Mejoramiento genético en la resistencia a Phytophthora infestans en naranjilla común (Solanum quitoensis var. quitoensis)

Mesa Cesar¹, Miranda Erick¹, Pardo Jessica¹, Pinto Erika¹ y Simbaña Erick¹

1 Estudiante de la Cátedra de Genotecnia Vegetal. Ingeniería Agronómica. Facultad de Ciencias Agrícolas. Universidad Central del Ecuador. (Grupo 3). 

RESUMEN. La “Naranjilla” (Solanum qu¡tóense), es una especie del género Solanum nativa de Colombia, Ecuador y Perú. Es un cultivo importante de las estribaciones oriental y occidental de los Andes del Ecuador. Uno de los principales problemas que presenta este cultivo es la presencia de “Lancha” causado por Phytophthora infestans, el manejo de esta enfermedad se asocia con el desarrollo de estrategias de mejoramiento genético para la obtención de variedades resistentes. Los objetivos que se plantearon en esta investigación es establecer un protocolo de cruzamiento entre solanáceas, para la obtención de plantas resistentes al ataque de esta enfermedad. La hipótesis planteada es que mediante el Método de mejoramiento de Doble haploide se genere un mecanismo cualitativo de defensa para la incidencia de la enfermedad de Phytophthora infestans, el esquema tiene una proyección para un lapso de un primer ciclo de 2 a 3 años para la obtención de líneas homocigóticas  entre los dos parentales y luego se hará un cruzamiento entre las dos líneas puras de los parentales  y se evaluaran hasta el año el carácter cualitativo del cruce de estos dos individuos

PALABRAS CLAVES: DOBLE HAPLOIDES, CRUZAMIENTOS, PHYTOPHTHORA INFESTANS , COLCHICINA, HOMOCIGOTICA.

1.     Introducción

La naranjilla es un frutal que pertenece a la familia de las solanáceas (Andrade et al., 2016). En la región andina existe gran variedad de cultivares con piel y pula de tubérculos pigmentadas que son apreciadas y consumidos por la población. Recientemente el uso de pigmentos naturales ha aumentado por lo que su extracción es una actividad industrial muy remunerativa. Por otra parte, las propiedades medicinales de las antocianinas han reforzado el interés en su uso.

Es un arbusto originario de los Andes del Ecuador y Colombia, produce frutos de pulpa verde, que por su color, sabor y valor nutritivo son muy apetecidos en los mercados nacionales y extranjeros (Restrepo et al. 2011). La pulpa de esta exótica fruta tiene un alto contenido de vitaminas A, C, B1, B2, proteínas y minerales (INIAP, 1982). Se utiliza en la elaboración de jugos, néctares, mermeladas, jaleas, postres y cocteles (Revelo & Sandoval, 2003). En el Ecuador se cultivan y comercializan diferentes variedades e híbridos de naranjilla, por lo tanto, constituye la base de la economía de un importante sector productivo de este país. En la última década se ha reducido la superficie cultivada, provocando rendimientos bajos (Guayasamín Guanga, 2015).

Una de las principales causas para la disminución de la producción y la superficie, es la susceptibilidad del cultivo a algunos artrópodos como gusano del fruto (Neoleucinodes elegantalis) y el barrenador de la raíz (Faustinus apicalis) y Fito patógenos de importancia como lancha (Phytophthora sp.) y marchitez (Fusarium sp.) (Revelo, 2003). Como lo menciona Soria (1996), dichas plagas y enfermdades hace que la baje la rentabilidad y se incremente el costo de producción.

Como lo cita Ochoa et al, (2010) dentro de las enfermedades más perjudícales esta la lancha o tizón tardío que es causado por Phitophthora infestans, ya que en condiciones óptimas progresa muy rápido en pocos días, por ende, produce pérdidas desde el 86% hasta 100% en el cultivo.  Para mitigar esta enfermedad se hace control químico en la actualidad por lo que el Iniap ha estado trabajando para reducir un poco la aplicación de químicos en el cultivo. Una de las alternativas es la resistencia genética en donde se puede tener especies silvestres dentro de estas hay una sección denominada “Lasiocarpa” que contiende doce especies de la familia Solanaceae, y es autógama con muy poca variabilidad en sus características morfológicas, fisiológicas y organolépticas. (Ochoa y Ellis ,2002)

El mejoramiento genético de la naranjilla es escaso, debido a su reducida variabilidad genética, siendo una alternativa la hibridación de naranjilla con miembros interespecíficos de la sección Lasiocarpa de Solanum, en los cuales pueden existir genes de resistencia para diferentes patógenos (Heiser, 1993).

