Uvilla

 

PLAN DE MEJORAMIENTO GENÉTICO EN EL CULTIVO DE UVILLA (Physalis peruviana) PARA OBTENER RESISTENCIA HORIZONTAL A FUSARIUM OXYSPORUM MEDIATE EL ANALISIS DE MARCADORES MOLECULAR (QTL’S).

Marshury Alvear¹, Steven Cajas², Daniel León³

1 Universidad Central del Ecuador – Ingeniería Agronómica – Genotecnia Vegetal.

 

Abstract.  The genetic improvement of the uvilla is based on the use of the genetic variability existing in the regional collection, through crosses; In this way, the contribution of genes involved in resistance will be used, which through biotechnology an analysis of QTL's can be carried out in which genes involved in resistance to Fusarium oxisporun are identified, which cause economic losses of the crop at the national level. a quantitative horizontal resistance for eight years, will be placed in a cross block where the hybrid result of the cross of (Physalis peruviana L.) with (Physalis floridana) will be developed, where a selection of the parents with the best characteristics will be made agronomic, for this the recurrent selection will be implemented where in a selection cycle superior genotypes are identified and then it is crossed to obtain new combinations of genes during eight years in which the results are carried out by multiplication, increase, management and release of the variety and then register it and deliver it to the farmers

KEYWORDS: /Recurrent selection/ genetic variability /QTL’S/.

1.       Introducción

La uvilla ha sido una fruta casi silvestre y de producción artesanal, hasta hace unos pocos años en que el mercado nacional y la posibilidad de exportaciones han incidido para que se la cultive comercialmente. El cultivo se ha extendido a casi toda la serranía, con buenas posibilidades, en especial bajo invernadero, en donde se pueden obtener buenos rendimientos y sobre todo calidad (Altamirano, 2010).

Según Fischer, Almanza-Merchán, and Miranda (2014) el 40 % de agricultores en Ecuador cultivan la variedad Colombiana, en especial por el tamaño del fruto. En Ecuador la uvilla se cultiva entre los 2000 a 3000 msnm obteniendo 10000 toneladas/año de producción en 419 ha aproximadamente. (Banco Central del Ecuador 2019). Las principales provincias productoras tenemos a Imbabura y Pichincha específicamente en las parroquias de Amaguaña y Yaruquí.

Los conocimientos de la base genética para la resistencia a F. oxysporum han ido avanzando en los últimos años. Se ha desarrollado una escala de resistencia para el patosistema uchuva-F. oxysporum en condiciones de invernadero y campo, se han caracterizado aislamientos del patógeno de zonas de alta incidencia de la enfermedad en Colombia y se han identificado tres accesiones de tipo silvestre de P. peruviana L. y la especie relacionada P. floridana, con reacción de resistencia parcial a un aislamiento altamente virulento; sin embargo, no pueden ser utilizadas directamente para la producción comercial, debido a que la calidad de sus frutos no es óptima para la comercialización; aunque se constituyen en una fuente de resistencia importante para evaluar dentro del esquema de mejoramiento (Enciso-Rodríguez et al., 2013).

Este primer nivel de reconocimiento se conoce como inmunidad activada por PAMP o PTI  y puede conferir una resistencia de amplio espectro y una resistencia duradera frente a diferentes tipos de patógenos no hospedadores o no adaptados. Sin embargo, los patógenos exitosos evaden o suprimen la PTI mediante la translocación de proteínas efectoras a la célula vegetal. A su vez, las plantas han evolucionado para reconocer directa o indirectamente tales efectores a través de receptores adicionales llamados proteínas de resistencia (R). Esta segunda capa de defensa se conoce como inmunidad activada por efectores (ETI) y suele ir acompañada de una respuesta hipersensible (HR), que bloquea la propagación del patógeno (Jones & Dangl, 2006).

Enciso, et al (2013) proporcionan la primera descripción de una estrategia computacional para identificar genes relacionados con la inmunidad putativo (IRGs) codificados en el P . transcriptoma foliar peruviana utilizado para diseñar cebadores para amplificar por PCR una serie de fragmentos de IRG en un conjunto de F. oxysporum genotipos resistentes y susceptibles. Identificaron un conjunto de polimorfismos (SNP) inicialmente relacionados con la resistencia, este hallazgo es la base para una mayor experimentación que incluirá poblaciones y marcadores más grandes para contribuir a la futura selección asistida por marcadores en la uchuva.

