1

APUNTES DE GENÉTICA y MEJORA VEGETAL

Parte 2: Mejora Vegetal

(Temas 5-12)

E.U.I.T.A. Curso 2007/2008

Profesores: Adrian Rodriguez Burruezo

Ana María Fita Fernández

Teléfono despacho: 96 3879383

96 3879418

2

TEMA 5. VARIACIÓN

5.1. Importancia en Mejora Vegetal.

Sin variación no se puede efectuar selección. Obviamente, si todos los individuos de una

población son idénticos no podremos seleccionar los mejores, con lo cual no podremos conseguir

ninguna mejora. De ahí que la existencia de variación sea de una importancia fundamental en el

desarrollo de nuevos cultivares mejorados. Sin embargo, la mera existencia de variación no es

suficiente para que la selección sea eficaz.

La variación observada en una población puede tener dos componentes: genética y

ambiental. La componente genética de la variación es la que está causada por diferencias en los

genes que afectan al carácter. La componente ambiental es la causada por las diferencias en el

ambiente en el que se desarrollan los distintos individuos de la población considerada. En un

campo de cultivo, estas variaciones se producen por diferencias en la fertilidad del suelo,

disponibilidad de luz y agua, ataques de plagas y enfermedades, y otros factores que en muchas

ocasiones son difíciles o imposibles de controlar. La variación de utilidad para el mejorador es la

variación genética, ya que únicamente los genes se heredan y se transmiten a la descendencia.

Por contra, el ambiente no es heredable.

Si en un programa de mejora no se dispone de variación genética para el carácter o

caracteres que se pretende mejorar, éste no tendrá éxito. Efectivamente, si queremos obtener una

variedad con un genotipo AA y no existe variación en la población para los genes que lo

controlan, ya que todos los individuos de los que disponemos son aa, no se pueden seleccionar

individuos con el genotipo deseado. De esta forma, a mayor diversidad genética disponible para

el mejorador, mayor será el rango de posibilidades de elección que podrá realizar éste y, por

tanto, mayores posibilidades tendrá el mejorador de llevar a cabo el programa de mejora con

éxito.

La variación existente en las especies cultivadas se ha ido generando gracias al proceso

de la domesticación. Con la aparición de la Agricultura, el hombre empezó a domesticar plantas

3

para adaptarlas a sus necesidades. Durante miles de años, estas plantas han ido evolucionando en

un hábitat creado por el hombre. El hombre las ha ido seleccionando y ha conservado los tipos

mutantes que eran de su interés. En muchas ocasiones, estos tipos mutantes no se habrían

mantenido en la Naturaleza ya que las características que presentan (falta de dispersión de

semillas, eliminación de las barreras protectoras frente a depredadores, etc.) son totalmente

deletéreas en la Naturaleza, lo cual llevaría a su rápida desaparición. De hecho, en pocas

ocasiones se encuentran plantas cultivadas en estado silvestre en zonas no alteradas por la acción

del Hombre.

Como consecuencia de este proceso milenario en el que se ha buscado adaptación a

diferentes condiciones locales y necesidades, se ha generado una enorme diversidad genética.

Esta diversidad es de gran utilidad para el mejorador y le ha permitido desarrollar nuevas

variedades mejoradas.

Cuando un mejorador empieza un programa de mejora necesita fuentes de variación, es

decir, materiales vegetales en los que se encuentren formas de genes que permitan la consecución

del objetivo/s deseado/s. En determinados casos esta variación se encuentra disponible en otros

cultivares ya mejorados, lo cual facilita el trabajo del mejorador. En otros casos, es posible que

las fuentes de variación no se encuentren ni tan siquiera en la especie cultivada, por lo que tiene

que recurrir a especies silvestres relacionadas.

Para cada cultivo la mayor variación se puede encontrar en los centros de diversidad para

esta especie. En determinadas zonas concretas del globo terráqueo se concentra una gran

cantidad de tipos para muchas especies. Son los llamados centros de diversidad. En la década de

1930, Vavilov estableció 8 centros de diversidad, indicando las especies que correspondían a

estos centros. En muchos casos, aunque existen notables excepciones, estos centros de diversidad

coinciden con el centro de origen de las especies cultivadas, lo cual es lógico ya que en la

mayoría de ocasiones los centros de origen coinciden con la región en que se domesticó el

cultivo. De esta forma, por ejemplo en el caso del trigo, se encuentra una gran diversidad en su

región de origen, situada en Oriente Próximo. A partir de esta zona, se produjo una migración de

algunos materiales a otras zonas, en las cuales se originaron nuevas variedades. Esto supone que

sólo una parte de la variación existente migró hacia otras zonas, por lo cual la base genética de

4

estos cultivos fuera de su zona de origen y/o domesticación suele ser menor. También se pueden

encontrar centros de diversidad en zonas que han sido centros de comercio en tiempos remotos.

A estos centros llegaban materiales de muchas procedencias distintas y en muchas ocasiones

estos materiales pasaban a formar parte de las variedades locales, evolucionando en las

condiciones de estas zonas.

En algunos casos incluso es posible que, aún recurriendo a los materiales citados

anteriormente, el mejorador no encuentre la variación deseada por lo que en estos casos se puede

generar variación nueva, como por ejemplo mediante mutación inducida. También se puede

recurrir a genes presentes en materiales no relacionados con la especie objeto de la mejora, para

lo cual será necesario utilizar técnicas derivadas del las nuevas biotecnologías.

5.2. Recursos fitogenéticos.

Los materiales genéticos que forman parte de las especies cultivadas y de sus especies

silvestres relacionadas se denominan recursos fitogenéticos. Estos recursos son de gran utilidad

ya que constituyen la principal fuente de variación para el mejorador.

Gracias a los recursos fitogenéticos ha sido posible obtener variedades nuevas mejoradas.

Sin embargo, como consecuencia de la aparición de variedades mejoradas, con características

superiores a las existentes hasta el momento, se ha ido produciendo un re-emplazamiento de las

variedades tradicionales por cultivares mejorados. Esto está provocando la desaparición de las

variedades tradicionales. Además, la demanda de uniformidad de los mercados, la desaparición

de las pequeñas unidades de autoconsumo y la internacionalización de la producción, transporte

y comercialización están favoreciendo este proceso. Todo esto está causando una fuerte erosión

genética, perdiéndose un gran número de variedades que podrían suponer fuentes de variación

para los programas de mejora actuales y futuros. De esta forma, nos encontramos que los

cultivares tradicionales, que han servido de base para la obtención de cultivares mejorados se

están perdiendo. Esto compromete seriamente la posibilidad de obtener futuras variedades

nuevas, al limitar las fuentes de variación disponibles.

Por otra parte, la utilización cada vez mayor de unos pocos cultivares de cada especie está

provocando un estrechamiento de la base genética de los cultivos, lo cual aumenta la

5

vulnerabilidad de las cosechas frente a plagas, enfermedades y cambios ambientales. Existen

multitud de ejemplos de los peligros causados por este estrechamiento de la base genética. Un

ejemplo claro lo constituye el caso de la hambruna ocurrida en el siglo pasado en Irlanda. Los

cultivos tradicionales de nabos en que se basaba la alimentación fueron sustituidos por unas

pocas variedades de patatas. La mayor producción por hectárea permitía alimentar un mayor

número de personas. Sin embargo, la aparición de un ataque de mildiu (Phytophtora infestans) al

que resultaron susceptibles las pocas variedades de patata cultivadas provocó la destrucción casi

completa de las cosechas y una impresionante falta de alimentos que provocó la famosa

emigración irlandesa a los Estados Unidos.

Para evitar la pérdida irreemplazable de los recursos fitogenéticos aparece la necesidad de

recolectarlos y conservarlos antes de que desaparezcan para siempre. Las actividades de

recolección de recursos fitogenéticos fueron esporádicas hasta la década de 1960, en que se

empezaron a realizar actividades internacionales para la salvaguarda de los recursos

fitogenéticos. Así, existe un organismo dependiente de la FAO, el IPGRI (siglas en inglés del

Instituto Internacional para los Recursos Fitogenéticos) que establece cuales son los cultivos y

regiones prioritarias para recolectar, organiza misiones de recolección, se encarga de la

conservación de los recursos fitogenéticos, elabora descriptores con los cuales se recogen los

datos de cada muestra recolectada (accesión) y publica directorios con los materiales disponibles

en cada uno de los lugares donde se encuentran almacenados los recursos fitogenéticos.

Para la conservación de los recursos fitogenéticos existen dos estrategias básicas, que se

denominan conservación in situ y conservación ex situ.

La conservación in situ consiste en favorecer, en los lugares donde se concentra la

diversidad genética, el mantenimiento de la misma de forma espontánea. Esto requiere el

establecimiento de "reservas" o "parques" en dónde se mantenga la diversidad. Además la

conservación in situ permite que continúe la dinámica evolutiva en un ambiente natural de los

recursos fitogenéticos conservados. Este tipo de conservación está especialmente indicado para

el caso de especies silvestres, forestales y pastos. Así, protegiendo determinadas zonas donde se

encuentra una especial concentración de diversidad, estos recursos se pueden mantener de forma

fácil. En el caso de la mayor parte de especies cultivadas este tipo de conservación es más

6

compleja. Por una parte, sería necesaria una incentivación económica para compensar a aquellos

agricultores que renuncien a cultivar las variedades modernas. Por otra parte, habría que

mantener un control para comprobar que efectivamente estos agricultores cumplen con la labor

que se les ha encomendado. En la práctica este sistema resulta demasiado caro y difícil de

controlar. Una alternativa a estos sistemas es la conservación mediante la utilización.

La conservación ex situ consiste en conservar los recursos fitogenéticos fuera de las

zonas de diversidad u origen. Este tipo de conservación incluye a los jardines botánicos y

arboretos por una parte y a los bancos de germoplasma por otra. Los jardines botánicos y

arboretos son colecciones vivas de especies vegetales y en la actualidad tienen poca importancia.

Ello es debido al elevado coste que conlleva mantener las plantaciones (espacio requerido, mano

de obra,...) y a los peligros de que se pierdan las colecciones por accidentes climatológicos,

plagas y enfermedades. Por otra parte, los bancos de germoplasma son los centros donde se

conservan los recursos fitogenéticos mediante el almacenamiento de estructuras que permiten su

propagación o reproducción. En estos bancos se puede almacenar gran cantidad de material a un

costo relativamente bajo. El IPGRI considera dos tipos de bancos de germoplasma, "bancos

base" y "bancos activos", dependiendo del tipo de colecciones de germoplasma. En el caso de los

bancos base se almacenan colecciones a largo plazo (decenas o centenas de años) como legado

para las generaciones futuras y únicamente se pueden extraer accesiones de ellas para su

regeneración o en casos excepcionales, como por ejemplo, cuando en los bancos activos no se

encuentre disponible algún material en concreto. En los bancos activos se almacenan colecciones

a medio plazo (entre 3 y 20 años) para la utilización de los materiales almacenados por los

mejoradores, investigadores y otros usuarios públicos y privados. Las muestras de estos bancos

pueden ser fácilmente remitidas a los usuarios. De esta forma, cuando un mejorador necesita

fuentes de variación para un programa de mejora no necesita ir a los centros de diversidad a

Abuscarla@, sino que puede recurrir a los bancos de germoplasma.

En las especies reproducidas por semillas la conservación se realiza almacenando las

mismas en bancos de semillas, los cuales son habitaciones con unas condiciones especiales en

donde se almacenan las semillas en bolsas, frascos u otros recipientes convenientemente

ordenados. En el caso de las especies de reproducción vegetativa, por su naturaleza

habitualmente heterocigota (ver tema 10) no sólo interesa conservar los genes, sino que también

es de interés conservar el genotipo entero. Esto presenta el inconveniente de tener que conservar

7

órganos como tubérculos, estaquillas, rizomas, estolones,...) que tienen una vida corta. Para

solventar este problema en los bancos de germoplasma en que se almacena este tipo de muestras

se suele recurrir a otras técnicas, como el almacenaje in vitro o la criopreservación, los cuales

serán tratados más adelante.

Almacenaje del germoplasma.

Almacenaje de semillas. Es la forma más cómoda para el mantenimiento de los recursos

fitogenéticos de los materiales reproducidos por semilla. Dependiendo de su tolerancia a los

métodos más comunes de conservación se consideran dos tipos de semillas:

-Ortodoxas: Son aquellas en las cuales puede inducirse un aumento de su longevidad

disminuyendo la temperatura y humedad de almacenamiento. La mayoría de semillas de las

especies cultivadas son de este tipo. Se ha demostrado que mediante la reducción de la

temperatura y de la humedad se puede aumentar extraordinariamente la longevidad de las

semillas. Una aproximación para la predicción de la longevidad de estas semillas viene dada por

la ley de Harrington (también llamada ley de la tumba). Esta ley predice que por cada 51C que

baja la temperatura de almacenaje o por cada 2% de disminución de la humedad interna de la

semilla la longevidad se duplica. Aunque en la actualidad existen modelos para la predicción de

la longevidad más exactos, la ley de Harrington da una idea de la longevidad aproximada de una

semilla ortodoxa almacenada en determinadas condiciones. Mediante la desecación y descenso

de la temperatura de almacenaje se puede conseguir que la longevidad de las semillas sea de

decenas, centenares o incluso miles de años. Así, se ha predicho que si se almacenasen semillas

de trigo con una viabilidad inicial del 100% con una humedad del 5% a una temperatura de -20

1C, al cabo de 390 años únicamente un 5% de semillas habrían perdido la viabilidad. En los

bancos de germoplasma la semilla se deseca de forma suave y luego se coloca en frascos

herméticos que se mantienen a temperaturas bajas (normalmente -31C para bancos activos y -

181C para bancos base). Si se congela antes de desecar la semilla puede perder la viabilidad

debido a la formación de cristales de hielo que pueden dañar las estructuras celulares.

Normalmente, la semilla se suele desecar de una forma suave, como por ejemplo encerrándolas

en un frasco junto con algún agente hidrófilo, como el silica-gel.

-Recalcitrantes: Son aquellas que no toleran la reducción de su humedad interna y/o la

8

reducción en la temperatura de almacenamiento. Estos tratamientos provocan daños irreparables

que originan la muerte de las semillas. Muchas especies que producen semillas grandes y

carnosas (castaña, nuez, níspero,...) o que son de origen tropical (mango, cacao, coco,...)

presentan un comportamiento de este tipo. En estas especies generalmente no se conserva la

semilla, sino que se deben seguir otros sistemas de conservación, en los que se conservan otras

estructuras, generalmente vegetativas, que permitan la propagación de estos materiales. Para ello

suele ser habitual la conservación in vitro o la criopreservación. La conservación de colecciones

de campo supone, además de un coste de mantenimiento elevado, los riesgos de pérdida del

material por accidentes meteorológicos, plagas, enfermedades, etc.

Manejo de la información sobre recursos fitogenéticos.

Para que los recursos fitogenéticos sean útiles a los mejoradores, no es suficiente con

conservarlos. Es necesario disponer del máximo de información posible sobre cada una de las

accesiones y disponer de esta información en un formato que permita realizar búsquedas

selectivas de los materiales que presenten las características de interés para el mejorador y que

éste tenga a su alcance toda la información posible sobre cada accesión (cada una de las muestras

distintas conservadas en un banco de germoplasma). Las colecciones de germoplasma pueden ser

muy voluminosas, con decenas o centenares de miles de accesiones, por lo que es deseable

estandarizar lo máximo posible la toma y almacenamiento de datos. La toma de datos referente a

las accesiones se realiza mediante descriptores. Los descriptores son unidades de información

que pueden hacer referencia a características intrínsecas de la planta o a otros datos de interés

para la colección, como el país de origen, fecha de colecta, etc. Existen 4 categorías de

descriptores:

-Datos de pasaporte, que son datos registrados en el momento de efectuar la colecta en

campo, junto con nombres y datos de identificación

-Datos de caracterización, que son datos sobre caracteres heredables, fácilmente

evaluables visualmente y que se expresan en cualquier ambiente (por ejemplo, forma de la

hoja,...).

9

-Datos de evaluación preliminar, que se refieren a un número limitado de caracteres

considerados de interés general por los usuarios de un determinado cultivo (por ejemplo,

resistencia a determinadas enfermedades,...).

-Datos de evaluación completa, que se trata de información sobre caracteres relacionados

principalmente con programas de mejora (presencia de alguna sustancia determinada,...)