El trabajo de domesticación de la naranjilla tiene su origen en un híbrido interespecífico logrado entre un material de Solanum quitoense con espinas colectado en Costa Rica y una accesión proveniente de Venezuela del taxón silvestre Solanum hirtum, remitido por el profesor C. Heiser de la Universidad de Indiana. A partir de este material se pasó a un proceso de domesticación para adaptar la especie a plena exposición solar, realizándose retro cruzamientos con el híbrido, en búsqueda de una población sin espinas del taxón cultivado originaria de Ecuador y se clonaron tres plantas en la generación F2 del segundo retro cruzamiento, lo cual condujo a la entrega en el año de 1998 del primer material mejorado, conocido como Lulo La Selva (Bernal, Lobo y Londoño, 1998).

Las plantas seleccionados para integrar el cultivar presentan ausencia de espinas, resistencia a la raza 2 del nemátodo Meloigogyne incognita, mayor adaptabilidad general que las accesiones comúnmente cultivadas, mejor adaptación  bajo condiciones de plena iluminación solar, períodos productivos prolongados, mejor calidad del fruto, menor oxidación de los jugos, frutos de menor tamaño que el de los lulos sembrados en el país y algún fraccionamiento de las bayas, aspecto que se deriva del parental silvestre, que se considera a un gen dominante con expresividad incompleta. Lo obtenido concuerda con otras investigaciones que afirman que, en el proceso de domesticación, las plantas adquieren un conjunto de características nuevas que aseguran su adaptación a ambientes de cultivo, lo que incrementa su utilidad por parte de los agricultores y los consumidores (Lobo, 2004).

Tomando como referencia el hecho de que el Lulo Selva presenta una base genética relativamente estrecha en sus parentales, una accesión de Solanum hirtum y dos de Solanum quitoense, varios investigadores plantean producir poblaciones adaptadas a plena exposición solar con amplia diversidad, a partir de cinco especies del taxón silvestre Solanum hirtum cruzados con poblaciones élite de la colección de Solanum quitoense, en un proceso de retro cruzamientos diseñados para eliminar espinas, obtener frutos de pulpa verde, buena calidad y suprimir el rajamiento de las bayas (Lobo, 2004).

El Programa Nacional de Fruticultura INIAP actualmente ha generado una población segregante proveniente de cruzamientos interespecíficos, buscando generar materiales con características de productibilidad y tolerancia, resistencia a las principales plagas, frutos de tamaño comercial, pulpa de preferencia verde con buena adaptación a un manejo con bajos insumos (Viteri, Vasquez, & Leon, 2007).  Los segregantes provienen de cruzamientos interespecíficos entre la naranjilla de jugo S. quitoense con solanáceas silvestres como S. hyporhodium, S. vestissimun, S. hirtum  estas especies silvestres incorporan genes de resistencia a patógenos como Fusarium oxisporum y enfermedades foliares como lancha (Phytopthora sp.) y antracnosis (Colletotrichum acutatum J.H. Simmonds) (Silva et al., 2016).

2.     Planteamiento del problema

En el Ecuador se cultivan y comercializan diferentes variedades de frutas una de estas es la naranjilla por lo que constituye unas de las bases de la economía de un importante sector productivo. La naranjilla (Solanum quitoence) es una solanácea originaria de los bosques subtropicales de los andes del Ecuador donde crece entre los 800 y 1400 msnm (Revelo et al., 2010).

Una de las enfermedades importantes  que atacan al cultivo de naranjilla es el tizón, lancha o cogollera que es causada por (Phytophthora infestans)  la evaluación de estrategias de resistencia para su control, se exponen de manera sintética algunos de los aspectos más interesantes relacionados con la naranjilla, con especial énfasis en aquellos que tratan sobre su botánica y taxonomía, afectaciones por microorganismos fitopatógenos, especialmente por hongos, que se da en mayor parte en los cultivos que se encuentra sobre los 1 400 m de altitud.  Los cultivares de naranjilla común son muy susceptibles, mientras que los híbridos son menos susceptibles, en condiciones de alta humedad, la enfermedad progresa rápidamente, pudiendo en pocos días causar pérdidas totales del cultivo (Quitiaquez & Ximena, 2012).

La presencia de esta enfermedad en la producción de naranjilla constituye un limitante a alta productividad, pues incide en la economía del hombre y en su desarrollo social, al reducir la calidad y ocasionar pérdidas en el rendimiento de los frutos obtenidos, así como su disponibilidad y abastecimiento a los mercados (Guaña & Maritza, 2012).

