DESARROLLO DE UNA VARIEDAD DE HABA (Vicia faba) CON RESISTENCIA A BOTRYTIS (Botrytis fabae)

Jessica Aguiar¹, Hernán Herrera², Genesis Parra³, Mariby Peñafiel⁴, María Belén Ulcuango⁵

^{1, 2,3 4,5} UCE, Cátedra de Genotecnia Vegetal, Ecuador (Grupo 1)

Abstrac The production of broad beans is affected by up to 65% by the chocolate stain produced by Botrytis fabae, the most effective control so far is the chemical control that generates more production costs for small farmers who are the main producers. This study was developed to obtain a bean variety with botrytis resistance for which it will be used in bean seeds of the variety Chaucha grande (female parent) and INIA-4001 Cusco (male parent). In the laboratory phase, through the use of the Assisted Selection Method (MAS), directed crosses were carried out, which consists of obtaining hybrids and then selecting them by pedigree in order to establish the commercial characteristics of the variety. In the field phase (weathering under ridge), the selection was carried out applying the pedigree method, which consists of evaluating the families obtained with the molecular markers, this in order to select the new variety that will have resistance to botrytis, commercial characteristics and for Lastly, socialize your propagation with the farmers of the area. For the study to project an adequate agronomic feasibility of the obtained germplasm, it is intended to evaluate the cultivar, first, in field conditions typical of the place and once positive results were obtained, it would be implemented in the farms of farmers in the area of the Checha parish (Chilpa), Pichincha province.

1.    Introducción

El haba (Vicia faba) es originaria de China y Japón. El haba contiene cuatro subespecies las cuales son: Vicia faba Paucijuga, Vicia faba Minor, Vicia faba Equina y Vicia faba Major.  De estas, la última subespecie es cultivada para la obtención de granos para consumo humano y que comprende todas las habas cultivadas las otras se destinan para forrajes y consumo animal (INIA, 2004).

 La producción de haba fresca en el año 2000 alcanzó, en todo el mundo, las 883.376.000 de toneladas (FAO, 2014). En los últimos años este cultivo ha sufrido un descenso de su superficie cultivada, debido fundamentalmente a la ausencia de variedades mejoradas adaptadas a la mecanización del cultivo y a los ataques de enfermedades (Infoagro, 2018).

Una de las principales formas de consumo de haba en el Ecuador es en grano tierno. Según el MAGAP (2016), en el 2015 se sembraron alrededor de 14000 ha, de las cuales 9000ha se destinaron para cosecha en grano tierno. Por lo tanto, es un rubro importante para la seguridad alimentaria y generación de ingresos, mayormente de los pequeños productores de la Sierra ecuatoriana desde Carchi hasta Loja, las variedades criollas han sido utilizadas ancestralmente asociados o en rotación con maíz, quinua, fréjol y papa (INIAP, 2007).

Botrytis fabae es la principal enfermedad que afecta al cultivo de haba en las hojas, tallos, flores, vainas y granos. Este hongo se desarrolla con la humedad, ataca al cultivo desde la emergencia hasta la madurez (Chambilla, 2011) (Lucero, 2014). Existen variedades resistentes a esta enfermedad como la INIAP- 441 Serrana, INIAP-441 Cusco.  

El daño que causa Botrytis en el haba es muy importante ya que provoca bajos rendimientos de la producción, disminuyendo los ingresos económicos de las familias (Quinatoa, 2015), es una enfermedad destructiva de mucha importancia económica para los productores, disminuye la producción, en un 67%, cuando no hay un buen control (Mites, 2017). Por esta razón realiza estudios fitogenéticos para que el cultivo de haba considerando que las variedades con resistencia genética son fundamentales a la hora de minimizar el daño por botritis, ya que las prácticas agrícolas recomendadas no son siempre suficientemente efectivas, y el empleo de fungicidas suele ser demasiado costoso (en términos tanto económicos como medioambientales) (Villegas, 2012). Por este motivo el objetivo del presente trabajo es desarrollar una variedad de haba que tenga resistencia a botritis a través de cruzamientos entre una variedad resistentes y otra susceptible que tenga las características organolépticas que exige el mercado.