5.3. Mutación puntual y cambios numéricos y estructurales.

Una mutación es un cambio detectable heredable no causado por segregación ni

recombinación genética. Es decir, no se trata de los cambios producidos por la segregación de los

gametos ni tampoco por el intercambio de fragmentos entre cromosomas homólogos durante la

meiosis como consecuencia del cruzamiento entre individuos genotípicamente distintos o de la

autofecundación de un individuo heterocigoto. La mutación es la fuente primaria de variación, ya

que es el único mecanismo que genera cambios permanentes en el genoma. Para que el cambio

sea heredable es necesario que la mutación se encuentre presente en las estructuras

reproductivas. Según la información génica implicada en la mutación se pueden distinguir:

-Mutación génica: Es cualquier cambio heredable producido dentro de los límites de un

gen. Como resultado aparecen estados alternativos de un mismo gen, los alelos. Una mutación

génica puntual podría ser, por ejemplo, el resultado de una sustitución de una base por otra en la

cadena de ADN, por la adición de un par de bases o por la deleción de un par de bases.

-Mutación cromosómica: Es cualquier cambio que implica la pérdida o ganancia del

número de cromosomas. Si el conjunto de todos los genomas se duplica puede formarse un

poliploide. Las mutaciones cromosómicas pueden ser resultado de un error en la meiosis. Las

plantas superiores, en comparación con los animales superiores, normalmente soportan bastante

bien los cambios en el número de cromosomas.

-Mutación estructural: Es cualquier cambio en la posición de los segmentos

cromosómicos. Entre los cambios estructurales se incluyen:

10

*Deleciones: Pérdida real de porciones terminales o intercalares del cromosoma. Con

ello, los genes que se encuentran en estos segmentos se pierden.

*Duplicaciones: Presencia de un fragmento de información genética más de una vez en

un cromosoma. Esto implica que al existir más copias de estos genes, aumente la cantidad de los

productos de su traducción, aunque esto no tiene siempre porque ocurrir debido a los

mecanismos reguladores de la célula o a que el nuevo trozo haya caído en una zona del

cromosoma con poca actividad.

*Inversiones: Inversión de un segmento cromosómico e inserción en su posición original.

Esto provoca que unos genes se sitúen en una posición en la que no se encontraban antes, lo cual

puede llevar a diferencias en la expresión.

*Traslocaciones: Cambio de posición de segmentos cromosómicos dentro o entre

cromosomas. Al igual que en el caso anterior, se puede producir una mayor o menor actividad de

los genes implicados, dependiendo de la zona en la cual se sitúen los fragmentos traslocados.

Existen especies en que muchas de las variedades existentes son el resultado de simples

mutaciones puntuales. Muchas variedades de cítricos han aparecido como resultado de

mutaciones espontáneas aparecidas en el campo. Otro ejemplo es la diversidad que se encuentra

en las coles (coliflor, col de Bruselas, col lombarda,...), la cual es producto de unas pocas

mutaciones.

Además de las mutaciones espontáneas, es posible inducir mutaciones, ya sea con agentes

físicos o químicos. Estos agentes pueden aplicarse a la semilla, aunque también se pueden aplicar

sobre yemas, polen, tejidos y células somáticas, tubérculos, bulbos, etc. Los agentes mutágenicos

son también carcinógenos, por lo cual su manejo debe ser realizado con cuidado.

Tabla 5.1. Algunos agentes mutágenicos. Agentes físicos

Agentes químicos

Rayos X

Etil metan sulfonato

Rayos gamma

Dietil sulfato

Rayos ultravioleta

Azida sódica

11

Partículas beta Etil imina Partículas alfa

La mejora por mutación fue recibida con mucho entusiasmo por los mejoradores. Sin

embargo, en la inmensa mayoría de los casos, las mutaciones inducidad (al igual que las que se

dan de forma natural) son de naturaleza deletérea y, en la práctica, los resultados de la mutación

inducida han sido menos espectaculares de lo esperado. Aún así, se han obtenido muchos tipos

variantes de utilidad en la mejora mediante la mutación inducida. Uno de los grupos de plantas

en que ha resultado más exitoso este tipo de técnicas ha sido en plantas ornamentales, donde

muchas mutaciones producen fenotipos de interés ornamental.

5.4. Hibridación intra e interespecífica.

La hibridación permite la transferencia de información genética entre poblaciones, lo cual

puede dar lugar a la aparición de genotipos novedosos por combinación de genes presentes en

ambas poblaciones. Por tanto, es una herramienta que puede generar genotipos de interés para el

mejorador. La hibridación normalmente se realiza por cruzamiento por vía sexual. Esto implica

la transferencia controlada de polen desde un parental masculino hasta el estigma de las flores

del parental femenino, habiéndose asegurado previamente que ningún grano de polen extraño

pueda llegar al estigma de dicha flor. Para ello, en las flores del parental femenino se suelen

eliminar las anteras (emasculación) antes de que se produzca la liberación del polen y se realiza

el embolsamiento de la flor o inflorescencia. Una vez realizada la polinización se embolsa otra

vez para evitar que posteriormente algún grano de polen extraño pueda llegar al estigma y

fecundar alguna ovocélula. Cuando el cruzamiento directo no es posible debido a la

incompatibilidad entre parental femenino y masculino, otra serie de técnicas, como la fusión de

protoplastos (Tema 11), pueden ser de gran utilidad para conseguir la hibridación sin pasar por la

fase sexual.

La hibridación intraespecífica es la que se realiza entre individuos de una misma especie.

Normalmente, no existen problemas para conseguir la hibridación entre individuos fértiles de una

misma especie, aunque éstos sean considerablemente diferentes o pertenezcan a subespecies

12

distintas, y los individuos resultantes suelen ser fértiles.

La hibridación interespecífica es aquella que tiene lugar entre especies distintas. La

hibridación interespecífica únicamente es posible entre especies filogenéticamente relacionadas.

El éxito de los cruces interespecíficos dependerá en gran medida de las relaciones genéticas entre

las especies. Así, como resultado de los cruzamientos interespecíficos se pueden conseguir

resultados que van desde que no se consiga obtener el híbrido por incompatibilidad del

cruzamiento (falta de germinación del polen, de crecimiento del tubo polínico, etc.) hasta que

éste sea completamente viable. En muchas ocasiones, el híbrido interespecífico no resulta viable

debido a que las diferencias entre cromosomas interfieren con el apareamiento y disyunción

durante la meiosis, incompatibilidad entre genes nucleares del parental masculino y genes

citoplasmáticos del parental femenino o entre el desarrollo del endospermo y el del embrión. En

otros casos, el híbrido resulta ser poco fértil o estériles debido a las diferencias en el número

cromosómico de las especies parentales o a la no homología entre éstos. Esto provoca que la

meiosis sea irregular, y en lugar de formarse bivalentes aparezcan univalentes que llevan a

gametos desequilibrados y a esterilidad.

Otra utilidad de gran interés para la mejora de la hibridación interespecífica es la

introgresión. La introgresión implica la transferencia de una pequeña cantidad del genoma de una

especie a otra. Así, en muchos casos, en la especie cultivada no se encuentra variación para algún

carácter que si se encuentra en las especies silvestres. En este caso, interesa transferir sólo ese

carácter de la especie silvestre en cuestión. Por tanto, la introgresión es el resultado de la

hibridación de dos especies, con cruzamientos consecutivos de los productos de recombinación

hacia una de las especies parentales (retrocurzamiento) durante varias generaciones.

5.5. Las modernas técnicas derivadas de la biotecnología en la generación de variación.

Existen muchas técnicas no convencionales de aumentar la variación disponible para el

mejorador. Entre éstas se encuentran la generación de variación somaclonal, la fusión de

protoplastos, el rescate de embriones in vitro, la fertilización in vitro y sobretodo la

transformación genética, la cual permite insertar genes de cualquier origen en el genoma de una

planta cultivada, dando lugar a genotipos insospechados hace sólo unos pocos años. Todas estas

13

técnicas serán discutidas en el tema 11 (El cultivo in vitro y la ingeniería genética en el

desarrollo de nuevas variedades).

TEMA 6. ESTRUCTURA GENÉTICA DE LAS POBLACIONES DE PLANTAS

6.1. Definición de estructura genética.

La estructura genética de una población hace referencia a la frecuencia en que se

encuentran distribuidos los genes y los genotipos en una población. La estructura genética

condiciona de forma importante los programas de mejora a aplicar, ya que dependiendo de ésta

serán más adecuados unos métodos u otros.

Dos poblaciones distintas pueden presentar distintas frecuencias para los alelos de un gen

dado (frecuencias alélicas o frecuencias génicas). Así, si nos fijamos en un gen dado con dos

alelos (A y a), en una población (población 1) estos alelos podrían estar, por ejemplo en unas

frecuencias f(A)=0.50 y f(a)=0.50, mientras que en otra población (población 2) las frecuencias

podrían ser f(A)=0.99 y f(a)=0.01. Esto indica que en la población 1 un 50% de las copias de este

gen corresponderán al alelo A y un 50% al alelo a, mientras que en la población 2 un 99% de las

copias corresponderán al alelo A y un 1% al alelo a. Por otra parte, para unas mismas frecuencias

génicas, las frecuencias genotípicas pueden diferir entre poblaciones distintas. Dos poblaciones

(poblaciones 3 y 4) pueden tener unas frecuencias génicas de f(A)=0.30 y f(a)=0.70 y las

frecuencias de cada uno de los genotipos posibles (frecuencias genotípicas) podrían ser

f(AA)=0.30, f(AA)=0.00 y f(aa)=0.70 en la población 3 y f(AA)=0.09, f(Aa)=0.42 y f(aa)=0.49 en

la población 4.

Obviamente, las frecuencias genotípicas y génicas están relacionadas. Así, en un

individuo diploide las frecuencias génicas para un gen con dos alelos (A y a) serían:

f(A) = f(AA) + 0.5 Α f(Aa)

f(a) = f(aa) + 0.5 Α f(Aa)

6.2. Sistemas reproductivos.

14

Las plantas pueden reproducirse sexual o asexualmente. En la reproducción sexual se da

fusión de gametos (células con la mitad de la dotación cromosómica de las células somáticas),

mientras que en la asexual se utilizan partes vegetativas (conjuntos de células con la dotación

cromosómica completa) de la planta para producir nuevos individuos. De esta forma, los

resultados de la reproducción sexual y asexual son distintos. En la reproducción sexual se dan los

fenómenos de segregación y recombinación durante la meiosis, lo cual puede dar lugar a

combinaciones genéticas nuevas y por tanto, a individuos genéticamente distintos a sus

parentales. En cambio en la reproducción asexual no tiene lugar la meiosis, con lo cual la

configuración genética de los individuos reproducidos vegetativamente no cambia. De esta

forma, en la reproducción asexual el genotipo se mantiene inalterado, o lo que es lo mismo, los

descendientes de un individuo reproducido asexualmente serán genéticamente idénticos a su

progenitor.

Plantas reproducidas sexualmente.

Según su sistema reproductivo, las plantas reproducidas sexualmente se dividen en dos

grandes grupos: Autógamas y alógamas. Plantas autógamas son aquellas que normalmente se

autofecundan, es decir, que el polen de una planta dada fecunda a los óvulos de esa misma

planta. Habitualmente, lo que ocurre es que el polen de una flor hermafrodita fecunda a los

óvulos de la misma. Plantas alógamas son aquellas que presentan polinización al azar. En

condiciones ideales, esto significa que las probabilidades de que el polen de todas y cada una de

las plantas de la población fecunden a un óvulo de una planta cualquiera es la misma.

Plantas reproducidas asexualmente.

En este tipo de plantas, la reproducción se realiza por estructuras vegetativas que son

capaces de dar lugar a un individuo nuevo (tubérculos, estolones, estaquillas, bulbos, cormos,

etc.) o por cultivo de tejidos in vitro. Con las técnicas de cultivo in vitro, en la actualidad es

posible reproducir vegetativamente muchas especies vegetales que antes de la aparición de estas

técnicas no podían reproducirse vegetativamente y evitar la transmisión de enfermedades con los

órganos de propagación. Esto ha sido muy útil en la mejora (tema 11). Por otra parte, hay que

15

señalar que el que una especie se reproduzca de forma vegetativa en la práctica agrícola no

significa que no pueda reproducirse de forma sexual. De hecho en aquellos cultivos de

reproducción vegetativa aprovechados por sus frutos o sus semillas, como muchos frutales y la

fresa, necesitan de la polinización para producir. Incluso en algunos casos, sobretodo en frutales,

es necesario que esta polinización sea cruzada por la existencia de sistemas de

autoincompatibilidad. La posibilidad de obtener descendencia por vía sexual en este tipo de

plantas es de gran interés para la mejora, tal y como veremos en el tema 10.

En algunos casos, las plantas de reproducción vegetativa son estériles, como por ejemplo

las bananas que consumimos habitualmente. Gracias a esta esterilidad no tienen semillas, pero

esto hace que su reproducción únicamente pueda realizarse por vía asexual.

Otro tipo particular de reproducción asexual es la apomixis o agamospermia, en la cual se

da producción de semilla, pero el embrión no se forma a partir de la fusión de gametos, sino a

partir de tejido materno, generalmente nucelar.

Especies autógamas.

Cereales Leguminosas

Cebada Garbanzo

Avena Judía

Arroz Cacahuete

Trigo Guisante

Mijo Soja

Sorgo* Lenteja

Veza

Haba*

Hortícolas Industriales

Tomate Lino

Pimiento Tabaco

Berenjena Algodón*

Lechuga

16

*Sistema reproductivo intermedio con predominio de la autogamia

Especies alógamas.

Cereales Leguminosas

Maíz Alfalfa

Centeno Trébol blanco

Hortícolas Industriales

Sandía Remolacha

Calabaza Cáñamo

Pepino

Melón

Espárrago

Cebolla

Zanahoria

Col

Rábano

Especies reproducidas vegetativamente.

Hortalizas Frutales

Patata Casi todos

Alcachofa

Fresa

6.3. Estructura genética de plantas autógamas, alógamas, de reproducción vegetativa y

apomícticas.

Plantas autógamas.

En las especies autógamas, normalmente las plantas serán homocigotas para todos los

loci. Es decir, en un mismo individuo para cada gen únicamente existirá un alelo. Esto es debido

a que la autofecundación continuada conduce a la homocigosis. Si se autofecunda una planta

17

homocigota, su descendencia seguirá siendo homocigota, es decir su genotipo permanecerá

invariante. En cambio si existe alguna planta heterocigota, al autofecundarse únicamente la

mitad de la descendencia seguirá siendo heterocigota, mientras que la otra mitad pasará a ser

homocigota. Como resultado, la proporción de heterocigotos se reducirá a la mitad en cada

generación. De esta forma, después de n generaciones de autofecundación, la proporción de

heterocigotos se habrá reducido a (1/2)n. En el caso de una población finita, al cabo de un

número suficiente de generaciones de autofecundación los heterocigotos habrán desaparecido.

Plantas alógamas.

En las poblaciones de alógamas el cruzamiento se realiza al azar. De esta forma, en un

locus determinado pueden existir homocigotos y heterocigotos. Debido al cruzamiento al azar, en

cada generación se van produciendo nuevas combinaciones de genes. En el caso de alogamia

estricta (a=1), las frecuencias genotípicas siguen la ley de Hardy-Weinberg. Imaginemos que

tenemos un gen con dos alelos A y a que se encuentran en frecuencias f(A)=p y f(a)=q. Esto

significa que del total de gametos masculinos formados en esta población la proporción de

gametos de tipo A será p y la de gametos de tipo a será q. Lo mismo ocurrirá en el caso de los

gametos femeninos. Al producirse los cruzamientos al azar, los genotipos resultantes de la unión

de los gametos masculinos y femeninos serán:

P(AA)=p2

P(Aa)=2*p*q

P(aa)=q2

Plantas de reproducción vegetativa y apomícticas.

En ausencia de selección, la composición de una población de plantas de reproducción

vegetativa o apomícticas permanecerá inalterada. Por tanto, si nos encontramos con una

población de en que existen distintos genotipos, con este tipo de reproducción éstos se

mantendrán en las mismas proporciones que en la generación inicial.

6.4. Depresión consanguínea y heterosis.

En las poblaciones de alógamas la autofecundación continuada durante varias

generaciones normalmente conduce a una pérdida de vigor (depresión consanguínea). En estas

18

poblaciones suelen existir genes que presentan alelos detrimentales en frecuencias génicas bajas.