3.     Objetivos

3.1. Objetivo General  

Lograr la obtención de híbridos de naranjilla con un alto grado de resistencia a Phitophtora infestans y altamente productiva mediante los cruzamientos de dos líneas puras mediante el método de doble.

3.2. Objetivos Específicos

Realizar multi cruzamientos entre parentales resistentes de dos variedades de Naranjilla una silvestre (Solanum hirtum) y variedad productiva (Solanum quitoensis var, quitoensis).

Generar un hibrido que permita tener una buena resistencia a Phitophthora infestans y que sea altamente productiva.

4.     Hipótesis

4.1. Hipótesis Alternativa

H1= Una selección correcta de progenitores posibilita obtener una variedad con alto nivel de productividad y resistente a las enfermedades causadas por Phytophthora infestans

4.2. Hipótesis Nula

H0= La selección incorrecta de progenitores imposibilita a obtener una variedad con alto nivel de productividad y resistente a las enfermedades causadas por Phytophthora infestans

5.     Materiales

5.1. Material vegetal

El material utilizado para este estudio fueron Frutos de naranjilla de las variedades (Solanum quitoense var. quitoense y) (Solanum hirtum) esta variedad considerada como el progenitor femenino variedades que por medio de  androgénesis del cultivo y la obtención de haploides mediante el cultivo de anteras se obtendrán líneas puras haploides posteriormente se realizará cruces para la obtención de dobles haploides.

 5.2 Descripción de las características de la variedad Solanum hirtum

La variedad utilizada como progenitor masculino es Solanum hirtum, se caracteriza por producir en un rango altitudinal 0 - 2200 msnm. Una maleza ampliamente dispersa, frutas de algunas poblaciones son agradables, pequeñas (2,5 cm de diámetro) y persistentemente cubiertas con pelos; las características genéticas que hacen de S. hirtum una maleza exitosa pueden ser de valor para incorporarlas a S. quitoense con el fin de conseguir vigor y amplitud ecológica; resulta de particular importancia la aparente presencia de resistencia a Phytophthora infestans en algunas líneas de S. hirtum, esta especie se puede cruzar fácilmente con S. quitoense cuando se usa como el progenitor femenino (Revelo, 2003).

5.3 Descripción de las características de la variedad Solanum quitoense var quitoense

La variedad Solanum quitoence Esta proviene de una selección de la variedad Baeza, las plantas alcanzan alturas de 2 m, frutos redondos de características muy similares a la agria. Se diferencia por tener frutos más grandes con diámetro mayor de 7 cm, la base del pedicelo en su unión con el fruto es más desarrollada, epidermis más gruesa, pulpa verdosa y sabor dulce. Presentan un mayor porcentaje de flores cuajadas y similar susceptibilidad al nematodo de nudo de la raíz, perforadores del tallo y el fruto y a la marchitez vascular (INIAP, 2010)

6.     Método de mejoramiento

6.1. Método de mejoramiento doble haploide

Solanum hirtum Parental 1 “P1” es una maleza exitosa que al incorporarse con Solanum quitoense var quitoense parental 2 “P2” pueden conseguir vigor y amplitud ecológica además de poseer la resistencia a diferentes patógenos.

El método doble haploide parte desde la obtención de haploides mediante androgénesis del cultivo en cada uno de los progenitores. En el primer ciclo por el método de doble haploide es la obtención de haploides mediante el cultivo de anteras tanto en el progenitor 1 Solanum hirtum como en el progenitor 2 Solanum quitoense var quitoense

En el segundo ciclo se obtienen líneas puras haploides de los dos progenitores y el cruzamiento de estas dos líneas puras haploides homocigoticas de Solanum hirtum y Solanum quitoense var quitoense se obtiene nuevos híbridos a su vez muestra una población con alta frecuencia de alelos favorables

La ventaja principal de la tecnología doble haploide es acortar el tiempo de obtención de homocigosis o líneas puras, las cuales son la base fundamental para la obtención de híbridos resistentes a Phytophthora infestans las cuales, se obtuvieron líneas con alta homocigosis reflejada en la uniformidad en las características de frutos y arquitectura de las plantas y sirvieron para generar dobles haploides que han sido sometidos a procesos de evaluación, adaptación y trasplante a campo y la selección del gen de interés plantas 2n homocigoticas. 