2.    Objetivos

2.2 Objetivos General

Desarrollar una variedad de haba comercial que presente resistencia a botritis a través de cruzamientos dirigidos entre una variedad susceptible y otra resistente.

2.3 Objetivo Específicos

·         Identificar el gen de resistencia a botritis por el método de selección asistida por marcadores moleculares

·         Desarrollar una variedad con alta calidad para el consumo en Ecuador mediante el método de pedigree

3.    Hipótesis

H0: Con la aplicación del método de selección asistida por marcadores moleculares y pedigree no se logrará obtener una variedad comercial que presente resistencia a botritis.

H1: Con la aplicación del método de selección asistida por marcadores moleculares y pedigree se logrará obtener una variedad comercial que presente resistencia a botritis.

4.    Revisión de literatura

4.1.  Descripción morfológica

La Vicia faba L., conocida comúnmente como haba es una planta anual que posee un sistema radicular muy desarrollado, su tallo es de color verde, fuerte y ramificado, de hasta 1,5 m de altura, esto varía según variedad. Sus hojas son alternas, compuestas, paripinnnadas, con foliolos anchos ovales-redondeados, de color verde y desprovistas de zarcillos. Las flores son axilares y están agrupadas en racimos cortos de 2 a 8 flores, las cuales poseen una mancha grande de color negro o violeta en las alas, que raras veces van desprovistas de mancha. Mientras que su fruto es una legumbre de longitud variable, pudiendo alcanzar hasta más de 35 cm. En el cual el número de granos oscila entre 2 y 9. El color de la semilla es verde amarillento, aunque las hay de otras coloraciones más oscuras. Son parcialmente alógamas habiéndose estimado el porcentaje medio de alogamia en torno al 30-40% requiriendo para la fecundación cruzada la polinización mediante insectos (Cubero, 2013).

4.2. Problema fitosanitario

Dentro de los principales problemas de la producción del haba se encuentra la mancha chocolate ocasionada por el hongo deuteromicete Botrytis fabae, patógeno causante de la disminución de la producción debido al daño que ocasiona en hojas, tallos, flores y vainas, mermando considerablemente la producción en un 67%, cuando no hay un buen control (Cano & Cano, 2014).

El INIAP, (2007), menciona que son varias las enfermedades que afectan al cultivo del haba, destacando principalmente “La Mancha Chocolate” causada por el hongo Botrytis fabae, la cual disminuye su rendimiento y producción de manera significativa. Botrytis fabae, es un patógeno muy virulento, la enfermedad se desarrolla rápidamente bajo condiciones de humedad alta y temperaturas comprendidas entre 15 y 22 °C no siendo necesaria la presencia de agua libre para que ocurra la esporulación conidial sobre el terreno (Cano & Cano, 2014). Hasta el momento no se ha encontrado resistencia completa, de modo que se está usando resistencia parcial. Si este tipo de resistencia tiene una base multigénica, como podría suponerse, podría ser de gran utilidad, ya que su superación por parte de nuevas razas del patógeno sería más difícil.

Dado que la resistencia es a menudo de naturaleza cuantitativa, estos trabajos están normalmente orientados a la identificación de loci de caracteres cuantitativos (QTL por sus siglas en inglés). Estos se consideran regiones de actividad cuantitativa, es decir, regiones de los cromosomas que son importantes en la manifestación de un carácter cuantitativo. En este caso, los marcadores que flanquean estas regiones serían los utilizados para la selección asistida por marcadores (MAS).