Esto hace que estos alelos se encuentren en su mayor parte en estado heterocigoto. Si un alelo a

está en una frecuencia f(a)=0.5 la frecuencia de heterocigotos Aa será 0.5 y la de homocigotos aa

0.25. En cambio si a estuviese en una frecuencia de f(a)=0.01 la frecuencia de heterocigotos Aa

sería de 0.0198 y la de homocigotos aa sólo de 0.0001. Es decir el alelo detrimental se encuentra

en su mayor parte "oculto" en los heterocigotos. Al forzar la autofecundación se va produciendo

la desaparición de los alelos que están en heterocigosis, los cuales pasan a estar en homocigosis.

Por cada generación de autofecundación el número de heterocigotos se reduce a la mitad, con lo

cual aumenta la frecuencia de homocigotos y más individuos llevarán el alelo detrimental en

homocigosis. Cuando existen muchos genes detrimentales ocultos en los heterocigotos, lo cual

suele ser habitual, la consecuencia es que muchos de los individuos procedentes de la

autofecundación llevan al menos un gen detrimental en homocigosis, lo cual provoca pérdida de

vigor. De hecho, muchas plantas presentan sistemas genéticos de autoincompatibilidad, lo cual

evita los efectos negativos de la autofecundación. Por lo tanto, los métodos de mejora de

alógamas, en general, tratarán de evitar que como producto final del programa se obtengan

homocigotos. En cambio, tratarán de explotar el vigor híbrido.

Existen distintos puntos de vista sobre la definición de vigor híbrido o heterosis. Así,

algunos mejoradores consideran que existe heterosis para un caracter cuando el híbrido presenta

para este caracter un valor superior a cualquiera de los parentales. Otros mejoradores, en cambio,

consideran que es suficiente que el híbrido sea superior al valor medio de los parentales para que

se pueda decir que existe heterosis. Existen dos grandes hipótesis para explicar el fenómeno de la

heterosis. Una es la de la dominancia. Según esta hipótesis, el mayor valor del híbrido se debe a

que en los parentales existirán alelos distintos dominantes que contribuyen al caracter. De esta

forma, el híbrido reunirá en heterocigosis a los alelos para los que difieren los parentales. Al ser

genes dominantes, el híbrido presentará un mayor valor que los parentales. La otra hipótesis que

pretende explicar el fenómeno de la heterosis es la de la superdominancia. Según esta hipótesis el

heterocigoto es en sí mismo superior a cualquiera de los homocigotos. La mayoría de trabajos de

investigación apoyan a la primera hipótesis. Esto indica que sería posible derivar a partir de un

híbrido individuos homocigotos con un valor tan elevado como el del híbrido para un caracter

determinado.

A diferencia de lo que ocurre alógamas, en autógamas generalmente no existe depresión

19

consanguínea como consecuencia de la autofecundación. Ello no quiere decir que no exista vigor

híbrido en individuos con un alto nivel de heterocigosis, los cuales suelen ser obtenidos por

hibridación artificial. La falta de depresión consanguínea como resultado de la autofecundación

se debe a que el sistema natural de reproducción de estas plantas es la autofecundación y los

posibles alelos detrimentales que existiesen o que vayan apareciendo por mutación son

rápidamente eliminados por la selección natural. Además, al ser homocigotos para todos los

genes, al producirse la autofecundación, el genotipo de estas plantas no varía. Por tanto, en

autógamas se pueden obtener homocigotos como producto final de un programa de mejora. Eso

no significa que no se puedan obtener también variedades que sean heterocigotas, las cuales

pueden presentar vigor híbrido

6.5. Incidencia del sistema reproductivo y de la biología floral en los objetivos de la Mejora

Vegetal.

El conocimiento de la estructura genética de una población es de gran importancia antes

de iniciar un programa de mejora. Por otra parte, es interesante señalar que en última instancia, la

estructura genética de una población depende de la biología floral de la especie. Es decir que el

que una planta sea autógama o alógama depende de su biología floral.

En las plantas alógamas estrictas, los apareamientos se producen al azar. Si tomamos el

caso de un gen hipotético con dos alelos presentes en la población, existirán homocigotos para

cada uno de los alelos y heterocigotos y además, se encontrarán en las frecuencias predichas por

la ley de Hardy-Weinberg. De esta forma, en las poblaciones de alógamas, existe una alta

frecuencia de heterocigotos, sobre todo cuando las frecuencias génicas se encuentran en valores

medios.

En las plantas reproducidas vegetativamente y apomícticas se mantiene el genotipo de la

planta originaria. Si ésta es heterocigota su descendencia seguirá siendo heterocigota. Lo mismo

ocurrirá si es homocigota. Este tipo de plantas suele presentar un elevado grado de heterocigosis,

lo cual permite explotar el vigor híbrido. Al reproducirse vegetativamente la constitución

genética original se mantiene.

La biología y morfología floral tiene un papel muy importante en los programas de

20

Mejora. Además, la biología reproductiva condiciona en gran medida el tipo de estrategia de

mejora a seguir. Los planes de mejora requieren frecuentemente la realización de cruzamientos.

En el caso de las variedades híbridas su obtención requiere la realización de cruzamientos en

gran escala. En plantas en que esto se puede realizar fácilmente y obtener un elevado número de

semillas por cruzamiento, como el maíz, la estrategia de obtener híbridos puede ser adecuada. En

otras es difícil ya que, como en el caso del trigo, la realización de cruzamientos es técnicamente

complicada y como mucho se puede obtener una semilla por cruzamiento, por lo que la

obtención de híbridos no parece la estrategia más adecuada.

TEMA 7. VARIEDADES GENÉTICAS.

7.1. Cultivares y variedades genéticas.

Un cultivar es un material vegetal cultivado con unas características morfológicas,

fisiológicas o agronómicas distintivas y reproducibles. Es decir, debe ser posible distinguirlo de

los demás cultivares y debe presentar unas características que se repitan campaña tras campaña.

El término variedad es más amplio, ya que no se restringe a las plantas cultivadas. En el contexto

de la Botánica, el término variedad botánica se utiliza para designar....Como vemos, una

diferencia fundamental entre estos dos términos es que el cultivar necesariamente debe

corresponder a una especie cultivada y la variedad no. De esta forma, en un contexto de Mejora

sería más correcto hablar de cultivar que de variedad. Sin embargo, en muchas ocasiones se

utilizan como sinónimos, y el uso de ambos términos para designar a materiales cultivados se ha

generalizado. En ocasiones se utiliza el término variedad genética para referirse a un cultivar.

Existen muchos tipos de variedades genéticas, que se diferencian en características de

gran importancia desde el punto de vista del manejo agrícola. De la misma forma, la obtención

de uno u otro tipo de variedades puede requerir a menudo la utilización de métodos de mejora

distintos. Los tipos fundamentales de variedades son los siguientes. En este tema nos

dedicaremos a estudiar los principales tipos de cultivares, que son los siguientes:

-Líneas puras

-Variedades población

-Clones

-Variedades multimezcla

21

-Variedades multilínea

-Híbridos

-Variedades sintéticas

7.2. Líneas puras.

Una línea pura está formada por un conjunto de individuos con un mismo genotipo, el

cual es homocigoto para todos los loci.

Las líneas puras son habituales en cultivos autógamos, ya que en este tipo de cultivos los

heterocigotos tienden a desaparecer con la autofecundación (Tema 6). Además, una vez se tiene

un individuo homocigoto, con la autofecundación su genotipo se mantiene inalterado. Por otra

parte, en este tipo de cultivos es habitual que no exista depresión consanguínea ya que por su

forma de reproducción la selección natural y artificial han actuado para eliminar a los genes

detrimentales. En cambio, en cultivos alógamos las líneas puras generalmente son muy débiles y

normalmente no tienen interés para su utilización en cultivo. Sin embargo, son muy útiles para la

obtención de otras variedades, como los híbridos.

Las líneas puras presentan un nivel mínimo de diversidad genética. Esto es porque todos

los individuos son genéticamente iguales y además al ser homocigotos, todos los alelos que se

encuentran en un locus son iguales. Por su estructura genética, las líneas puras presentan una

elevada uniformidad, lo cual presenta ventajas para las exigencias del mercado.

Las líneas puras se pueden obtener fácilmente por autofecundación continuada hasta

obtener un individuo homocigótico para todos sus loci. En cultivos autógamos son muy fáciles

de obtener ya que por el propio sistema reproductivo se tiende a la homocigosis. De esta forma,

la semilla de autofecundación de un individuo homocigoto constituye una línea pura. De la

misma forma su mantenimiento también tiene poca complicación ya que mediante la

autofecundación perpetúa el mismo genotipo. De esta forma, un agricultor que compre semilla de

una línea pura podrá seguir utilizando la semilla que coseche para el futuro, siempre y cuando no

ocurran entrecruzamientos ocasionales con otros cultivares de la misma especie. Esto se puede

asegurar en gran medida si no existen otras variedades en campos circundantes. En alógamas, la

22

obtención de líneas puras requiere de la autofecundación o la realización de cruzamientos

consanguíneos de forma continuada, por lo que en estos casos el mejorador debe controlar la

polinización.

7.3. Variedades población.

Una variedad población está formada por un conjunto de individuos con unas

características diferenciales y que se mantienen por polinización libre, no controlada de forma

directa por el hombre.

Las variedades población han sido las variedades utilizadas de forma tradicional hasta la

aparición de las modernas variedades. Este tipo de variedades han aparecido por selección

natural y artificial en un ambiente dado sin control de la polinización y normalmente tienen una

antigüedad de decenas o cientos de años. Este tipo de variedades normalmente son mantenidas

año tras año por los propios agricultores, los cuales han ido eligiendo las semillas de las mejores

plantas para la siguiente generación. Como resultado de la aparición de mutaciones,

cruzamientos incontrolados con otros cultivares o especies silvestres relacionadas, mezcla de

semillas, etc., estas variedades han ido acumulando un alto grado de variación.

Las variedades población son comunes tanto en autógamas como en alógamas. En

autógamas están formadas por mezclas de distintos genotipos homocigóticos puros. En

alógamas, las variedades población se encuentran formadas tanto por individuos homocigotos

como heterocigotos. Cuando no exista selección, las frecuencias de los distintos genotipos se

encuentran en las proporciones dadas por el equilibrio de Hardy-Weinberg.

Las variedades población normalmente presentan una elevada diversidad genética, por lo

cual es común que presenten un menor grado de uniformidad que las líneas puras. Aunque la

uniformidad suele ser mayor para el/los caracter/es por los que se aprovechan, ya que ha habido

una selección artificial consciente para este/os caracter/es, siguen presentando un rango de

variación superior al que existe para otros materiales como las líneas puras, clones o híbridos

simples.

23

Las variedades población normalmente presentan un elevado grado de tamponamiento

frente a cambios en las condiciones ambientales y suelen estar muy adaptadas al ambiente de

cultivo en que han evolucionado, presentando un elevado grado de tolerancia o resistencia a las

plagas y enfermedades con las que han coexistido y evolucionado durante muchos años. Sin

embargo, en muchos casos son sensibles a las plagas o enfermedades nuevas. Por otra parte, su

rendimiento suele ser menor que el de otro tipo de cultivares. Además, su falta de uniformidad,

con las consiguientes dificultades que esto supone para su éxito en el mercado, están haciendo

que su uso cada vez sea menor. A pesar de esto, las variedades población son y han sido la base

genética más ampliamente utilizada para la obtención de la mayoría de cultivares nuevos, ya que

suponen una fuente de variación de gran interés para muchos programas de mejora. Por otra

parte, (tal y como veremos en los temas 8 y 9), la mejora de las variedades población puede ser

relativamente fácil.

7.4. Clones.

Un clon es un conjunto de individuos con un mismo genotipo y en el que la reproducción

se realiza de forma vegetativa. Por tanto, no tiene lugar intercambio de material genético a través

de procesos sexuales y el genotipo se mantiene inalterado generación tras generación. Esto

permite que una vez que se detecte un genotipo superior, éste puede ser reproducido dando lugar

a una descendencia con ese mismo genotipo independientemente de su constitución genética y

del sistema reproductivo sexual habitual de la especie. Normalmente, los clones presentan un

elevado grado de heterocigosis, con lo cual se aprovecha el vigor híbrido. Al ser muy

heterocigotos, la descendencia de un clon obtenida por vía sexual segrega, y por lo tanto no

presentará las mismas características que la planta madre. Esto puede utilizarse en la mejora de

cultivos de propagación vegetativa (Tema 10).

Los clones son habituales en muchos frutales, tanto en especies autógamas como en

alógamas, y en otros cultivos de alto valor económico en que este tipo de reproducción es fácil.

Un clon presenta un nivel mínimo de diversidad genética, ya que todos los individuos son

genéticamente iguales. Sin embargo, al contrario de lo que ocurre en las líneas puras, en cada

locus se pueden encontrar alelos diferentes,.

24

Al ser todos los individuos genéticamente iguales presentan una gran uniformidad.

Muchos clones han aparecido como consecuencia de mutaciones espontáneas, que al conferir a

los individuos que las portaban alguna característica deseable se han ido propagando

vegetativamente. Los clones se mantienen por reproducción vegetativa continuada. De esta

forma hay clones, especialmente en frutales, que tienen una antigüedad de cientos de años.

La principal desventaja de este tipo de variedades es el alto coste de la reproducción

vegetativa, en comparación con la reproducción por semilla, y la acumulación de enfermedades

transmisibles por tejidos somáticos (Tema 10).

7.5. Variedades multimezcla.

Se trata de variedades formadas por una mezcla de otras variedades. Así, se pueden

realizar mezclas de líneas puras, mezclas de híbridos, de líneas puras e híbridos, etc...

Las variedades multimezcla se pueden utilizar tanto en autógamas como en alógamas.

Presentan una elevada diversidad genética, lo que les confiere una gran estabilidad en el

rendimiento. Además, muchos estudios indican que el rendimiento de las variedades multimezcla

es superior al rendimiento medio de sus variedades componentes cultivados por separado. Sin

embargo, la producción de una variedad multimezcla no suele superar al de la mejor variedad

componente de la mezcla. De todas formas, en muchas ocasiones es imposible conocer a priori

cual será la mejor variedad de entre un conjunto de variedades. De esta forma, las variedades

multimezcla permiten una menor variación en los rendimientos obtenidos en cada campaña, es

decir, proporcionan una mayor estabilidad en el rendimiento. Al existir distintos genotipos,

existe una compensación entre unos y otros genotipos frente a cambios ambientales producidos

por causas climatológicas, plagas o enfermedades o cualquier otro factor no controlado.

El principal inconveniente de las variedades multimezcla deriva de su poca uniformidad.

Al mezclar variedades distintas, el producto final es poco uniforme, las cualidades agronómicas

de cada variedad son distintas, etc. Esto constituye un problema para los mercados actuales y

para el manejo agrícola de estos materiales.

25

7.5. Variedades multilínea.

Las variedades multilínea están formadas por una mezcla de líneas puras genéticamente

iguales, excepto para uno o unos pocos genes.

Las variedades multilínea se utilizan en autógamas (ya que se trata de líneas puras) y su

utilidad fundamental es para la lucha contra enfermedades, y muy especialmente en cereales. De

la misma forma que se han encontrado genes que proporcionan una protección efectiva frente a

una enfermedad durante muchos años, para otras se trata de una lucha continua entre el

mejorador y la enfermedad, ya que los genes de resistencia que se introducen son superados

rápidamente por razas nuevas del patógeno. Esto suponde que contínuamente se deben obtener

variedades nuevas con genes de resistencia distintos, los cuales sólo ofrecen protección durante

un tiempo limitado. Las variedades multilínea tratan de evitar esto último. Para ello, las distintas

líneas que forman la variedad multilínea difieren en los alelos que presentan resistencia a una

enfermedad. Es común que para una enfermedad dada existan diferentes razas del patógeno y

diferentes genes de resistencia en la planta. Si se utiliza siempre el mismo gen de resistencia, se

establece una presión de selección muy fuerte en favor de razas que pueden superar ese gen de

resistencia. De esta forma, una raza que se encuentre en muy baja frecuencia puede pasar a

convertirse en la raza predominante. En esta situación al resistencia se ve superada y el cultivo se

ve afectado por la enfermedad. Sin embargo, si existen individuos con diferentes genes de

resistencia frente a un mismo patógeno, al no establecerse una presión de selección tan fuerte, es

posible que se vean infectados individuos de alguna línea o líneas que no presentan resistencia a

la raza predominante, pero las demás se verán libres. Además, al existir un mosaico de plantas

con genotipo distinto para la resistencia se dificulta la expansión del patógeno. Esto permite que

con unas pérdidas mínimas tengamos una resistencia útil durante muchos años (resistencia

durable).

