, donde se han generado diversas formas que se aprovechan por sus hojas, mientras que en Europa (y quizás Asia Central) se han originado los nabos y nabizas (subsp.rapa) y las formas oleíferas (Salaset al., 2018).

Existen estudios de Brassica rapa L. que determina la resistencia a Xanthomonas campestris pv. Campestris mediada por Los glucosinolatos, que son compuestos azufrados del metabolismo secundario derivados de aminoácidos y casi exclusivos de las crucíferas. Cuando una planta se daña, los glucosinolatos son degradados por la acción de enzimas mirosinasas y estos productos de degradación son responsables de distintas funciones biológicas, entre ellas la resistencia frente a diversas enfermedades fúngicas y bacterianas (Velasco et al., 2019).

Existen diversos trabajos que evalúan el efecto antimicrobiano de los glucosinolatos y sus productos de degradación frente a diferentes patógenos de brásicas, siendo los resultados contradictorios en cuantos a su efecto y a la durabilidad del mismo (Velasco et al., 2019).

El fitomejoramiento, en un sentido amplio, es el arte y la ciencia de alterar o modificar la herencia de las plantas para obtener cultivares (variedades o híbridos) mejorados genéticamente, adaptados a condiciones específicas, de mayores rendimientos económicos y de mejor calidad que las variedades nativas o criollas (Vallejo & Estrada, 2002).

El retrocruzamiento es un método recomendado cuando el progenitor resistente (progenitor donador) no posee características agronómicas deseables tales como rendimiento o calidad y el progenitor susceptible sí las posee (progenitor recurrente). En este caso es necesario hacer varios retrocruzamiento hacia el progenitor recurrente para recuperar las características agronómicas deseables y conservar los genes de resistencia.

5 MATERIALES Y MÉTODOS

5.1 Ubicación del ensayo y características

Nuestro proyecto se realizará en un lote de aproximadamente 10000m2 ubicado en Latacunga, ya que este cantón se encuentra a 2750 msnm, ya que este lugar según Knott, (1979), el brócoli se desarrolla adecuadamente en lugares de climas templados y fríos, cuya humedad relativa óptima sea del 80% y mínima del 70%; altitudes de los 2200 hasta 3000 msnm, por lo que Quintero, (1986) afirma que las crucíferas son especies que requiere, por lo general, climas frescos y húmedos. Adicionalmente se requiere el uso del laboratorio de Microbiologia, ubicado en la Facultad de Ciencias Agrícolas en el CADET. 

Tabla 1 Materiales, equipos e insumos

MATERIALES	EQUIPOS	INSUMOS
Guantes de trabajo	Computadora	Brócoli (Brassica oleracea var itálica)
Etiquetas	Cámara digital	Nabo forrajero (Brassica rapa L)
Libreta de campo	Equipos de Laboratorio	Etanol 70%
Tubos de ensayo	Riego por aspersión	Hipoclorito de sodio 1%
Cajas Petri		Agua destilada

5.2 Procedimiento

1. Se procede a la cruza de los progenitores correspondientes a (Brassica oleracea var itálica) con el nabo forrajero (Brassica rapa L) con la finalidad de obtener 10000 plantas resultantes de la cruza, se realizar el aislamiento e inoculación de Xanthomonas campestris en laboratorio, para lo cual se sigue el protocolo de aislamiento de bacterias, el cual nos indica que:

a) Primero se procede a la selección de la muestra de brócoli que presenten los síntomas de la enfermedad: la cantidad mínima de ejemplares que se recolecta son 20 ejemplares.

b) Con un bisturí, previamente desinfestado con etanol al 70%, tomar porciones de tejido y desinfestarlo con hipoclorito de sodio al 1% durante 90 segundos, posteriormente enjuagar tres veces con agua destilada estéril.

c) Seccionar nuevamente el tejido en trozos más pequeños con la ayuda de un bisturí estéril y colocarlo en tubos de ensaye con 2 mL de agua destilada estéril durante 20 minutos. Con un asa bacteriológica estéril sembrar por estría cruzada en los medios de cultivo B de King, Agar Nutritivo o bien en los medios semis electivos YDC, NGA o YPGA.

d) Incubar las cajas de 25-28 °C y examinarlas después de 2-5 días.

3. Para la inoculación de la bacteria se requirió el uso de laboratorio aquí se procedió de acuerdo con el protocolo correspondiente a inoculación de bacterias.

a) El inóculo se preparó agregando 10 mL 1 de agua destilada estéril a cada una de las cajas Petri, de seis días de crecida la bacteria pura.

b) Para evaluar los métodos de inoculación, se emplearon los métodos de transmisión mecánica, inyección y decapitado.

c)La Transmisión mecánica consistió en cortar la planta de brócoli,

d) Inyección: Consistió en aplicar un mL 1 del inóculo mediante el uso de una suspensión bacteriana de X. campestris a una concentración de 9-10-7 CFU mL 1.

e) Decapitado: Este método se efectuó realizando un corte transversal con tijeras de podar cercano al cogollo sin llegar al punto de crecimiento de la pella.

6 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

El cultivo de brócoli presenta diversos problemas en el Ecuador estos son causados por factores bióticos y abióticos entre los cuales tenemos el control de malezas, ataque de insectos plaga, enfermedades, salinización, erosión, riego y heladas. Estos problemas traen consigo dificultades y perdidas al momento de la comercialización, por lo que los productores requieren variedades más susceptibles y resistentes con el fin de no caer en un desbalance en el mercado local, nacional o internacional.