Conceptualmente QTL se basa en la existencia de loci con mayor importancia para la expresión de características cuantitativas (Rocha et al., 2007; Geldermann, 1975). 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 (Rocha et al., 2007; Geldermann, 1975).

2.       Problema de estudio

Existe una gran variedad de patógenos que poseen la capacidad de reducir drásticamente su productividad, dentro de ellos tenemos a Fusarium oxysporum que provoca el (marchitamiento vascular). Este patógeno puede ocasionar pérdidas del 10 % al 50% incluso más, Colombia es uno de los países con más problemas en este cultivo a causa de fusarium, el Ecuador que posee condiciones climáticas muy similares; por esta razón hemos decido formar un plan de mejoramiento genético en uvilla según (Altamirano Caicedo, 2010). No existen variedad de especies ya que no ha existido mejoramiento genético a través del tiempo, pero existen 20 ecotipos diferentes (Liberato, Sánchez-Betancourt, Cárdenas, Gonzólez, & Núñez, 2014). Se debe tener mucho cuidado con ese patógeno ya que puede presentarse en cualquier etapa del cultivo y es difícil su detección ya que el hongo coloniza el sistema vascular antes de la expresión de síntomas en la planta, además de que su potencial radica en la fuente de inocuo que pude ser atreves del agua de riego, de las herramientas de trabajo o de los semillas que se han ocupado para realizar semilleros (Góngora Salgado & Rojas Gracia, 2006).

Cabe mencionar que en un estudio realizado en el país vecino sobre incidencia de F. oxysporum en un lote productivo  de uvilla en etapa 2 es decir plantas que se encuentra en su máxima producción durante este periodo alcanzo una incidencia del 88%; durante este estudio, al muestrear cultivos de la siguiente en  plantas de 12 a 18 meses de edad, no fue posible encontrar el número suficiente de cultivos representativos de la incidencia de la enfermedad, muy posiblemente porque dada la gravedad de la enfermedad los agricultores no mantienen en producción el cultivo con edades superiores a 12 meses.

Este estudio beneficiará a productores, exportadores y entidades gubernamentales. Primero, los productores conocerán sobre la potencial importancia económica de esta enfermedad. Segundo, los exportadores y las autoridades de control sanitario podrán contar con una base para establecer planes de prevención primaria en las zonas productoras y se reducirán posibles pérdidas económicas a mediano y largo plazo. Por esta razón es importante dar a conocer la situación actual de F. oxysporum en los cultivos de uvilla del país” (Hilaca Figueroa, 2017).

Por lo tanto, la generación de cultivares resistentes constituye una alternativa promisoria para reducir la dependencia de la protección química, resultando en cultivos más seguros, económicos y con un menor impacto ambiental (Álvarez, 2000).

3.       Objetivos

3.1 Objetivo general

●        Establecer un esquema  de mejoramiento genético de uvilla (Physalis peruviana L.) que presente resistencia horizontal a Fusarium oxysporum sp.

3.2 Objetivos específicos

●        Enfatizar la aplicación de selección recurrente simple en el mejoramiento genético de la resistencia horizontal a Fusarium oxysporum sp en uvilla.

●        Obtener n número de segregantes con resistencia horizontal en la hibridación de (Physalis peruviana L.) y (Physalis floridana).

●        Identificar materiales promisorios de uvilla resistente a Fusarium oxysporum sp en el programa de mejoramiento.

4.       Hipótesis

·         Ho= El esquema de mejoramiento genético entre variedades de uvilla (Physalis peruviana L.) con  (Physalis floridana)  proporciona un hibrido productivo con resistencia horizontal a Fusarium oxysporum sp.

·         H1= El esquema de mejoramiento genético entre variedades de uvilla (Physalis peruviana L.) con  (Physalis floridiana) no proporciona un hibrido con  resistencia horizontal a Fusarium oxysporum sp.

5.       Revisión de Literatura

La uvilla (Physalis peruviana L.) es una fruta conocida desde la época de los incas y su origen se atribuye a los valles interandinos bajos de Ecuador y Perú (Ministerio de Agricultura, 2001). Antiguamente la uvilla era utilizada para el autoconsumo y considerada como maleza, se desconocía el valor alimenticio y comercial. Incluso se trataba de erradicarla (López, 1978).