Las variedades multilínea son muy uniformes, ya que todo su genotipo es igual, excepto

para los genes de resistencia implicados, los cuales no suelen tener un efecto muy grande sobre el

fenotipo.

Se suelen obtener por introgresión, generalmente mediante retrocruzamiento (Tema 8) de

26

varios alelos para un gen de resistencia en una línea pura, obteniéndose tantas líneas puras (líneas

isogénicas) como de alelos distintos se disponga para el carácter en cuestión.

La desventaja principal de las variedades multilínea se derivan de la necesidad de obtener

y mantener varias líneas distintas (en ocasiones hasta 10 o más) en lugar de una sola. Esto

multiplica el trabajo necesario para obtener una variedad de este tipo.

7.6. Variedades híbridas.

Una variedad híbrida es aquella resultante del cruzamiento de parentales que presentan

distinto genotipo. Los híbridos son muy comunes en la Agricultura actual en un gran número de

especies. Normalmente presentan un elevado grado de heterocigosis, lo cual les confiere vigor

híbrido.

Para la obtención de híbridos es necesario realizar cruzamientos o asegurarse de que éstos

se han realizado. Los cruzamientos pueden realizarse manualmente o mediante mecanismos que

permitan asegurarnos que las semillas que obtenemos proceden en realidad del cruzamiento. Uno

de los mecanismos que suele utilizarse es la androesterilidad (esterilidad masculina). Así si el

parental que utilizamos como parental femenino presenta polen estéril no se podrá autofecundar.

En autógamas nos evitaremos la eliminación de las anteras (emasculación) antes de que liberen

el polen. En alógamas, al producirse polinización cruzada nos evitaremos no sólo la

emasculación, sino la necesidad de transferir el polen del parental masculino al femenino.

En algunas especies, como el maíz y el tomate, la obtención de híbridos es sencilla y

barata ya que los cruzamientos son fáciles de realizar y se obtienen muchas semillas de cada uno

de ellos. En maíz, se plantan varias líneas del parental femenino por cada línea de parental

masculino. Al estar separadas las inflorescencias masculinas y femeninas se corta antes de que

aparezca el penacho de las inflorescencias masculinas de las plantas femeninas. De esta forma,

las mazorcas que se recojan sobre estas plantas necesariamente procederan de cruzamiento entre

ambos parentales. En otros cultivos como el trigo y la alfalfa, la obtención de híbridos es muy

cara, debido a que la polinización es dificultosa y por cada cruzamiento realizado se obtiene

como mucho una sola semilla.

27

Dependiendo de los parentales utilizados, existen varios tipos de híbridos:

Híbrido simple:

Es el producto del cruzamiento de dos líneas puras. Por tanto, todos los individuos son

genéticamente iguales. Suelen presentar un elevado grado de heterocigosis, ya que las líneas

parentales utilizadas suelen diferir en los alelos presentes en muchos loci. Esto permite una

mayor explotación del vigor híbrido. Las líneas parentales que dan lugar al híbrido se eligen de

forma que cuando se cruzen entre ellas den lugar a un híbrido con buenas características.

Los híbridos simples son comunes en autógamas y en alógamas. En este último caso es

frecuente que las líneas parentales sean muy débiles, ya que para la obtención de las líneas puras

se ha tenido que recurrir a realizar cruzamientos consanguíneos y/o autofecundaciones. Esto

implica que se les debe dedicar un especial cuidado y que la producción de semillas obtenida

puede ser baja. Hasta hace unas décadas la utilización de híbridos simples en un cultivo como el

maíz no era muy frecuente. En este cultivo, las líneas puras eran muy débiles, obteniendose muy

poca semilla por planta, lo cual la encarecía. En la actualidad, los híbridos simples de maíz son

más comunes ya que se han obtenido líneas puras con un mayor vigor.

Los híbridos simples presentan poca diversidad genética, ya que todos los individuos son

genéticamente iguales. Sin embargo, al presentar un elevado grado de heterocigosis, en muchos

loci se encuentran alelos distintos.

Al ser todos los individuos genéticamente idénticos, presentan una elevada uniformidad.

También suelen ser muy productivos debido al vigor híbrido que presentan. Por otra parte, es

fácil acumular resistencias a enfermedades en estos materiales. Estos genes suelen ser

dominantes, con lo cual realizando cruzamientos entre líneas puras parentales con resistencia a

distintos patógenos, el híbrido poseerá en heterocigosis los que confieren resistencia. Al tratarse

de genes dominantes, el híbrido acumulará las resistencias que se encuentren en ambos

parentales.

28

Como ya hemos dicho, los híbridos simples se obtienen por el cruzamiento de dos líneas

puras y su obtención requiere el control de la polinización. Si el agricultor utiliza la semilla que

da el híbrido la descendencia segregará, tanto si se trata de una autógama como de una alógama,

con lo cual el producto que obtendrá será muy poco uniforme y se perderá una parte importante

del vigor híbrido. Esto hace que cada año el agricultor tenga que comprar la semilla si quiere que

sus plantas que siembra mantengan las características de la variedad. Esto supone una patente

física sobre los híbridos por parte de las casas de semillas, ya que la única forma en que se puede

obtener el híbrido es realizando el cruzamiento entre las dos variedades parentales y a éstas sólo

las posee la casa de semillas en cuestión. Este es uno de los motivos prinicpales por los cuales las

casas de semillas están interesadas en la comercialización de cultivares híbridos.

Híbrido doble:

Es el resultante de realizar el cruzamiento entre dos híbridos simples. Los híbridos dobles

presentan la ventaja sobre los simples de que la obtención de semilla es barata ya que los dos

parentales son híbridos y por tanto, presentan mucho vigor y dan una elevada cantidad de polen

(parental masculino) y de semilla (parental femenino).

Los híbridos dobles se han utilizado fundamentalmente en maíz. Presentan mayor

diversidad genética que los híbridos simples, ya que al proceder del cruzamiento entre genotipos

heterocigotos se producirá segregación. Debido a esto presentan una menor uniformidad que los

híbridos simples. Además, en general, los mejores híbridos dobles presentan una producción

menor que los mejores híbridos simples.

Este tipo de híbridos se utilizan en zonas donde no compensa económicamente la

utilización de semilla de híbridos simples. Sin embargo, su utilización se encuentra cada vez más

en desuso debido a que la semilla de híbridos simples es cada vez más barata, por haberse

obtenido líneas puras de mayor vigor.

Híbrido de tres vías:

También se denomina híbrido triple. Es el resultante de cruzar una línea pura con un

29

híbrido simple. Normalmente se suele utilizar como parental masculino a la línea pura y como

femenino al híbrido. Se trata de un tipo de híbrido intermedio entre el simple y el doble. Al

utilizarse como parental femenino un híbrido se obtiene una elevada producción de semillas.

Aunque el parental masculino sea débil, con el polen que produce, normalmente es posible

polinizar adecuadamente a muchas plantas. Como en el caso de los híbridos dobles su utilización

se encuentra en desuso.

Por lo que se refiere a la composición genética de los híbridos de tres vías y a su

uniformidad, éstas son intermedias entre el híbrido simple y el doble. Al igual que los híbridos

dobles, se suelen utilizar en zonas dónde no compensa la utilización de híbridos simples.

Híbrido línea x variedad:

Es el resultado del cruzamiento entre una línea pura y una variedad población. Los

híbridos línea x variedad presentan una alta diversidad genética, ya que la variedad población es

genéticamente diversa. Por otra parte, este tipo de híbridos presenta una menor uniformidad que

el híbrido simple y en general una menor producción. Sin embargo, al ser uno de los parentales

una variedad población presentan una mayor capacidad de adaptación al ambiente. Se suelen

utilizar en zonas en las que la gran mayoría de híbridos no se comportan adecuadamente debido a

las condiciones climatológicas, edafológicas, etc. En estas zonas suelen existir variedades

población bien adaptadas a estas condiciones. De esta forma, este tipo de cruzamientos permite

explotar la ventaja del vigor híbrido y la adaptación de la variedad población, resultado de su

diversidad genética y evolución en un ambiente dado.

7.7. Variedades sintéticas.

Una variedad sintética es una generación avanzada obtenida a partir de una mezcla de

líneas, híbridos u otro tipo de materiales de un cultivo alógamo y que se mantiene por

polinización abierta.

Es importante destacar que en la mezcla original de materiales sólo se incluyen los

30

materiales que combinan bien entre sí en todas las combinaciones, es decir que el cruzamiento 2

a 2 de todos los componentes da buena descendencia.

Al tratarse de especies alógamas se producen cruzamientos entre los componentes

originales de la variedad, alcanzándose un elevado grado de heterocigosis. En teoría, si se trata

de una alógama pura el equilibrio de las frecuencias genotípicas se alcanza al cabo de una

generación y en ausencia de selección las características se deberían mantener de forma

inalterada generación tras generación. Por tanto, el agricultor puede utilizar su propia semilla

campaña tras campaña. Sin embargo, normalmente determinados genotipos suelen presentar una

mayor supervivencia, con lo cual la composición de la mezcla se va alterando con el paso del

tiempo. Por tanto, en este tipo de variedades se suele recomendar que el agricultor renueve su

semilla comprando semilla comercial cada cierto número de años.

Las variedades sintéticas presentan una elevada diversidad genética, tanto mayor como es

el número de líneas parentales utilizadas, y una alta estabilidad en la producción. Debido a esta

diversidad, estas variedades son poco uniformes, lo cual puede ser un inconveniente para su

comercialización. En las plantas forrajeras, dónde la falta de uniformidad no es un factor

excesivamente importante, existen variedades sintéticas.

31

TEMA 8. MÉTODOS DE MEJORA EN PLANTAS AUTÓGAMAS.

8.1. Selección individual y selección masal.

Ya hemos visto que las poblaciones de autógamas están formadas por individuos en su

mayor parte homocigóticos. Por otra parte, en este tipo de plantas existen poblaciones, como las

variedades población, que están constituidas por mezclas de líneas puras distintas. Esta variación

genética existente se puede aprovechar para mejorar esta población, seleccionando los mejores

individuos o eliminando los peores.

Mediante la selección se modifican las frecuencias génicas. El mejorador establece,

dependiendo de sus objetivos la forma de selección que utilizará. Así, en caracteres cuantitativos,

un tipo de selección habitual es la selección por truncadura, en que se seleccionan los individuos

que superan un cierto valor. Otra forma usual de ejercer selección es elegir un determinado

porcentaje de individuos que presenten el carácter que nos interesa con mayor intensidad. La

proporción de individuos seleccionados es lo que se llama presión de selección. En caracteres

cualitativos elegirá los individuos que muestran el carácter.

A principios de siglo, Johannsen realizó experimentos con una variedad población de

judía para la que existía una gran variación para el peso de la semilla (Figura 8.1). Johanssen

escogió las judías más grandes y las más pequeñas, las sembró y dejó que las plantas procedentes

de ellas se autofecundasen. Encontró que las semillas procedentes de plantas originadas a partir

de semillas pequeñas presentaban un peso medio inferior al de las semillas de las plantas

procedentes de semillas grandes. Esta primera selección (selección entre líneas puras distintas)

fue eficaz, encontrándose diferencias en el peso medio de los dos grupos de semillas. Sin

embargo, cuando separó semillas grandes y semillas pequeñas dentro de la descendencia de

autofecundación de una misma planta (selección dentro de línea pura), los pesos medios de las

semillas de la generación siguiente de ambos grupos de semillas fueron iguales. En este caso la

selección no es eficaz.

La población inicial, no seleccionada por el peso de la semilla, constituía una mezcla de

formas genéticamente diferentes las unas de las otras. Al ser la judía un cultivo autógamo, esta

32

mezcla correspondía a individuos homocigotos, capaces de dar lugar cada uno a una línea pura

diferente. Las diferencias que se encontraban para el peso de la semilla en la población original

eran, pues, debidas en parte al genotipo y en parte al ambiente. En cambio, las semillas

procedentes de la autofecundación de un individuo de esa población dará individuos con el

mismo genotipo, por lo cual las diferencias que se encuentren entre el peso de las distintas

semillas únicamente será de tipo ambiental.

Sobre la base de esta explicación se llega a las siguientes conclusiones:

-La selección entre líneas es eficaz. Las diferencias observadas se deben al ambiente y al

genotipo.

-La selección dentro de línea pura no es eficaz. Toda la variación que se observa es

debida al ambiente.

Si nuestra población de partida es una línea pura, no tiene sentido la realización de

selección dentro de ella. Antes habrá que introducir variación, mediante hibridación,

mutagénesis, etc. Una vez se disponga de variación de origen genético la selección puede ser

eficaz.

Selección individual.

La selección individual, también denominada selección de líneas puras, consiste en la

selección de aquellos individuos con un fenotipo que se ajusta a los objetivos del programa de

mejora. Una vez realizada esta selección, la semilla recogida de cada planta se evalúa por sus

características.

Una vez realizada la selección inicial se realiza una prueba de descendencia. Las pruebas

de descendencia permiten evaluar mejor los genotipos seleccionados, ya que la descendencia

obtenida será igual en genotipo a la planta madre, por proceder de una planta autógama

homocigótica. Esto permite distinguir los parentales genéticamente buenos de aquellos que

presentaban un buen fenotipo como consecuencia de un efecto ambiental favorable. Para ello, se

recoge la semilla por separado, sembrándose una pequeña parcela con cada una de las

33

descendencias de las plantas seleccionadas. La selección se efectúa ahora entre parcelas distintas,

no realizándose selección de plantas dentro de parcela, ya que todas las plantas son

genéticamente iguales. Una vez realizada la selección de parcelas se recoge la semilla de cada

parcela por separado. Con la descendencia de las parcelas seleccionadas se realizan ensayos

comparativos que permitan identificar a los genotipos superiores. Si de los resultados de estos

ensayos comparativos se desprende que se ha seleccionado algún genotipo de interés se realiza

su multiplicación. De esta forma tan sencilla podemos obtener una nueva variedad.

La eficacia del método dependerá en gran medida de la variación existente en la

población original y de lo eficaz que haya sido la primera selección, lo cual dependerá a su vez

de la heredabilidad del carácter. Cuanto mejor sea la heredabilidad del carácter, mejor va a ser

esta selección. Por lo que respecta al ambiente se debe tratar de que sea lo más homogéneo

posible, lo cual aumentará el valor de la heredabilidad al reducir la varianza ambiental.

Selección masal.

La principal diferencia entre la selección individual y la selección masal es que en la

selección individual el tipo final obtenido constituye una línea pura. En cambio en la selección

masal se conserva un número elevado de líneas distintas. El resultado final, por tanto, no es una

línea pura sino un conjunto de líneas puras.

Existen dos variantes de la selección masal, la negativa y la positiva. La diferencia entre

ellas es la presión de selección que se aplica. Así, en la negativa la presión de selección es poco

intensa, de forma que únicamente se eliminan los fenotipos más desfavorables. En la positiva, la

presión de selección es más fuerte, de forma que únicamente se conserva la semilla de los

fenotipos mejores. La selección masal ha sido muy útil para la mejora de variedades locales.

Estas variedades se encuentran muy bien adaptadas a los ambientes en que han evolucionado.

8.2. Cruzamientos transgresivos y complementarios.

Mediante la selección individual y masal únicamente se efectúa una selección entre

genotipos ya existentes en una población determinada. Sin embargo, en muchas ocasiones

34

deseamos obtener genotipos que no están presentes en la población original de la que partimos.

Una de las vías más utilizadas en los programas de mejora en autógamas es introducir variación

mediante cruzamientos. De esta forma, en las generaciones segregantes, por recombinación,

aparecerán genotipos nuevos que finalmente por autofecundación darán lugar a hacia líneas

puras con un genotipo nuevo.

Según el fin que se persiga se habla de dos tipos de cruzamientos:

Cruzamientos complementarios:

En este tipo de cruzamientos se intenta obtener un nuevo genotipo homocigótico que

reúna determinadas características de cada genitor. Se pretende obtener un genotipo en el que los

caracteres deseados se encuentran repartidos entre los dos parentales.