Uno de los principales problemas del estudio es radica en la escasez del uso de variedades resistentes a Xanthomonas campestris pv. Campestris. Esta es una enfermedad que causa pérdidas de 40 a 50% del total del cultivo (Anexo 1). Es una de las enfermedades más serias de las crucíferas presente en cada temporada y epidémica en temporadas cálidas y húmedas (Wescott, 1971).(Anexo 2)

7 ESQUEMA DE MEJORAMIENTO

CONCLUSIÓN

Se logró idealizar un esquema de mejoramiento genético mediante la obtención de híbridos simples resultantes de la cruza entre el brócoli con el nabo forrajero con características de resistencia a Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc). De igual manera se acepta la hipótesis alternativa la cual nos indica que se obtiene una planta mejorada genéticamente mediante la obtención de genes de resistencia a a Xanthomonas campestris pv. campestris (Xcc) provenientes del nabo forrajero (Brassica rapa L) en la hibridación con brócoli (Brassica oleracea var itálica).

Mediante la realización de un esquema de mejora genética entre las dos variedades, se logró realizar una cruza con 10000 segregantes para F1 y posteriormente en F2 se realizó una prueba de aptitud combinatoria general, puesto que en especies alógamas como el brócoli resulta necesario la evaluación de la aptitud combinatoria general durante el desarrollo de las líneas.

        Se comprobó las leyes de Mendel, en la primera generación o F1 se observa uno de los fenotipos parentales. Sin embargo, la F1 posee la información necesaria para producir ambos fenotipos parentales en la siguiente generación. Por lo que en F2 siempre vamos a obtener una proporción 3:1 en la que la característica dominante es tres veces más frecuente que la característica recesiva. Cabe recalcar que en los individuos diploides cada individuo posee un par de determinantes o genes en cada célula para cada característica estudiada.

Los híbridos que se obtuvieron pueden ser evaluados en campo y distribuidos a los diferentes agricultores, quienes sufren evidentemente de cuantiosas pérdidas económicas por problemas de Xanthomonas campestris, a su vez también pueden ser útiles en el desarrollo de nuevos programas de mejoramiento que busquen beneficiar a los productores y satisfacer la demanda de los consumidores. 

9 BIBLIOGRAFÍA

1.       Al-Shehbaz, I.A. 2010. Brassicaceae. En: Flora of North America Editorial Committee (Eds.). 1993+. Flora of North America North of Mexico, Vol. 7. Oxford University Press, New York, Oxford. Disponible en línea

2.       CONABIO. (2009). Catálogo taxonómico de especies de México. Mexico City: In Capital Nat. México.

3.       García, B.N. 1992.  Control de la vena negra de las crucíferas Xanthomonas campestris pv. campestris en col con extractos vegetales e incorporación de tejido foliar al suelo, bajo condiciones de invernadero en Chapingo, Estado de México. Parasitología agrícola.  Universidad Autónoma Chapingo.  Chapingo Estado de México

4.       Gosálbez, C. (2012). Planeta Huerto. Obtenido de https://www.planetahuerto.es/revista/cultivo-del-brocoli_00164

5.       KNOTT, J. E.; HANNA, G. C. 1979. The Influence of Various summer planting data’s on the yield of broccoli strains. 2 ed. Proc. Amer. Soc. Hort. Sci. p. 428-432 (Citado por Limongrlli, J.El repollo y otras crucíferas de importancia en la huerta comercial). Buenos Aires AR, Hemisferio Sur. p. 79

6.       Paredes, W. (2007). Mejoramiento genético en plantas. Obtenido de https://www.infoagro.com/agricultura_ecologica/mejora_genetica_plantas.htm

7.       QUINTERO, J. J. 1986. Cultivo del brócoli y de la Col de Bruselas. Hojas divulgativas. N o 10: 18

8.       Ramchiary N., Lim YP (2011) Genética de Brassica rapa L .. En: Schmidt R., Bancroft I. (eds) Genética y genómica de Brassicaceae. Genética y genómica de plantas: cultivos y modelos, vol 9. Springer, Nueva York, NY

9.       Ramos, M. (2017). EL MAÍZ COMO EJEMPLO DE MEJORA GENÉTICA EN PLANTAS. Obtenido de https://allyouneedisbiology.wordpress.com/2017/04/06/maiz-mejora-genetica/

10.    Fierro, D. (2013). Estudio de factibilidad para la producción y comercialización de brócoli (Brassica oleracea var. italica) híbrido Avenger para mercado de exportación en Cunchibamba, provincia de Tungurahua. Journal of Petrology, 369(1), 1689–1699. https://doi.org/10.1017/CBO9781107415324.004

11.    Pandolfo, C. E., Presotto, A., & Cantamutto, M. (2015). Detección de resistencia transgéncia a glifosato en poblaciones naturales de Brassica napus L. y B. rapa L. XXII Congreso Latinoamericano de Malezas ALAM - I Congreso Argentino de Malezas ASACIM, 2–5.

12.    Salas, J., Ruiz, T., Vazquez, F., & García, D. (2018). Brassica rapa L. subsp. rapa y Brassica napus var. napobrassica (L.) Rchb. Inventario Español de Los Conocimientos Tradicionales Relatiovs a La Biodiversidad Agricola, October.

13.    Vallejo, F., & Edgar, E. (2002). Mejoramiento Genético de Plantas. http://www.uneditorial.net/uflip/Mejoramiento-genetico-de-plantas/pubData/source/Mejoramiento-genetico-de-plantas.PDF

14.    Velasco, P., Lema, M., Alonso, I., & Soengas, P. (2019). RESISTENCIA A Xanthomonas campestris pv . campestris EN Brassica rapa MEDIADA POR GLUCOSINOLATOS Y COMPUESTOS FENÓLICOS. 95–96.

15.    Vallejo, F., & Estrada, E. (2002). Mejoramiento genético en plantas. Cali, Colombia: Freiva S.A.

10 ANEXOS

Anexo 2.- Árbol del principal problema de estudio