4.4 Métodos de mejora genética habituales en haba

Según Burraco (2005), la selección del método de mejora más apropiado dependerá de los objetivos concretos, así como de los recursos disponibles por el mejorador. Con ligeras variantes en su desarrollo como la etapa o estrategia en la selección, los métodos de mejora genética más usados en haba son:

Método de selección genealógica o pedigrí. Este método es recomendado cuando se persigue agrupar varios caracteres como resistencias a varios patógenos en un mismo genotipo. Este método consiste en seleccionar parentales con características superiores y obtener una población de plantas F1 a partir de cruzamientos sencillos o compuestos (más de dos parentales). A partir de este punto se desarrollan varias generaciones de autofecundación, seleccionando en cada generación las plantas portadoras de los caracteres deseables (resistentes) para contribuir a la siguiente generación. Con el avance de las generaciones de autofecundación y selección se incrementa la proporción de homocigotos y se fijan los caracteres deseables (Ferreira et al., 2015).

Marcadores moleculares. Un marcador es un rasgo que se puede detectar en el fenotipo, bioquímicamente, o mediante un patrón molecular de ADN, y que está asociado a un carácter de interés; un marcador es ventajoso en mejora cuando su detección resulta más fácil o rápida que la expresión del carácter asociado en cuestión, o sea, que la determinación del fenotipo del gen o genes de interés. Los marcadores permiten, pues, una selección más eficiente de los individuos más idóneos en un proceso de mejora. El poder disponer de marcadores para alguna de las fuentes de resistencia para botritis ya encontradas en V. faba sin duda incrementaría las oportunidades de hacer llegar a los agricultores cultivares resistentes a medio plazo. La selección de este proceso se da a partir de la síntesis del ácido wyerónico (fitoalexina propia de V. faba) y la medida de la actividad peroxidasa se han propuesto como marcadores de resistencia (Ferreira et al., 2015).

5.     Materiales y métodos

5.1 Ubicación del ensayo

El estudio se desarrollará en la parroquia Checa (Chilpa) que se encuentra situada al nor oriente del Distrito Metropolitano de Quito perteneciente a la provincia de Pichincha, goza de una planicie cortada por profundas quebradas que bajan del cerro Puntas, hasta llegar a la ribera de los ríos Uravía y Cartagena. Se encuentra a una altitud de 2,670 msnm y posee una superficie de 89.75 km² (GAD parroquial de Checa, 2019).

5.2 Material vegetal

El material a usar para el estudio serán semillas de habas de la variedad chaucha grande, misma que será considerada como el progenitor femenino y la variedad INIA 4001- Cusco que cumplirá el rol de progenitor masculino. Estas semillas serán sembradas para posteriormente realizar los cruces que darán como resultado la obtención de un híbrido y se aplicará una presión de selección de 10% al azar.  

5.3 Descripción de las características de la variedad chaucha grande

Esta variedad se caracteriza por tener un color amarillo olivo, está distribuida en las provincias de Carchi, Imbabura, Pichincha, Cotopaxi y Tungurahua, se puede cultivar a 2600 hasta 3000 msnm (Dobronski, 2020). Posee una longitud de vaina de 13 a 14 cm en tierno y 4 a 5 granos por vaina con un largo de grano de 3,5 cm en seco, altura de planta hasta 1,80 m y días a la cosecha 150 a 160 días. Esta variedad es susceptible al ataque de Botrytis fabae conocida como mancha de chocolate (Erazo & Joffre, 2011).

5.4 Descripción de las características de la variedad INIA-4001 Cusco

Esta variedad se adapta a altitudes entre los 2200 a 3850 msnm, los días para llegar a la cosecha van de 160 a 180 días, la altura de la planta es de 1,40 a 1,80 m el tamaño de granos seco es mediano (1,4 a 1,5 cm) (INIA, 2018), el color del grano es rojo con hilio oscuro, posee resistencia a la mancha de chocolate y virus también es tolerante a las heladas y la roya (Ministerio de Agricultura y Riego, 2016).