Supongamos que poseemos dos variedades de trigo: Una con una producción elevada,

con caña fuerte y resistente al frío, pero con tendencia al desgranado, baja calidad panadera y

susceptible a la roya. La segunda, con producción baja, con caña débil, no resistente al frío, pero

sin tendencia al desgranado, alta calidad panadera y resistente a la roya. Tal vez se podría

realizar un cruzamiento complementario entre las dos intentando conseguir en las generaciones

segregantes un genotipo con producción elevada, caña fuerte, resistente al frío, sin tendencia al

desgranado, alta calidad panadera y resistente a la roya.

Cruzamientos transgresivos:

En este tipo de cruzamientos se intenta obtener en la descendencia genotipos que

muestren un caracter cuantitativo con mayor o menor intensidad (según interese) que la de los

genitores.

Los cruzamientos de tipo transgresivo pueden dar buen resultado en la mejora de

características reguladas por sistemas poligénicos. Dos parentales que muestren similar

intensidad para un caracter poligénico pueden presentar genotipos distintos para este caracter y

en la segregación del correspondiente cruzamiento se pueden obtener nuevos genotipos que

acumulen mayor número de genes favorables.

35

Supongamos en trigo dos genotipos que muestran la misma resistencia al frío y que sus

constituciones genéticas son: AABBccddeeFF y aabbCCDDEEff, siendo los alelos con letras

mayúsculas los que confieren mayor resistencia al frío según un modelo aditivo. En la

segregación procedente de la autofecundación del híbrido se obtendrán genotipos con distinto

nivel de resistencia al frío y si se utilizan tamaños de población suficientemente grandes se podrá

obtener el genotipo AABBCCDDEEFF, el cual acumula más alelos de resistencia al frío que

cualquiera de sus parentales.

8.3. Mejora por hibridación con selección masal.

En este método, una vez se ha obtenido la generación F2, ya sea a partir de un

cruzamiento de tipo complementario o transgresivo, ésta se siembra en una parcela y se recoge la

semilla en conjunto de la F3 sin efectuar selección o eliminando únicamente los tipos más

desfavorables. La semilla de esta generación se vuelve a plantar y se repite el esquema hasta

alcanzar un grado de homocigosis elevado. Habitualmente se considera que en las generaciones

F6-F8 el grado de homocigosis es suficientemente elevado. La elección de la generación en que

se considera que se ha alacanzado un grado de homocigosis suficiente depende de la amplitud de

la segregación obtenida, que a su vez dependerá del grado de diferencia genética de los

progenitores. Cuanto mayor sea la diferencia genética entre los progenitores mayor número de

generaciones de autofecundación deberán transcurrir para que se alcance un mismo grado de

homocigosis. Ya hemos visto (tema 6) que la autofecundación reduce el número de heterocigotos

para un gen a la mitad en cada generación. De esta forma, en estas generaciones, el número de

heterocigotos será 2n-1, siendo n el número de generaciones de autofecundación. Una vez

alcanzadas las generaciones antes indicadas, se realiza una siembra de plantas aisladas para

elegir entre ellas las mejores. Estas plantas elegidas se denominan genearcas y pueden ser el

punto de partida de nuevas variedades.

En la generación siguiente F7, F8 ó F9, se siembra una parcela con la semilla de cada

genearca para comprobar la homocigosis y el mantenimiento de los buenos caracteres que

constituían el fenotipo seleccionado. Se realiza entonces una selección de parcelas y con la

semilla de cada parcela seleccionada se realizan ensayos comparativos frente a los parentales

36

originales y otras variedades comerciales para comprobar que efectivamente se ha conseguido

una mejora respecto a los materiales ya existentes. Para que estos ensayos comparativos nos

proporcionen información suficiente para decidir si merece la pena liberar las líneas

seleccionadas como nuevas variedades, éstos deberán realizarse durante más de un año y en más

de una localidad.

Este método es burdo, pero puede ser muy eficaz. Lo que persigue es la obtención de una

población heterogénea de individuos homocigotos de entre los cuales seleccionar los mejores

genotipos. Es por ello que no se efectúa selección en las generaciones iniciales de

autofecundación. En estas generaciones existirá un elevado grado de heterocigosis. Lo único que

se pretende es que se alcance la homocigosis y en este caso, la autofecundación que se da por el

propio sistema reproductivo de la planta ayuda al mejorador a alcanzar este objetivo.

8.4. Método genealógico con cruzamientos simples.

En los métodos genealógicos o de pedigrí se siembran las plantas de la F2, procedentes al

igual que en el caso anterior de un cruzamiento, pero en este caso deben situarse espaciadas lo

suficiente como para ser evaluadas de forma individual. En esta generación se realiza una

selección eligiéndose las mejores plantas. La semilla de cada una de las plantas se recolecta y se

guarda separadamente. Esta semilla se siembra en parcelas separadas (1 por planta), dando lugar

a la generación F3. Esto permite correlacionar el comportamiento medio de la parcela de la F3

con el conjunto de características por las que se seleccionó la planta correspondiente en la F2. En

la F3 se efectúa primero una selección por parcelas, eligiéndose las que presentan, como media,

un mejor comportamiento y luego se seleccionan plantas individuales dentro de estas parcelas,

recogiéndose separadamente la semilla de cada planta seleccionada para sembrar la F4 de manera

análoga a como se hizo en la generación anterior.

Se continúa de esta forma, seleccionando en cada generación primero parcelas y luego

plantas dentro de parcelas. Conforme avanzan las generaciones la homocigosis dentro de parcela

aumenta debido a la autogamia, de modo que cuando se alcanzan las generaciones F6-F9 la

homogeneidad dentro de parcela es muy elevada. En estas generaciones se pueden seleccionar

los genearcas que pueden dar lugar a una nueva variedad.

37

Una vez seleccionados los genearcas, se cultivan durante un año o dos sus descendencias

para comprobar la fijación de la variedad y obtener semilla para los ensayos comparativos que se

realizarán en más de un año y en varias localidades antes de comercializar el material obtenido

como nueva variedad.

El manejo genealógico presenta las siguientes ventajas sobre el manejo masal:

-Permite la eliminación de una gran carga de material no prometedor en generaciones

tempranas.

-Al conocerse el pedigrí de cada planta, permite la evaluación de selecciones en base al

comportamiento de varios años.

La desventaja principal de este método frente a la selección masal es que la cantidad de

material que se puede evaluar está limitada por el tiempo que se requiere para evaluar las plantas

de forma individual. Con la misma cantidad de recursos se pueden evaluar un número total de

plantas muy inferior a las que se podrían evaluar con el manejo masal.

Cuando el mejorador quiere obtener la máxima información de uno o unos pocos

cruzamientos en el menor tiempo posible, éste es mejor método que el masal. Pero no es así

cuando se desean evaluar un elevado número de cruzamientos como fuentes de genotipos

superiores.

Bajo dos condiciones determinadas, los mejoradores suelen utilizar el manejo masal en

lugar del genealógico. La primera es cuando es necesario manejar grandes cantidades de material

segregante. La segunda es cuando la presión de selección natural o artificial puede eliminar

grandes proporciones de plantas no deseables en poblaciones segregantes. De todas formas, para

cualquier población híbrida, la elección de un método no excluye al otro y se han desarrollado

diferentes combinaciones de ambos.

8.5. Mejora por retrocruzamiento.

38

El método del retrocruzamiento tiene interés cuando se dispone de una variedad con

buenas características agronómicas, pero que posee una deficiencia específica que se pretende

superar. Estas deficiencias pueden ser provocadas por la aparición de un nuevo patógeno, de un

gusto nuevo en el mercado, etc. En estos casos es deseable incorporar a la variedad que ya

tenemos el gen o los genes que permitan superar esta deficiencia específica pero manteniendo en

todo lo posible el fondo genético de nuestra variedad. Es importante destacar que a pesar de

explicarse en este tema, el método de retrocruzamiento es aplicable tanto a autógamas como a

alógamas.

En el método de retrocruzamiento se denomina parental recurrente al que deseamos

introducir los genes para el carácter en cuestión y se denomina donante al genotipo fuente de

variación, a partir del cual se incorporarán los nuevos genes en el fondo genético del genotipo

recurrente.

Los factores principales que condicionan el éxito de un programa de retrocruzamiento

son:

-Número de genes: Cuanto menor sea el número de genes a introducir más fácil es la

ejecución del programa.

-Modo de acción génica: Es más fácil la incorporación de caracteres controlados por

genes dominantes que por genes recesivos.

Introducción de un caracter controlado por un gen dominante:

Este es el caso más sencillo. Supongamos que deseamos introducir un caracter controlado

por un gen dominante A presente en un material vegetal V (fuente de variación) de fondo

genético G= en una variedad comercial R de fondo genético G, que presenta el alelo a en

homocigosis.

Para que sea posible aplicar el método de retrocruzamiento el producto de los

cruzamientos RxV y (RxV)xR ha de ser fértil (Figura 8.4).

39

Descripción del proceso:

1) Cruzamiento del parental recurrente R como genitor femenino con el parental donante

V como masculino. Se obtiene una F1 con genotipo Aa para el carácter de interés. El citoplasma

será el de la variedad comercial y el fondo genético tendrá un 50% de cada parental

(G50%G=50%). Los genes que se encuentran en los orgánulos citoplasmáticos únicamente son

transmitidos por vía maternal. De esta forma, al utilizar al parental recurrente R como parental

femenino los genes contenidos en el citoplasma serán en un 100% los de R.

2) A partir de aquí se efectuará el primer retrocruce con el parental recurrente con lo que

se obtiene la primera generación de retrocruzamiento (BC1; del inglés Aback-crossing@). Al

retrocruzar vamos forzando la eliminación de los genes del parental donante e introduciendo

genes de la variedad comercial deseada. En este caso ya no sería necesario utilizar como parental

femenino a R, ya que ahora el citoplasma de ambos parentales es el mismo. De hecho sería

conveniente a partir de aquí utilizar como parental masculino a R y como femenino al producto

de los retrocruzamientos. Eso permite disminuir el impacto de las consecuencias derivadas de

errores cometidos en cruzamientos (ver más adelante). Por lo que respecta al resto del genoma,

ahora nos encontraremos con unas proporciones G75%G=25%. De esta forma, ya habremos

recuperado 3/4 partes del genoma del parental recurrente.

3) Al existir segregación para el carácter que estamos mejorando (50% Aa y 50% aa) es

necesario realizar una selección de plantas que presenten el fenotipo A. Estas plantas

seleccionadas se retrocruzan de nuevo con el parental recurrente para obtener la segunda

generación de retrocruzamiento (BC2). En este caso volvemos a obtener segregación 50% Aa y

50% aa para el carácter deseado. Las proporciones de genoma serán ahora G87.5%G=12.5%.

4) El proceso descrito en el punto 3 se repite hasta la BC5-BC9, dependiendo del grado de

diferencia genética entre el parental donante y el recurrente. A mayor diferencia, mayor número

de generaciones de retrocruzamiento. Al aumentar el número de retrocruzamientos la

eliminación del fondo genético G= va siendo mayor (la mitad en cada generación), hasta llegar a

un momento en que el aumento de una única generación de retrocruzamiento no supone una

mejora del material de interés, ya que en será muy poca la nueva incorporación de genoma del

parental recurrente. El producto final obtenido no será idéntico a la variedad R, puesto que no se

consigue eliminar al 100% el genoma del parental donante. Como resultado de toda la serie de

retrocruzamientos se obtienen plantas con fenotipo similar al del parental donante para el

caracter que se desea introducir, pero heterocigotos para el gen que deseamos introducir.

40

5) A partir de estas plantas se obtiene una generación de autofecundación. Entre estas

plantas, un 25% serán AA, 50% Aa y 25% aa.

6) De los descendientes de la generación de autofecundación se seleccionarán aquellos

que muestren el carácter buscado. Para poder distinguir a los homocigotos de los heterocigotos

es necesario autofecundar o realizar un cruzamiento de prueba con el parental recurrente R y

estudiar la descendencia de cada planta. Aquellas descendencias que no muestren segregaciones

para el carácter son las que provienen de un genotipo homocigoto.

7) Con las descendencias de los homocigotos se llevarán a cabo ensayos comparativos en

los que el testigo será el parental recurrente. De este modo se pueden identificar aquellos

genotipos que habiendo incorporado el carácter deseado posean caracteres agronómicos más

similares a la variedad comercial.

La selección en las descendencias de los retrocruzamientos, a lo largo de todo el

programa, en contra de aquellas plantas que no muestren caracteres de interés agronómico

similares a los de la variedad comercial, aunque no es necesario, permite acelerar el programa.

Así mismo, la realización de varios ciclos en un mismo año, siempre y cuando sea

posible, permitirá conseguir el objetivo deseado en menos tiempo.

En el caso de la introducción de un gen recesivo, el manejo de los materiales es algo

diferente y más complicado que en el caso de un gen dominante, por lo que no será tratado en

este curso. En este caso no podemos seleccionar en contra de los homocigotos para el alelo

dominante AA (presente en el parental recurrente) ya que fenotípicamente serán indistinguibles

de los heterocigotos Aa, portadores del alelo que nos interesa incorporar (a).

Cuando queremos introducir varios caracteres monogénicos en una variedad sin alterar su

fondo genético el problema se complica, pues el número de plantas necesario se multiplica. Sin

embargo, cuando se abordan este tipo de problemas se pueden utilizar varias estrategias basadas

en el retrocruzamiento, las cuales tampoco pueden ser abordadas en este curso.

8.6. Variedades híbridas.

41

En la actualidad, existen variedades híbridas en muchos cultivos autógamos. Las ventajas

que presentan los híbridos es que en muchos casos presentan heterosis o vigor híbrido para

producción, facilitan la acumulación de genes de resistencia y representan una patente física para

las casas comerciales (Tema 7).

Aunque en autógamas no existen genes recesivos detrimentales, ya que la selección los

ha eliminado (tema 6), los híbridos en autógamas suelen presentar heterosis. La hipótesis más

aceptada para explicar esta teoría es que los alelos que aportan vigor son dominantes. De esta

forma, reuniendo en un mismo material alelos favorables de distintos parentales se puede obtener

un mayor vigor en el híbrido. En este caso, sería posible desarrollar líneas puras que acumulasen

todos los alelos favorables en homocigosis, con lo cual serían tan productivas como los híbridos.

La otra teoría es la de la superdominancia, que asume que para los genes que afectan al vigor el

estado heterocigoto confiere más vigor que cualquiera de los estados homocigotos. De esta

forma, no sería posible obtener líneas puras tan vigorosas como los híbridos.

La obtención de variedades híbridas implica que se deben realizar cruzamientos

controlados para asegurar que se ha conseguido la obtención del híbrido. En algunos casos, como

en el tomate, los cruzamientos son fáciles de realizar y de cada uno se pueden obtener incluso

cientos de semillas. En otros, como el trigo y el arroz, las polinizaciones son difíciles de realizar

y por cada cruzamiento únicamente se obtiene, como mucho, una semilla. Esto hace que en

algunos cultivos autógamos los híbridos sean frecuentes a nivel comercial, mientras que en otros

sólo se utilizan a nivel experimental.

Para la obtención de híbridos es necesario que el cruzamiento sea compatible y que de el

mayor número posible de semillas. Normalmente no suele haber problemas en el cruzamiento

entre líneas puras dentro de una misma especie, especialmente en el caso de especies autógamas,

en que no hay depresión consanguínea.

TEMA 9. MÉTODOS DE MEJORA EN PLANTAS ALÓGAMAS

9.1. Selección masal

La forma más sencilla de mejorar una población de plantas alógamas en la que existe

42

variación es la selección masal (Figura 9.1). En este tipo de selección se eligen en cada

generación aquellos individuos cuyo fenotipo sea más interesante. La semilla de las plantas

seleccionadas se mezcla formándose la generación siguiente. Después de varias generaciones

sucesivas de selección puede lograrse un aumento en la frecuencia de genes favorables,

desplazándose la media del carácter en cuestión hacia valores agronómicamente superiores.

A lo largo del proceso de selección y, de forma simultánea, puede ser de interés la

multiplicación de la semilla obtenida en cada generación, con objeto de efectuar ensayos que

permitan evaluar la mejora conseguida, o incluso para obtener en cada generación semilla

comercial.

La selección masal en plantas alógamas, al igual que en autógamas, ha sido sin duda el

primer método de mejora utilizado, llevándose a cabo desde la revolución del Neolítico. Es

lógico pensar que los agricultores han ido escogiendo de sus campos las plantas de mayor interés

económico para obtener de ellas la semilla a utilizar en la siembra del siguiente ciclo de cultivo.