En los años 80, la uvilla empieza a tener un valor económico, debido a características como: aroma, sabor dulce y bondades nutricionales y medicinales conocidos en la actualidad como nutraceúticas. Esto ha permitido que la demanda se incremente, y se la encuentre en la mayoría de mercados y supermercados del país (Brito, 2002).

El fruto de la uvilla es una baya carnosa formada por carpelos soldados entre sí. Este se encuentra envuelto en un cáliz globoso, formado por cinco sépalos que le protege contra insectos, pájaros, patógenos y condiciones climáticas extremas. El diámetro del fruto varía de 1 a 2.5 cm. El fruto de la uvilla tiene un sabor semiácido y se consume en fresco o en preparados como mermeladas, dulces, almíbares, pasas, vinos, confites y yogures; es apreciada por su contenido en vitaminas A y C.

Clasificación taxonómica

Tabla 1.1. Clasificación taxonómica de uvilla

Reino	Vegetal	Orden	Tubiflora
Tipo	Fanerógamas	Familia	Solanácea
Clase	Dicotiledóneas	Genero	Physalis
Sub-Clase	Metaclamideas	Especie	Peruviana L.

Fuente: López, 1978.

 

La uvilla es una excelente fuente de vitaminas A y C, como también de vitaminas del complejo B (tiamina, niacina y riboflavina). El contenido de fósforo y proteína son excepcionalmente altos para una fruta.

Zonas de producción

Las zonas aptas para el desarrollo de cultivos de uvilla se encuentran en los valles del callejón interandino y en las estribaciones de las cordilleras de todas las provincias de la sierra ecuatoriana, ya que cuentan con una ubicación estratégica y reúnen las condiciones agroclimáticas para el cultivo.

Una de la primeras provincias en cultivar comercialmente uvilla fue Cotopaxi, luego las plantaciones se extendieron a Tungurahua y Pichincha y en los tres últimos años, Imbabura tomó la posta con plantaciones en Urcuquí y Atuntaqui (Brito, 2002).

Especie

La especie comercial de uvilla en el Ecuador es únicamente Physalis peruviana. Según Brito (2002), se realizó una investigación en el año 2000 para establecer ciertos ecotipos como el: Colombiano, Keniano, Ambateño y Ecuatoriano.

En el país existe buena variabilidad genética de uvilla, que está representada en el Banco de Germoplasma del INIAP, producto de varias misiones de colecta, pero que lamentablemente se las ha conservado sin conocer sus cualidades morfológicas y agronómicas, debido a falta de presupuesto. En el año 2006, el Departamento de Recursos

Filogenéticos y Biotecnología del INIAP realizó una caracterización del germoplasma, con el objetivo de seleccionar materiales promisorios en base a criterios relacionados con calidad, rendimientos y precocidad. Con estos materiales que se identificaron y que presentaron características agronómicas, morfológicas y taxonómicas deseables, se intenta iniciar procesos de utilización directa para el agricultor (López, 1978).

Recursos genéticos de P. peruviana y especies relacionadas.

La información sobre especies pertenecientes al género Physalis no se encuentran bien documentadas para el país, puesto que no se conoce la procedencia en la mayoría de materiales. Ligarreto et al. (2005), Repórta que en el país existe una colección de 222 entradas del género Physalis en la Universidad Nacional de Colombia, sede Palmira; 98 accesiones en los Bancos de germoplasma de Corpoica en los centros de investigación de la Selva, en Rionegro (Antioquia), y de Tibaitatá, en Mosquera (Cundinamarca); y una colección de menor proporción distribuidas entre la Universidad de Nariño y otras instituciones de educación. En el año 2010 se realizó una revisión del estado del arte de los recursos genéticos vegetales en Colombia y se determinó que existen 57 accesiones de uchuva conservadas en semilla en el banco administrado por CORPOICA, de las cuales 48 son materiales nacionales y 9 internacionales (Valencia et al., 2010). Para el año 2012 se reportaron más de 150 accesiones en una colección de germoplasma en CORPOICA incluyendo las 57 accesiones representadas por P. peruviana y taxa relacionados como P. angulata, P. floridiana Rydb., P. pruinosa L., P. philadelphica, y P. ixocarpa. En cuanto a las colecciones internacionales se encuentran representadas por variedades tradicionales silvestres y algunos materiales mejorados como en el caso de Brasil y México.