5.5. Fase laboratorio

  5.5.1Cruzamientos dirigidos

    5.5.1.1Híbridos

Se usará para este trabajo el cruzamiento entre la variedad INIA-4001 Cusco, que ha sido descrita como resistente a botritis (Sillero et al., 2010), y la variedad chaucha grande que es susceptible a la enfermedad. Estas líneas parentales son parte de la colección que existe en el CICA (Centro de Investigación y Cultivos Andinos).  Este cruzamiento se llevará hasta la generación F6 mediante multiplicación en el campo, proviniendo cada familia F6 de una planta F1; estas plantas crecerán en un umbráculo con malla contra insectos para evitar la fecundación cruzada entre diferentes familias, buscando de este modo la autofecundación. Para esto se realizarán 250 cruzas de forma manual.

Los parámetros de selección serán: precocidad (< a 80 días a floración); largo de la vaina (> a 12 cm); longitud de grano tierno (> a 3 cm), diámetro del grano (> a 2 cm) y la severidad de la enfermedad en cada planta (porcentaje de la superficie de la planta cubierta por lesiones) (INIAP, 2017).

  5.5.1.2 Selección asistida por marcadores (MAS)

El MAS permite hacer una selección temprana en un programa de mejoramiento de resistencia a enfermedades. El padre susceptible (Chaucha grande) es cruzado con el padre resistente (INIA-4001 Cusco) generando individuos heterocigotos (F1) de las cuales serán escogidas 200 plantas. La autofecundación de las plantas F1 generan las plantas F2. Los individuos F2 que presentan el marcador de resistencia en forma exclusiva son seleccionados. En este proceso se eliminan el 75% de las plantas F2 reduciendo considerablemente la cantidad de individuos que continúan en el programa facilitando sus posteriores evaluaciones (Adaptado de Collard et al., 2005).

5.6 Fase de campo 

5.6.1 Método de pedigree

Se seleccionará las plantas que tendrán el gen de resistencia a la enfermedad mediante marcadores moleculares. Se parte de una generación F2 de 50 plantas, sembrándola espaciadamente para poder evaluar individualmente cada planta. En dicha generación F2 se lleva cabo una selección, eliminando las plantas que muestren la susceptibilidad a la enfermedad. La semilla de cada planta F2 seleccionada (es decir no eliminada) se cosechará por separado, constituyendo una familia F3 que se siembra en un surco o parcela de 25 plantas independiente, cada planta F3 seleccionada se cosecha por separado y constituye una familia F4. Se procede en la generación F4 de forma análoga a como se hizo en la F3, e igualmente es tratada la generación F5y F6 donde el número de plantas escogidas serán 20, 15, 10 respectivamente. A medida que transcurren las generaciones se podrá observar que la heterogeneidad dentro de cada familia va disminuyendo, lo cual se debe al aumento de la homocigosis como consecuencia de la autofecundación continuada y a que cada familia procede de la autofecundación de una sola planta. Al llegar a la generación F6, se habrá alcanzado un alto grado de homocigosis y homogeneidad

5.7 Socialización con los agricultores

Se ofrece una variedad resistente a botritis que les ayudaría a obtener mejor producción, pues la variedad sería resistente a la enfermedad de la mancha de chocolate que puede bajar la producción hasta un 65% además los agricultores no gastarían tanto en productos químicos para controlar la enfermedad a la vez que el producto obtenido sería más sano sin tanta concentración de pesticidas.

Esquema de mejoramiento para el desarrollo de una variedad de haba (Vicia faba) resistente a Botrytis fabae a través de un cruzamiento dirigido entre INIA 4001- Cusco y chaucha grande.

6.    Conclusiones

Se logró desarrollar una variedad de haba con resistencia a Botrytis fabae y con características comerciales a través de cruzamientos dirigidos de la variedad Chaucha grande con INIA-4001 Cusco empleando el método de Selección asistida por marcadores (MAS) y pedigree.

Con este mejoramiento genético se obtiene un cultivar con valor comercial que presenta resistencia a Botrytis fabae, una de las principales enfermedades que causa pérdidas de la producción de habas además de costos adicionales que conlleva su control químico.

Se ha identificado un QTL responsable en principio de un 40% de la resistencia a B. fabae en el genotipo resistente INIA-4001 Cusco.

 

Referencias bibliográficas

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