El efecto producido por esta selección masal realizada durante muchas generaciones con toda

probabilidad ha sido seguramente mayor que todos los métodos de mejora modernos, dando

lugar a la mayor parte de tipos varietales que se cultivan en la actualidad.

La selección masal ha sido efectiva cuando ha sido posible identificar los genotipos

superiores a partir de los mejores fenotipos, esto es, cuando la heredabilidad del carácter es alta.

En general, ha sido útil para la obtención de variedades adaptadas a zonas específicas de

producción, con unas características ambientales concretas, cuando la expresión favorable de

ciertas estructuras genéticas es el resultado de la interacción del genotipo con el ambiente.

En el método masal, si la selección se ha realizado por algún carácter que ha permitido

eliminar las plantas no seleccionadas antes de que tengan lugar los cruzamientos, éstos

únicamente se realizarán entre las plantas seleccionadas. En el caso de que la selección se tenga

que efectuar una vez las plantas se han cruzado (por ejemplo, producción de semilla) únicamente

conoceremos cual es el parental femenino. De todas formas, aún en este último caso se consigue

un incremento en la frecuencia de los genes favorables.

43

Cuando la selección masal no es efectiva, por tener dificultades el mejorador para

distinguir los mejores genotipos a partir del fenotipo, un método eficaz para diferenciar los

genotipos superiores es mediante pruebas de descendencia. Básicamente, este método consiste en

recoger la semilla de aquellas plantas que han mostrado una expresión del carácter más

favorable. Las semillas procedentes de una misma planta se guardan separadamente. Cada uno de

los lotes constituye un conjunto de medios hermanos. Ya que la polinización se ha efectuado al

azar, sólo conocemos al parental femenino. Si la polinización es realmente al azar (tasa de

alogamia α=1) se puede considerar que cada planta ha sido polinizada por una muestra

representativa de la población. Por lo tanto, se puede asumir que el efecto producido por los

genes aportados por el gameto masculino serán los mismos para cada planta. De esta forma, las

diferencias que se observen entre progenies de plantas se pueden atribuir a diferencias en el

genotipo de la planta productora de semilla (parental femenino). Al año siguiente, parte de esta

semilla se siembra en parcelas separadas, de forma que en cada parcela se siembra sólo semilla

de una sola de las plantas seleccionadas en el año anterior. La valoración de las plantas de una

parcela proporciona una estima del valor de mejora de la planta madre seleccionada el año

anterior. Las parcelas que tengan un valor medio superior nos indican cuales son las mejores

madres, es decir, los mejores genotipos seleccionados el año anterior. La semilla procedente de

éstos se mezcla y constituye la población en la que se seleccionará durante el año siguiente. De

esta forma se procede durante varios ciclos (Figura 9.2).

Este método ha sido muy utilizado en maíz (es el llamado método de mazorca-línea). Sin

embargo, tiene el inconveniente de retrasar el plan de mejora un año por ciclo de selección.

Al contrario que en autógamas, la selección individual para la obtención de una variedad

directamente a partir de una única planta no se utiliza, ya que la descendencia de estas plantas

originales segregaría por no ser una línea pura. Además, al utilizar una sola planta aparecerían

efectos derivados de la consanguinidad, lo cual resultaría en una pérdida de vigor.

9.2. Selección recurrente

La selección recurrente consiste en la realización de ciclos alternantes de selección y

cruzamiento: selección para elevar al frecuencia de genes favorables en la población de mejora y

44

cruzamiento de las mejores plantas entre sí para mantener una variabilidad genética que permita

obtener las mejores recombinaciones génicas.

La ventaja de este sistema es que el tope que se puede obtener en la mejora no está

determinado por el genotipo de una sola planta fundacional, sino por la combinación más

favorable de genes contenida en un grupo de plantas fundacionales. De esta forma, se aumenta la

probabilidad de obtener individuos superiores en comparación con la selección dentro de las

líneas obtenidas por autofecundación ya que existen más oportunidades para la recombinación.

Al mismo tiempo, puesto que se puede mantener un nivel de consanguinidad bajo, será posible

mantener una variabilidad genética alta y por lo tanto la selección será efectiva durante un

periodo de tiempo más largo.

Existen varios métodos de selección recurrente.

Selección recurrente simple.

Este método presenta las siguientes fases:

1) Se autopolinizan las plantas de una población heterogénea y al mismo tiempo se

valoran por algún carácter o caracteres deseables. La autopolinización se realiza para evitar que

los genes de las plantas con genotipo favorable se diluyan al cruzarse con una muestra del resto

de la población. Si autofecundamos una planta con genes favorables y se utiliza para crear la

siguiente generación, estamos incrementando la frecuencia de genes favorables mucho más que

si utilizamos la semilla de una planta en la que la polinización se ha realizado al azar.

2) Se desechan las plantas que presentan un comportamiento inferior con respecto al

caracter que se pretende mejorar.

3) Se propagan las plantas superiores a partir de la semilla procedente de la

autofecundación. Estas plantas presentarán unas frecuencias de alelos favorables superiores a la

población anterior. Sin embargo, al autofecundar también se favorecerá la aparición de depresión

consanguínea, con lo cual estas plantas puede que sean menos vigorosas que la población

anterior.

4) Se efectúan a mano todos los cruzamientos posibles entre los descendientes superiores.

En algunos casos esto no es posible, debido a la cantidad de mano de obra que se requeriría.

45

Entonces se dejan en polinización libre, con lo cual se realizarán cruzamientos al azar. Lo que se

consigue con este paso es favorecer la recombinación genética y restaurar el vigor. Para evitar

los efectos de depresión consanguínea es necesario no reducir en exceso la población de plantas

seleccionadas.

5) La población resultante de los cruzamientos será una población con una frecuencia de

genes favorables superior a la inicial y no presentará depresión consanguínea. Esta población

sirve de punto de partida para ciclos posteriores de selección y cruzamiento.

Puesto que en este método no se realizan pruebas de descendencia ni de cruzamiento

debe ser utilizado únicamente para la mejora de aquellos caracteres con un grado de

heredabilidad lo suficientemente alto como para que la selección fenotípica realizada

visualmente o por simple medición del carácter o caracteres de interés resulte efectiva.

9.3. Variedades híbridas.

Ya se ha comentado varias veces que el aumento de consanguinidad en alógamas va

asociado a depresión consanguínea. Esto trae como consecuencia una modificación, a veces

profunda, en muchos caracteres de la planta como son un menor desarrollo vegetativo, reducción

en la tasa de crecimiento y descenso de la producción. Incluso pueden existir grandes

dificultades para conservar el genotipo. La aptitud reproductiva puede disminuir hasta el punto

de que no puedan conservarse ni en condiciones óptimas de cultivo. Además de esto, en las

primeras generaciones de autofecundación aparecen un gran número de tipos letales y subvitales

y se pueden perder muchas líneas potenciales porque.

Por contra, los híbridos presentan un gran vigor, manifestando exuberancia para los

caracteres que se citaban mermados por la depresión consanguínea.

Los híbridos son especialmente ventajosos en alógamas, ya que debido a la existencia de

genes detrimentales la probabilidad de encontrar un gen detrimental en homocigosis es menor.

La obtención de líneas puras para el desarrollo de híbridos se realiza normalmente

utilizando un sistema que aumente progresivamente la consanguinidad, como por ejemplo,

autofecundaciones sucesivas, cruces de hermanos, etc... Si la depresión consanguínea es muy

46

elevada, se corre el riesgo de perder la línea, por lo que hay que trabajar con un elevado número

de plantas. Si se obliga de forma sistemática a los cruzamientos consanguíneos conseguimos la

fijación de las líneas. Mediante la consanguinidad se consigue reducir la varianza dentro de línea

y aumenta la varianza entre líneas. Esto es, la homocigosis y la uniformidad aumentan dentro de

las progenies de cada línea, con lo cual las distintas líneas se van haciendo más diferentes.

9.4. Variedades sintéticas.

La mejora de plantas alógamas se basa en la utilización controlada de la heterosis que

aparece en los híbridos entre ciertos genotipos. Sin embargo, existen muchas especies en que la

producción de semilla híbrida comercial no resulta practicable. En estas condiciones, las

variedades sintéticas pueden ofrecer una buena oportunidad para la utilización de una apreciable

cantidad de heterosis, aunque ésta será menor que la de un híbrido.

Las variedades sintéticas tienen la ventaja sobre la variedad híbrida de que el agricultor

puede conservar semilla de su cosecha y no precisa la fabricación del híbrido anualmente.

El punto clave en la distinción de una variedad sintética y otra variedad obtenida por

otros métodos de mejora es la forma en que son elegidos los genotipos constitutivos. Una

variedad sintética se construye con genotipos cuya aptitud combinatoria ha sido ensayada. Sólo

los genotipos que se combinan bien entre sí en todas las combinaciones entran a formar parte de

la variedad sintética.

Las ventajas de las variedades sintéticas son tres:

1) Pueden ser de considerable utilidad en zonas marginales de un determinado cultivo, en

las que el costo de la semilla híbrida es muy elevado en relación al valor de la posible cosecha.

2) La mayor variabilidad de las variedades sintéticas en comparación con los híbridos

dobles permite mayor flexibilidad para soportar las condiciones ambientales variables en las

zonas marginales.

3) Las variedades sintéticas podrían utilizarse en zonas donde la superficie destinada al

cultivo comercial es demasiado pequeña para poder mantener una industria de producción de

47

semillas híbridas.

Estas ventajas no han sido desestimadas, especialmente en Europa, dónde las variedades

sintéticas han sido muy utilizadas en la mejora de las especies forrajeras.

El comportamiento de una variedad sintética depende del número de líneas que la

compongan, el comportamiento medio de los genotipos constitutivos y el comportamiento medio

de los n(n-1)/2 híbridos posibles.

En las variedades sintéticas se puede conseguir un mejor comportamiento por medio de

cualquiera de los siguientes factores o por una combinación de ellos:

1) Aumentando el número de genotipos selectos. En un material fecundado al azar

derivado de n progenitores tendrá 1/n menos superioridad sobre la mezcla de la población

mezcla de híbridos original (Tema 7). Sin embargo, llega un momento en que se encuentran

dificultades para obtener nuevos progenitores que combinen bien con el resto de progenitores.

2) Aumentando la expresión media del carácter en la F1. Ello implica que las poblaciones

parentales sean seleccionadas por su elevada aptitud combinatoria.

TEMA 10. MÉTODOS DE MEJORA EN PLANTAS DE MULTIPLICACIÓN

VEGETATIVA

10.1. Introducción

Las plantas de multiplicación vegetativa se reproducen asexualmente a partir de órganos

somáticos, tales como tubérculos, cormos, rizomas, esquejes, estaquillas, etc. Las nuevas plantas

obtenidas presentarán un genotipo idéntico al de la planta madre, independientemente de la

naturaleza de éste (homocigoto, heterocigoto, poliploide, etc.). En este tipo de plantas se

mantiene el genotipo entero después de su reproducción, ya que no tiene lugar el proceso de

recombinación genética característico de la reproducción sexual.

Al transmitirse todo el genotipo una vez se hay seleccionado una única planta con

genotipo superior, éste podrá ser replicado de forma sencilla. Eso simplifica enormemente los

48

programas de mejora. Si la selección en este tipo de plantas es más efectiva y simple que en

plantas de reproducción sexual y prácticamente todas las especies de importancia económica se

pueden reproducir vegetativamente, sea de una forma o de otra, cabe preguntarse porqué la

reproducción vegetativa no se lleva a cabo en más especies. Dos de las causas más importantes

son la degeneración clonal, consistente en el deterioro de las características propias de la

variedad (ver más adelante) y que la obtención del material reproductivo normalmente requiere

mucho más trabajo y medios que en el caso de las especies propagadas sexualmente. Por otra

parte, el mantenimiento de las plantas madre de los clones es comparativamente caro con el

almacenaje de semillas.

De esta forma, las plantas reproducidas vegetativamente suelen corresponder a especies

de alto valor económico, y en las cuales la reproducción del material es un paso relativamente

poco costoso en comparación con otras labores culturales. Muchos cultivos de reproducción

vegetativamente son perennes, aunque existen excepciones, como la patata o la fresa, que se

tratan como cultivos anuales. También muchas ornamentales se reproducen de forma vegetativa.

De la misma forma, muchos genotipos estériles se mantienen por multiplicación clonal. Esto

incluye a formas que presentan un número cromosómico distinto al típico de la especie

(poliploides, aneuploides, etc.).

10.2. Selección clonal en plantas de multiplicación vegetativa.

Si tenemos una población formada por una mezcla de clones será posible aislar algún

clon superior y mantenerlo y propagarlo, con lo cual habremos obtenido una mejora sobre la

población original. Existen muchas Avariedades población@ de clones en las que a pesar de darse

un mantenimiento por reproducción vegetativa existen distintos genotipos. Éstos han ido

surgiendo por mutación espontánea en distintas plantas del clon original. En este caso el límite

superior de la selección viene establecido por el mejor genotipo existente en la población.

En muchas especies, la selección de individuos aparecidos después de una mutación

espontánea ha originado cultivares nuevos. Este es el caso de muchos genotipos de frutales y

cítricos.

10.3. Inducción de variación y selección

49

Con el método anterior el alcance de la mejora está limitado por la variación existente en

la población original. Una vía para inducir variación en una población de plantas de

reproducción vegetativa es mediante la mutación inducida, ya sea con agentes físicos o químicos.

Otra forma de inducir variación es mediante el cultivo in vitro para generar variación

somaclonal. En estos casos generamos variación nueva en una población y podemos seguir el

método señalado en el apartado anterior. Este tipo de inducción de variación puede utilizarse

tanto en el caso de genotipos fértiles como infértiles.

En el caso de que dispongamos de genotipos fértiles se puede recurrir a la hibridación. En

este caso, la reproducción sexual ofrece una vía de crear variabilidad genética mediante el

proceso de la recombinación genética. De esta forma si cruzamos clones distintos, se pueden

crear poblaciones que pueden ser utilizadas para la selección de nuevos clones. En el caso de que

la fertilidad sea reducida, por ejemplo debido a que uno de los parentales sea androestéril puede

utilizarse éste como parental femenino, con lo cual aún en este caso se podrá realizar el

cruzamiento.

Los clones comerciales de plantas de propagación vegetativa suelen mantener un alto

grado de heterocigosis por lo que el cruzamiento de dos clones distintos da lugar a una

generación F1 que no es homogénea. En esta generación podemos efectuar selección, pues

existirán genotipos distintos. Al proceder de un cruzamiento entre clones distintos usualmente

suelen seguir manteniendo un elevado grado de heterocigosis, el cual puede ser mantenido

mediante propagación vegetativa. Si la planta seleccionada mantiene sus características

superiores puede llevar a la liberación de un nuevo cultivar.

Al ser los clones normalmente heterocigotos, la autofecundación de éstos también da

lugar a la aparición de genotipos distintos. Sin embargo, en muchas ocasiones no se suele

encontrar ningún genotipo superior al parental del que proceden, ya que la autofecundación en

estas especies suele llevar asociada depresión consanguínea y por tanto, los individuos son más

débiles.

10.4. Degeneración clonal.

50

En ocasiones, los clones de variedades comerciales Adegeneran@. Esto suele ser debido a

dos causas principales:

1) A pesar de que se supone que el genotipo de los clones se mantiene invariante, la

acumulación de mutaciones espontáneas acaecidas a lo largo del tiempo puede resultar en una

pérdida de vigor, reducción en la producción, etc., ya que normalmente las mutaciones suelen ser

deletéreas. En algunas ocasiones, las mutaciones ocurridas son favorables y pueden ser de gran

utilidad para el mejorador. Muchas de las Avariedades población@ de clones han aparecido como

consecuencia de mutaciones en plantas individuales que luego han sido utilizadas como planta

madre de parte de la generación siguiente

2) La propagación vegetativa facilita la acumulación de enfermedades que pueden ser

transmitidas con el órgano vegetativo de reproducción. El problema es especialmente grave en el

caso de virus y viroides. Así, los órganos utilizados para propagar vegetativamente una planta

infectada serán portadoras de la enfermedad. En consecuencia las plantas que se desarrollen a

partir de ella también desarrollarán la enfermedad. Además, con este tipo de multiplicación se

pueden ir acumulando distintas enfermedades, de forma que al final el fenotipo que obtenemos

es, como consecuencia de las enfermedades, distinto al del clon original.