Generalidades Del hongo Fusarium oxysporum

Es una de las especies de mayor importancia fitopatológica, cuenta con el mayor número de plantas hospedantes y es el que produce mayor daño económico en cultivos ya que ocasiona marchitamiento vascular seguido de la muerte de la planta. Este patógeno se caracteriza por producir colonias de crecimiento rápido con tres tipos de esporas: microconidias, macroconidias y clamidosporas y puede encontrarse en suelos de tipo ártico, hasta en suelos desérticos, sin contar con el amplio número de hospederos que puede infectar.

Síntomas de la enfermedad La enfermedad en síntomas externos se caracteriza por la aparición de amarillamiento parcial de las hojas basales y gradualmente va alcanzando a hojas más jóvenes conduciendo paulatinamente al marchitamiento y muerte de la planta.

Igualmente se presenta pérdida de turgencia, epinastia, clorosis de hojas, postración de la planta y necrosamiento del cuello del tallo (Palma, 2004; Rodríguez, 2013). En cuanto a los síntomas internos, las raíces principales de las plántulas jóvenes se tornan de color café con fisuras longitudinales provocando que la epidermis de la raíz se desprenda fácilmente; las raíces secundarias son destruidas. Algunas infecciones permanecen latentes, no producen síntomas al instante sino hasta cuando las condiciones del medio son mas favorables (Girón, 1990). El tejido cortical de raíces presenta lesiones de color café-rojizo y luego se extiende de 5 a 10 cm desde la raíz por el tejido vascular del tallo (no más de 25 cm sobre el nivel del suelo) (Palma, 2004).

6.       Metodología

El mejoramiento genético de la uvilla  se basa en el aprovechamiento de la variabilidad genética existente en la colección regional, mediante cruzamientos ; de esta forma  se utilizara el aporte de genes involucrados en la resistencia a Fusarium Oxysporum  17 candidatos a quinasas similares a receptores (RLK) relacionados con la inmunidad activada por PAMP (PTI), ocho (TIR-NBS-LRR o TNL) y nueve (CC-NBS-LRR , o CNL) candidatos relacionados con genes de inmunidad activada por efecto (ETI) presentes en Physalis floridana .

El primer año se obtendrán el material vegetal  del Banco de germoplasma (Biodiversity International), posteriormente serán colocadas en un bloque de cruzamiento donde se desarrollará el hibrido resultado de la cruza de (Physalis peruviana L. ) con  (Physalis floridana) con un total de 200 plantas.

El segundo año se realizara la selección de los progenitores con las mejores características agronómicas, para esto se implementará la selección recurrente en donde en un ciclo de selección se identifican genotipos superiores y luego se  entrecruza para obtener nuevas combinaciones de genes, los  ciclos de selección se repiten conforme se genere genotipos superiores (Hallauer,1999).

 Las plantas se inocularán con una suspensión de conidios usando una como control en agua estéril. La inoculación se realizará median la sumersión de las raíces en 75 mL de suspensión de esporas (1x10 ⁵ CFU / mL) durante tres minutos y se trasplantaran. Los síntomas se verificaran  en  2 semanas después de la inoculación durante 45 días. En la F2 la parcela se exhibirá con la segregación, en el tercer año se realizaran pruebas de subjetividad como: ºbrix, número de semillas por fruto, peso del fruto, firmeza y acidez titulable.

El cuarto año se realizaran pruebas en el laboratorio mediante QTL’S, la identificación computacional de genes de resistencia relacionados con la inmunidad-IRG será basada en la colección de secuencias de transcripción de hojas de uchuwa (base de datos de Transcriptome Shotgun Assembly (TSA), números de acceso de GenBank JO124085 - JO157957 ).

El quinto año se realiza la Segunda prueba subjetiva, y segunda prueba de evaluación del genotipo con parcelas homogéneas, posteriormente el sexto año  se realiza Segunda  prueba de Resistencia a Fusarium oxysporum mediante QTL’S, el séptimo año se realiza el ensayo Tercera  Evaluación del fenotipo de resistencia y tercera prueba de resistencia. En el octavo año se realiza la multiplicación, el incremento, manejo y la liberación de la variedad para luego registrarla y entregarla a los agricultores.

Esquema del mejoramiento genético en uvilla para la obtención de resistencia horizontal  a Fusarium oxysporum sp.

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Anexos