7.     Evaluaciones a la resistencia a Phytophthora infestans

7.1. Aislamiento de Phytophthora infestans

Los cultivos de Phytophthora infestans se obtuvieron a partir de tejido vegetal de plantas infectadas de naranjilla (solanum quitoense var. quitoense). Una adecuada colecta y selección de muestras determinan el éxito en el proceso de aislamiento de Phytophthora de tejido vegetal enfermo. Se recomienda colectar muestras de hojas, tallos, raíces, frutos, flores, etc., que tengan una zona de tejido sano frente al avance de la lesión. Para realizar el aislamiento se deben cortar secciones de tejido de la zona mencionada, ya que será donde el patógeno esté en crecimiento activo.

Estos tejidos se pueden sembrar sin desinfestar, directamente en medio selectivo, sin embargo, algunos autores recomiendan desinfestar superficialmente los tejidos, para lo cual, las secciones de tejido se sumergen en etanol al 70% durante 10 a 30 s, después se lavan con agua destilada estéril, posteriormente se secan con papel filtro estéril y por último se colocan en medio de cultivo selectivo (Puerta, Posada & Osorio, 2018).

7.2. Montaje de experimento para evaluación de resistencia

Para evaluar la resistencia de las plantas F1 a phytophthora infestans, se tomaron plántulas con cuatro o cinco hojas bien formadas, se las trasplanto a macetas con sustrato previamente preparado, Los tratamientos correspondieron a cada uno de los cruzamientos:

T1:  Hibrido (inoculado)

T2: Hibrido (sin inoculación)

T3: Lineas puras doble haploides de S. hirtum (inoculado)

T4: lineas puras de S. hirtum (sin inoculación)

T5: Lineas puras de S. quitoense (inoculado)

T6: Lineas puras de S. quitoense (sin inoculación)

Para la inoculación de las plantas se utilizaron las cepas que crecieron en el medio de cultivo, las cuales se mezclaron con agua destilada y se las roció con un atomizador en toda la planta, aproximadamente se aplicara 50 ml por planta para que sea totalmente cubierta con la sustancia.

Al final de este periodo, conforme va pasando el tiempo se puede observar cuales son las plantas que han sido afectadas por phytophthora infestans, y por lo tanto se puede determinar cuáles son las plantas que han generado una resistencia.

8.     Conclusiones

Mediante el método de mejoramiento doble haploides, se logró obtener líneas puras de cada una de las especies, para luego realizar un cruzamiento entre parentales.

Se obtuvo poblaciones de naranjilla con un alto grado de resistencia a Phitophthora infestans y altamente productiva mediante un cruce de dos líneas puras doble haploides (línea pura doble haploide de Solanum quitoense x Línea pura de doble haploide de Solanum hirtum). 

 

Referencias

M. Puerta, S. Posada, & J. Osorio. (2018). Evaluación de la resistencia de un híbrido F1 de Solanum quitoense Lam. a Neoleucinodes elegantalis (Guenée) y Meloidogyne incognita. Ciencia y Tecnología Agropecuaria, 19(2), 351-366.

J., Bernal, M. Lobo y M. Londoño. 1998. Documento de presentación del material “Lulo La Selva”. Corpoica, Rionegro, Antioquia, Colombia. 77 p.

 M. A. Guayasamín Guanga, (2015). Evaluación ex ante del impacto socio-económico del manejo convencional y mejorado del cultivo de naranjilla (Solanum quitoense) en el Ecuador. Quito: UCE,

M. Lobo,2004. Posibilidades y perspectivas del desarrollo de programas de mejoramiento en frutales andinos. Visión conceptual. En: Memorias V Seminario Nacional e Internacional de Frutales. C.D.T.F.; Universidad Nacional, sede Manizales; CDC; Universidad de Caldas, Corpoica. 11-13 agosto de 2004. Manizales. pp. 463-471

W., Silva, P., Gómez, W. Viera, Sotomayor, A., Viteri, P., & Ron, L. (2016). Selección de líneas promisorias de naranjilla para mejorar la calidad de la fruta. Selección de líneas promisorias de Naranjilla Retrieved from https://repositorio.iniap.gob.ec/bitstream/41000/4837/1/iniapscR2016v3p23.pdf

D., Viteri, C., Vásquez, & F. León, (2007). Avances en la investigacion en el cultivo de naranjilla (Solanum quitoense Lam.). In INIAP (Ed.), Instituto Nacional Autonomo de Investigaciones Agropecuarias. Quito-Ecuador.

 J.  Revelo, (2003). Factores que afectan la producción y productividad de la naranjilla (Solanum quitoense Lam) en la región amazónica del Ecuador. Quito, Ecuador.108 p.

INIAP (Instituto Nacional Autónomo de Investigaciones Agropecuarias, EC). (2010). Manual del cultivo ecológico de la naranjilla. Estación Experimental Santa Catalina. Quito, EC. 120 p.