La solución a estos problemas pasa por utilizar plantas madre para la reproducción que se

mantengan bajo condiciones controladas ambientes libres de enfermedades y en su observación

para poder detectar la aparición de mutaciones deletéreas, siendo recomendable realizar análisis

periódicos para la detección de las enfermedades transmisibles por vía vegetativa que afectan

más frecuentemente a la especie.

TEMA 11. LAS NUEVAS HERRAMIENTAS DE LA BIOTECNOLOGÍA EN EL

DESARROLLO DE NUEVAS VARIEDADES.

11.1. Introducción

Las nuevas tecnologías derivadas del cultivo in vitro y de la manipulación del ADN

51

(incluyendo la ingeniería genética) ofrecen una ayuda de gran utilidad para el mejorador. De

hecho, algunas de estas técnicas estan revolucionando la mejora vegetal.

El cultivo in vitro consiste en el cultivo de células vegetales aisladas o fragmentos de

tejido vegetal en un medio nutriente bajo condiciones asépticas. En estas condiciones, en las que

no existe competencia con otros seres vivos, y mediante la utilización de un medio de cultivo con

los nutrientes y fitorreguladores adecuados en unas condiciones ambientales adecuadas, en

muchos casos, es posible regenerar plantas enteras a partir de tejidos diferenciados e incluso

células individuales. Esto es posible gracias a la totipotencia de células vegetales de muchos

tejidos.

La ingeniería genética se define como la formación de nuevas combinaciones de material

heredable por la inserción de moléculas de ácido nucleico, producidas por el medio que sea fuera

de la célula, en un virus, plásmido bacteriano u otro vector, para permitir su incorporación en un

organismo en el cual esas moléculas no se dan de forma natural, pero en el cual son capaces de

su propagación continuada. La disponibilidad de técnicas de cultivo in vitro ha hecho posible del

desarrollo de la ingeniería genética.

La aplicación del cultivo in vitro de células y tejidos y de las técnicas de ingeniería

genética ofrece la posibilidad de una auténtica revolución en la mejora de plantas, ya que permite

superar algunas de las limitaciones de la mejora convencional. En términos simples, las nuevas

herramientas de la biotecnología pueden ayudar al mejorador incrementando la efectividad de la

selección al hacer más rápidos o sencillos los programas de mejora y aumentando la base

genética disponible para el mejorador al ofrecerle la posibilidad de obtener combinaciones

genéticas nuevas que no era posible obtener por métodos convencionales.

Entre las técnicas que permiten incrementar la efectividad de la selección cabe destacar:

-El uso de marcadores moleculares.

-El cultivo de anteras y polen.

-La selección in vitro.

-La multiplicación in vitro.

Entre las que pueden aumentar la base genética disponible para el mejorador se

encuentran:

52

-La transformación genética.

-La fusión de protoplastos.

-La generación de variación somaclonal.

-El rescate de embriones in vitro.

-La polinización y fertilización in vitro.

11.2. Selección asistida por marcadores moleculares.

En muchas ocasiones la selección de determinados genotipos es difícil debido a que el

fenotipo asociado a dicho carácter es difícil de evaluar, que se expresa en únicamente en

determinados ambientes, que presenta penetración incompleta o que requiere de métodos

costosos para su evaluación. Incluso, imaginemos el caso en que una empresa de semillas

pretende seleccionar para resistencia a una enfermedad y sus instalaciones están situadas en una

zona en que no existe esa enfermedad. Si para seleccionar es necesario infectar a las plantas, se

correría el riesgo de introducir esa enfermedad en esa región.

La utilización de marcadores que permitan ayudar a la selección es de gran utilidad para

la mejora. Un marcador es una diferencia fenotípica controlada genéticamente utilizada en el

análisis genético. El principio básico de la utilización de marcadores es la utilización de genes

polimórficos (es decir, que presenten alelos distintos) que sean fenotípicamente fáciles de

evaluar y que estén asociados a determinado carácter. De esta forma, si un carácter morfológico

fácilmente observable está asociado a un carácter de interés, seleccionando las plantas que

presentan el marcador morfológico estamos seleccionando las plantas con el genotipo que nos

interesa.

La utilización de marcadores morfológicos fácilmente identificables a nivel visual y

controlados por genes ligados a caracteres de interés ha sido útil en determinados casos. Sin

embargo, existe un número extremadamente limitado de marcadores morfológicos y para la

mayoría de caracteres de interés no existen marcadores de este tipo.

Los avances en las técnicas de manipulación y análisis de ácidos nucleicos han permitido

el desarrollo de un nuevo tipo de marcadores prácticamente ilimitados basados en polimorfismos

de ADN (variaciones en las secuencias de nucleótidos, deleciones, inserciones, traslocaciones,

53

etc.). Los organismos interfértiles presentan una alta similitud en sus secuencias de ADN, pero

aún así pueden existir diferencias en el ADN en muchos lugares del genoma. Estas diferencias

pueden utilizarse para el desarrollo de marcadores moleculares. Estos marcadores son claramente

ventajosos, ya que su número es prácticamente ilimitado, se encuentran tanto en regiones

codificantes como no codificantes del genoma y no están influenciados por el ambiente.

Una vez disponemos de un marcador molecular ligado al carácter que se quiere mejorar,

no es necesaria la expresión fenotípica del carácter para llevar a cabo la selección. Esta selección

indirecta permite llevar a cabo una selección temprana y un aumento en el tamaño de las

poblaciones empleadas en los programas de mejora. También facilita la detección precoz de

caracteres que se expresan en una fase tardía del crecimiento (Figura 12.1.).

Entre la actualidad existen muchos tipos de marcadores que permiten utilizar como

marcadores a la propia molécula de ADN.

11.3. Cultivo de anteras y polen.

Mediante el cultivo in vitro de anteras y/o polen ha sido posible regenerar individuos

haploides en muchas especies de interés económico. Estos individuos haploides por sí mismos no

suelen presentar una utilidad práctica a nivel económico. Por lo general, los haploides son

estériles ya que la ausencia de cromosomas homólogos durante la meiosis provoca la formación

de gametos no viables. Sin embargo, mediante determinados tratamientos físicos y químicos se

puede conseguir un elevado grado de diploidización (obtención de individuos diploides)

mediante una duplicación espontánea del número de cromosomas en determinadas células

(Figura 12.2).

Un tratamiento habitual para la diploidización es el tratamiento con colchicina, el cual es

un tóxico celular que se liga a la tubulina y previene la formación del huso mitótico durante la

meiosis, lo cual puede llevar a la duplicación del número de cromosomas.

La principal utilidad del cultivo de anteras y polen es la obtención de líneas homocigotas

en una sola generación, lo cual permite un acortamiento importante de los programas de mejora,

54

en muchos de los cuales debe transcurrir un tiempo considerable para alcanzar la homocigosis.

11.4. Selección in vitro.

La selección in vitro consiste en seleccionar para caracteres deseables a nivel celular en

lugar de a nivel de planta entera. Esto presenta la gran ventaja de poder probar grandes

poblaciones celulares en un espacio muy reducido. A pesar de que en una planta, en principio es

de suponer que todas las plantas presentan el mismo genotipo, la existencia de mutaciones

espontáneas en células somáticas nos puede permitir efectuar una selección. A pesar de que la

tasa de mutación es pequeña, al probarse muchas células (incluso millones) es posible encontrar

entre ellas mutantes que puedan ser de interés.

Para poder efectuar la selección in vitro es necesario disponer de algún agente selectivo

que elimine las células que no sean de nuestro interés o que permita identificar a las útiles por

alguna característica.

La selección in vitro se ha utilizado para la obtención de genotipos vegetales con

resistencia a herbicidas, a la salinidad y a enfermedades (utilizando en este caso como agente

selectivo por ejemplo, la toxina producida por el patógeno).

A pesar de que a priori la selección in vitro parece presentar grandes ventajas para

seleccionar para determinados caracteres, en la práctica los resultados no han sido tan

satisfactorios como se esperaba. Además para algunos caracteres, como la producción, es difícil

llevar a cabo la selección a nivel celular. Esto exigiría no sólo la determinación de caracteres a

nivel celular que se correlacionen con la producción, sino también la búsqueda de algún agente

selectivo adecuado.

Otra desventaja de las técnicas de la selección in vitro es que a veces es complicado

regenerar plantas a partir de tejido tisular, sobretodo si se han llevado a cabo varios ciclos de

subcultivo. En otros casos, se ha encontrado falta de expresión del carácter a nivel de planta.

Esto ocurre porque el comportamiento a nivel de célula no tiene porque corresponderse con el

comportamiento a nivel de planta entera.

55

A pesar de estas desventajas, la selección in vitro es extremadamente útil para la

regeneración de plantas transgénicas (ver apartado 11.5). Estas últimas suelen incorporar un gen

seleccionable, que en muchas ocasiones confiere resistencia a un antibiótico tóxico para células

vegetales. De esta forma añadiendo ese antibiótico al medio de cultivo para la regeneración de

plantas a partir de las células, únicamente sobreviven las plantas transformadas que expresan el

gen de resistencia.

11.5. Multiplicación in vitro.

El cultivo de tejidos vegetales para la multiplicación clonal se ha convertido en un

método muy popular para la propagación vegetativa de genotipos de interés. Este método

denominado micropropagación se basa en la obtención de nuevas plántulas a partir de un

explante (trozo de tejido).

Para ello el tejido inicial cultivado in vitro da lugar a plantulitas, ya sea mediante la

formación de yemas adventicias directamente a partir del tejido original, o después de pasar por

una fase de callo. Las células vegetales se pueden multiplicar indefinidamente en cultivo in vitro

de forma muy rápida, formándose masas de tejido desorganizado denominadas callos. A partir de

un callo se pueden diferenciar plantulitas a través de la organogénesis, en que el callo da lugar al

desarrollo de tallos y/o raíces, o a través de la embriogénesis somática, en la cual se forman

embriones.

Las técnicas de multiplicación in vitro son muy utilizadas para la obtención de material

vegetal libre de patógenos en especies de propagación vegetativa. Para la recuperación de clones

infectados o para asegurar la producción de plantas libres de virus, se suele realizar cultivo de

meristemos. Para ello, de una planta original, se cortan meristemos apicales (con un tamaño de

entre 0.1-0.5 mm). En estos tejidos meristemáticos, con una división celular muy activa y sin una

conexión vascular diferenciada, en muchas ocasiones no se encuentran partículas virales. De esta

forma, cultivando meristemos, se pueden obtener plantas libres de virus.

Otra técnica de micropropagación, para la eliminación de virus de tejidos vegetales,

56

consiste en el microinjerto in vitro. Para ello, en condiciones asépticas, se injerta una plántula de

patrón con un meristemo del genotipo a injertar. Esta técnica es muy utilizada en frutales y en

cítricos.

11.6. Transformación genética.

La transformación genética consiste en la transferencia de genes foráneos específicos,

aislados a partir de distintos organismos, a un nuevo contexto genético. El objetivo final de la

transformación genética es la obtención de plantas que expresen los genes foráneos insertados.

Mediante la transformación genética se puede conseguir insertar en plantas genes de otras

especies, ya sean vegetales, animales, hongos, bacterias, virus e incluso genes artificiales. De

esta forma, el mejorador puede tener a su disposición combinaciones genéticas hasta hace poco

insospechadas.

Las plantas transformadas genéticamente se denominan plantas transgénicas. La

obtención de plantas transgénicas requiere la identificación y aislamiento de los genes a insertar

y su inserción e integración en el genoma de la planta.

Para la identificación de genes se trocea el genoma completo de un organismo y cada

fragmento de ADN se clona en un vector adecuado (por ejemplo, en plásmidos de la bacteria

Escherichia coli) para construir una biblioteca genómica. Para poder encontrar el clon que

contiene el gen de interés se puede utilizar al ARNm complementario al gen que nos interesa

marcado (generalmente radioactivamente). Al hibridar ese ARNm con los miles de clones

obtenidos, únicamente se apareará con aquel clon que posea una secuencia complementaria, y en

el cual estará el gen en cuestión con sus secuencias reguladoras y sus intrones. Para ello es

necesario poder aislar el ARNm correspondiente a ese ADN. Eso puede hacerse a partir de

células especializadas en las cuales el producto génico se produce en grandes cantidades, o por

comparación entre los ARNs entre células que expresan el gen y otras que no lo expresan.

Otra solución es que cuando se conozca la secuencia de al menos un trozo de la proteína

producto el gen, construir una secuencia de nucleótidos que codificaría para esa secuencia de

aminoácidos y utilizarla como sonda marcada.

57

También es posible identificar un gen por homología de secuencia con genes conocidos

de función similar. De esta forma, si se ha aislado ya un gen y nosotros deseamos aislar otro, tal

vez de otra especie, y que presenta una función similar podemos utilizar a ese gen aislado como

sonda, ya que probablemente presentará secuencias conservadas comunes.

Por otra parte, los mapas de elevada densidad obtenidos mediante marcadores

moleculares han facilitado el posicionamiento de muchos genes en regiones cromosómicas

concretas, aún incluso cuando se desconoce totalmente el mecanismo de acción o la secuencia

del gen, o no se ha conseguido aislar ningún ARNm producto de la transcripción del gen. Una

vez identificada la posición aproximada del gen en el genoma, mediante la técnica de Apaseo

cromosómico@ se puede localizar su posición exacta y clonarlo. Esta estrategia denominada

clonación basada en el posicionamiento de genes en el mapa ha sido enormemente facilitada por

las nuevas técnicas, que permiten la manipulación de grandes fragmentos de ADN, como la

clonación en cromosomas artificiales de levadura (YACs). Otra estrategia para la identificación

de genes es la mutagénesis insercional. La inserción de un elemento genético móvil (transposón)

en un gen y la alteración fenotípica que origina, proporciona una asociación entre el locus y el

cambio fenotípico. A partir de ahí, el gen mutado se puede clonar con relativa facilidad.

Una vez identificado y aislado el gen que nos interesa el siguiente paso es su inserción e

integración en el genoma objetivo. Para la inserción de los genes existen dos grandes categorías

de métodos: Transferencia mediante vectores y transferencia directa. Un requisito imprescindible

para la obtención de plantas transgénicas es que una vez transformadas sean capaces de regenerar

plantas enteras. Éste es uno de tantos pasos en donde la ingeniería genética se ha beneficiado de

las técnicas de cultivo in vitro.

Al transformar una planta, el gen que se introduce debe acompañarse de varias

secuencias. Por una parte, requerirá de promotores, terminadores y otras secuencias reguladoras

para obtener el nivel deseado de expresión que puede ser constitutivo (en todas las células en

todo momento), específico de tejido (sólo en determinados tejidos) o inducible (por algún

estímulo externo). Para ello se utilizan secuencias reguladoras de distintos organismos. Así, un

ejemplo de promotor constitutivo es el del gen 35 S del virus del mosaico de la coliflor (CaMV).

58

Por otra parte, junto con el gen que nos interesa integrar, se debe incluir un marcador

seleccionable que permita la selección del material transformado. Eso es así, porque al realizar la

transformación, únicamente un porcentaje muy bajo de las células que regeneran para dar lugar a

planta han sido transformadas. Para evitar tener que realizar pruebas a posteriori entre miles de

plantas adultas para identificar las transformadas, se hace uso de la selección in vitro. Para ello se

suele acompañar al gen a introducir de un gen marcador seleccionable, como puede ser la

resistencia a un antibiótico tóxico para vegetales o resistencia a un herbicida. Si en el medio de

cultivo se añade esos agentes selectivos, únicamente sobrevivirán las células transformadas, que

serán las que proliferarán.

Otro componente útil para transferir junto con el gen de interés es un gen informador. Los

genes informadores permiten saber en que células se está expresando el gen y que nivel de

expresión presenta. Un ejemplo de gen informador es el gen de la β-glucuronidasa, que a partir

del sustrato 4-metilumbeliferil β--D-glucurónido da lugar a 4-metilumbeliferona, la cual bajo luz

ultravioleta da lugar a fluorescencia. De esta forma, según la intensidad de la fluorescencia, se

puede saber el nivel de expresión en distintas plantas y distintos tejidos.

Por tanto, la transformación genética implica la realización de construcciones genómicas

denominadas T-ADNs (ADNs transformantes) en las que se sitúan varios genes. Estas

construcciones se suelen denominar construcciones quiméricas, porque en ellas habitualmente

intervienen componentes procedentes de especies distintas. Así, por ejemplo, una construcción

genómica podría incluir por ejemplo un promotor procedente de un virus, un gen marcador

procedente de una bacteria, un gen informador procedente de un insecto un gen de otra planta

que nos interesa expresar.

Una vez se dispone de la construcción genómica, se puede pasar a la transformación.

Transformación mediante Agrobacterium.

Existen dos especies de bacterias del género Agrobacterium (A. tumefaciens y A.

rhizogenes) que tienen la capacidad de transferir parte de su material genético (T-DNA) al

genoma de células vegetales (Figura 11.3). Este material genético es parte de un plásmido,

59

pequeña molécula circular de ADN extracromosómico de la planta. Dicho plásmido se denomina

Ti (inductor de tumores) en A. tumefaciens y Ri (inductor de raíces) en A. rhizogenes. El ADN-T

incluye por una parte genes responsables de la producción de fitorreguladores y que provocan

una división exacerbada de las células vegetales transformadas. Además de genes inductores de

este crecimiento anormal de tipo tumoral (agallas), en el ADN-T se encuentran genes que

codifican la síntesis de opinas, productos de los cuales Agrobacterium se alimenta. De esta

forma, Agrobacterium consigue que un elevado número de células vegetales produzcan

sustancias de las cuales la bacteria se aprovecha.

Si el plásmido Ti (o el Ri) son modificados de forma que se eliminan los factores

oncogénicos y de las síntesis de opinas y se sustituyen por las construciones genómicas que nos

interesa transferir a la planta, podemos aprovechar la sofisticada maquinaria de la bacteria para

transferir a la planta los genes que nos interesan. Posteriormente, se han desarrollado sistemas

binarios, en que por en un plásmido Adesarmado@ se encuentran los factores responsables de la

trasnferencia del ADN a las células vegetales, pero no los oncogenes ni los genes de opinas y

otro plásmido en el cual se encuentra la construcción genómica. Mediante cocultivo in vitro de

Agrobacterium con células o explantes de tejido vegetal se pueden infectar células individuales o

explantes de tejido y regenerar plantas enteras transformadas.

Transferencia directa de genes.

Existen especies (particularmente monocotiledoneas) a las cuales Agrobacterium no

infecta y que, por tanto, no pueden transformarse utilizando esta bacteria. En estas especies, la

transformación puede realizarse utilizando otros métodos, como los que se exponen a

continuación:

-Métodos basados en la biolística. Se trata de bombardear las células o tejidos vegetales

con microproyectiles de un material inerte recubiertos con el ADN que se quiere transferir. Para

ello se disparan estos proyectiles a alta velocidad (>400 m/s) con la esperanza de que algunas

partículas de ADN queden liberadas dentro del núcleo al atravesar la célula y se incorporen al

genoma vegetal. Con esta técnica se han conseguido buenos resultados en muchas especies.

Además, presenta la ventaja de que puede utilizarse en prácticamente cualquier tejido vegetal, e

60

incluso se ha conseguido obtener plantas transgénicas bombardeando plantas adultas, lo cual

evita el paso de cultivo in vitro. La principal problemática de este método es el relativamente

bajo número de células que resultan transformadas.

-Métodos que permiten incrementar la permeabilidad de la membrana celular al ADN.

Para ello, se sitúan protoplastos (células vegetales desprovistas de paredes) en un medio en el

que existe una gran concentración del ADN que queremos insertar en el genoma de la planta y se

aplican tratamientos que permitan incrementar la permeabilidad de la molécula al ADN mediante

tratamientos químicos, por ejemplo con polietilenglicol, o físicos, como descargas eléctricas

(electroporación) o la aplicación de ultrasonidos (ultrasonicación).

-Microinyección de ADN, consistente en la inyección del ADN que pretendemos

introducir en el genoma vegetal en el núcleo de una célula vegetal mediante una microjeringa. El

principal problema se deriva de la complejidad de la operación de microinyección, lo cual impide

que se puedan manejar poblaciones grandes.

Una vez se han conseguido regenerar plantas supuestamente transformadas, debe

comprobarse que el gen que nos interesa se ha integrado en el genoma de la planta, que se

expresa y que se hereda de forma mendeliana. Una vez comprobado todo esto se puede afirmar

que tenemos una planta transformada genéticamente. Una vez obtenida esa planta transgénica,

los genes transferidos pasarán a su descendencia como cualquier gen del genoma de la planta.

La transformación genética de plantas es una herramienta extremadamente poderosa para

introducir nueva variación de utilidad en la mejora de las plantas cultivadas. De esta forma, se

han conseguido importantes avances en muchos campos de la mejora de plantas. Entre algunas

de las contribuciones más importantes destacan:

-Resistencia a herbicidas. Las plantas resistentes a herbicidas son las plantas transgénicas

que en la actualidad ocupan una mayor superficie. Si se obtiene una planta transgénica resistente

a un herbicida no selectivo, es decir que elimina todos los vegetales, se puede tratar todo el

campo con ese herbicida. Así, mueren todas las hierbas excepto nuestro cultivo.

Se han utilizado diversos métodos para la obtenciónde plantas trasngénicas resistentes a

61

herbicidas. Existen bacterias que poseen genes que codifican para enzimas capaces de detoxificar

determinados herbicidas. Otra estrategia para la obtención de plantas transgénicas incluye la

sobreexpresión en plantas de las proteinas vegetales sobre las que actua el herbicida. De esta

forma, las plantas con esa característica resistirían una mayor dosis de herbicida. Otra posibilidad

es la inserción en plantas de genes que codifican para proteínas que permiten realizar la misma

función de forma eficiente que las proteínas afectadas por el herbicida.

-Resistencia a plagas. Existen varias estrategias para conferir resistencia a insectos, pero

las más habituales consisten en la transferencia a plantas de genes que codifican para δ-

endotoxinas de la bacteria Bacillus thuringiensis (Bt). Las proteínas Bt son especialmente

efectivas contra lepidópteros. La digestión alcalina que presentan estos insectos provoca la

transformación de la prototoxina en toxina. Otra estrategia consiste en la utilización de genes

derivados de plantas que codifican para principios antimetabólicos para insectos que interfieren

con los procesos digestivos de los insectos. Entre estos se encuentran que inhiben enzimas

inhibidores de proteasas o de la α-amilasa o productores de sustancias tóxicas como lectinas o

quitinasas.

-Resistencia a patógenos. Se han citado muchas estrategias de resistencia a hongos y

bacterias a partir de genes de origen vegetal (genes homólogos) o de origen no vegetal (genes

heterólogos) que codifiquen para proteinas que confieren resistencia a patógenos. Esas proteínas

pueden ser específicas para un determinado patógeno, o inespecíficas. Estas últimas se

denominan proteínas relacionadas con la patogénesis y se producen por la planta como respuesta

a un ataque externo. Por lo que respecta a la resistencia a virus, también se han utilizado diversas

estrategias. Entre éstas se encuentran la utilización de genes derivados del patógeno, expresión

de ARNs satélite, uso de ARN antisentido, ribozimas y genes de resistencia derivados de plantas.

Una de las estrategias más utilizadas es la de insertar en el genoma de la planta el gen de la

proteína de cubierta del virus. Se ha demostrado que plantas que expresan la proteína de cubierta

de un virus no se ven infectadas por partículas virales de dicho virus, al verse interrumpido el

ciclo vital del virus.

-Mejora de la calidad. La calidad engloba muchos aspectos, lo cual puede dificultar su

mejora por transformación genética. Sin embargo, se han conseguido éxitos destacables. Un

62

ejemplo de mejora de la calidad es el control de la maduración del fruto. La primera variedad

transgénica comercializada (el tomate >Flavr Savr= en 1994) tenia la maduración alterada por la

expresión de un gen antisentido del enzima poligalacturonasa, que provoca un ablandamiento de

las paredes celulares. La tecnología antisentido consiste en insertar en el genoma un gen que

produzca un ARNm complementario del que va a traducirse para dar lugar a la proteína en

cuestión. Al aparearse formándose una doble cadena en el citoplasma el ARN se degrada, con lo

cual no se produce la traducción. Otras propuestas para la mejora de la calidad implican la

alteración del contenido en carbohidratos, proteínas, lípidos, compuestos aromáticos, etc.

-Mejora del rendimiento y de la resistencia al estrés. La mejora de estos caracteres es una

tarea difícil. El rendimiento en sí mismo es un carácter complejo, en el que intervienen multitud

de procesos que interactúan unos con otros. Las estrategias futuras se basan en la manipulación

de la fotosíntesis, la fijación del nitrógeno, la absorción de nutrientes y en la transferencia de

genes situados en loci de caracteres cuantitativos (QTLs). Por lo que respecta al estrés ambiental

los resultados no han sido demasiado positivos. A pesar de que se han obtenido plantas que

expresan el enzima superóxido dismutasa, que protege a las plantas contra el anión superóxido,

el cual se produce en condiciones de estrés, en la práctica los resultados no han sido los

esperados. Lo mismo ha ocurrido con la inserción de genes de tolerancia a la salinidad (genes de

halotolerancia) procedentes de levadura y genes de resistencia al frío procedentes de peces

polares.

-Floricultura. El valor ornamental de una planta depende de su fenotipo. Mediante la

inserción de genes individuales en una planta se pueden modificar numerosas características

fenotípicas de valor ornamental (color de la flor, arquitectura de la planta, etc.). También se han

introducido genes que alteran la síntesis del etileno, el cual provoca la senescencia, de forma que

se pueden obtener flores de larga vida.

-Producción de metabolitos. La transformación genética permite la conversión de plantas

en Abioreactores@ para que produzcan metabolitos de interés industrial, medicinal, etc.

-Técnicas de mejora. Muchas veces existen dificultades importantes en la obtención de

híbridos. Para ello son muy útiles las líneas androestériles (ver Tema 8). Mediante

63

transformación genética se han conseguido avances importantes para la obtención de híbridos vía

líneas androestériles.

-Vacunas. Existe la posibilidad de obtener plantas transgénicas que expresen antígenos

que al ser administrados por vía oral provoquen una respuesta inmune. Eso ha permitido la

obtención de vacunas en plantas transgénicas frente a Streptococcus mutans y frente a hepatitis

B.

-Plantas acumuladoras de sustancias tóxicas. Se han obtenido plantas transgénicas

capaces de acumular determinados metales pesados. Este tipo de plantas podrían contribuir a

recuperar suelos contaminados.

-Investigación. La capacidad de introducir o expresar genes específicos en una planta

proporciona una poderosa herramienta experimental para la investigación en muchos campos:

genética, fisiología, bioquímica, patología... De la misma forma, la capacidad de inactivar genes

(por ejemplo con la tecnología antisentido, o mediante silenciamiento de genes) también es

extremadamente útil para su utilización en investigación.

11.7. Fusión de protoplastos

En muchas ocasiones existen barreras que impiden la transferencia de material genético

por cruzamiento sexual entre especies filogenéticamente relacionadas. Estas barreras, en

ocasiones se pueden superar mediante la fusión de protoplastos (células somáticas vegetales

desprovistas de pared) y la regeneración del producto de fusión. La fusión de protoplastos es una

técnica complicada con varios pasos críticos. Además de la fusión de los protoplastos

(estimulada mediante tratamientos químicos o físicos), es necesario seleccionar los productos de

la fusión (heterocariones) y la regeneración de dichos productos.

La hibridación somática puede ser simétrica o asimétrica. La hibridación simétrica

consiste en la obtención de heterocariones que contienen todo el material genético de ambas

células. Así, obtendremos híbridos interespecíficos alopoliploides que contienen el genoma de 2

especies distintas. En la hibridación asimétrica, se realiza algún tratamiento (usualmente con

64

rayos X o rayos γ) que provoca la fragmentación de los cromosomas de uno de los donantes. De

esta forma, los heterocariones contienen toda la información de uno de los donantes y sólo parte

de la del otro. Por selección se pueden elegir los que integren los caracteres que nos interesen.

11.8. Generación de variación somaclonal.

En muchas ocasiones, durante el cultivo in vitro aparecen variantes que pueden ser

aprovechadas por el mejorador. Este tipo de variación, aparecida como consecuencia del cultivo

in vitro se denomina variación somaclonal. Mediante el cultivo in vitro de callos, suspensiones

de células o protoplastos se pueden regenerar plantas enteras que se supone serán réplicas

genéticamente idénticas de las plantas de las cuales proceden. Sin embargo, a medida que se han

ido generalizando las técnicas de cultivo in vitro se ha ido encontrando que a veces aparecen

variantes genéticas a una frecuencia relativamente alta como consecuencia del proceso de cultivo

in vitro. Este tipo de variación supone una desventaja para los procesos de cultivo in vitro

destinados a obtener réplicas idénticas de determinadas plantas. Sin embargo, puede suponer una

ventaja para el mejorador ya que aporta variación. La cantidad de variación que aparece como

consecuencia del cultivo in vitro depende de varios factores. Entre ellos se ellos se encuentran:

-Tipo de tejido del que se parte; por ejemplo, con tejidos desorganizados (callos) se

obtiene una mayor tasa de variación somaclonal.

-Constitución genética, de forma que determinados genotipos de una misma especie

presentan diferentes tasas de variación somaclonal.

-Medio de cultivo. La adición de altos niveles de ciertos fitorreguladores como 2,4-D y

citoquininas al medio de cultivo aumenta la tasa de variación.

-Edad del tejido. Normalmente la variación somaclonal aumenta con la edad del tejido.

La variación obtenida por variación somaclonal en muchos casos lleva a resultados

similares a la obtenida por mutación inducida. De esta forma, en muchos casos la variación

obtenida no ha sido útil ya que en la mayor parte de casos la variación era negativa. En los casos

en que aparecen variantes positivos, suelen ir acompañado de cambios negativos. Por otra parte,

en ocasiones los cambios obtenidos no son nuevos. En otros casos han aparecido cambios no

heredables (epigenéticos) o que son heredables pero reversibles (por ejemplo, como

65

consecuencia de metilación del ADN).

La variación somaclonal ha sido útil sobretodo en determinados grupos de especies, como

las ornamentales.

11.9. El rescate de embriones in vitro.

El cultivo de embriones inmaduros puede utilizarse cuando en un cruzamiento entre dos

especies relacionadas no existe incompatibilidad prezigótica, es decir el polen es capaz de

germinar y fecundar el óvulo, pero el embrión aborta en las últimas fases de su desarrollo debido

a la incompatibilidad de éste con el endospermo de la semilla o a la descoordinación entre el

embrión y el endospermo.

En esta técnica, se extraen los embriones inmaduros de las semillas en desarrollo en un

estado en que el embrión todavía es viable. Inmediatamente se sitúan en un medio de cultivo

adecuado con el fin de regenerar el híbrido. Su utilidad principal es en la obtención de híbridos

interespecíficos.

11.10. Polinización y fertilización in vitro.

En muchas ocasiones no es posible la obtención de cruzamientos entre especies

relacionadas debido a la incapacidad del polen para germinar sobre el estigma (incompatibilidad)

o por la incapacidad del tubo polínico para alcanzar el óvulo. Mediante la polinización in vitro se

pueden evitar estas barreras en algunos casos. Esto permite la hibridación entre especies que

presentan incompatibilidad pre-fertilización, así como la autofecundación en especies

autoincompatibles.

66

TEMA 12. REGISTRO, CONSERVACIÓN Y MULTIPLICACIÓN DE LAS NUEVAS

VARIEDADES.

12.1. Registro de variedades comerciales.

El desarrollo de un nuevo material vegetal mejorado normalmente implica un proceso que

puede ser largo y económicamente costoso. Una de las formas de incentivar a los obtentores para

el desarrollo de nuevos materiales es proteger sus obtenciones con unos derechos de propiedad

que permitan al obtentor recuperar las inversiones realizadas.

La Unión internacional para la protección de las obtenciones vegetales (UPOV), que

incluye a 37 Estados miembros, entre ellos España, regula la protección jurídica de las

obtenciones vegetales. Los principales requisitos para acceder a la protección de un nuevo

cultivar son:

-Novedad: Debe tratarse de un material nuevo, no comercializado previamente y no

esencialmente derivado, es decir un material ya existente con una ligera modificación.

-Uniformidad: Debe tratarse de un material en el que no exista variación importante para

sus características esenciales, teniéndose en cuenta su sistema reproductivo particular (autógama,

alógama o de reproducción vegetativa).

-Estabilidad: Las características de la variedad deben mantenerse a lo largo del tiempo.

Por otra parte, se debe comprobar el valor agronómico de ese nuevo material, es decir,

que presente características que justifiquen su liberación como nuevo cultivar.

Si un nuevo material cumple con estos requisitos entonces puede protegerse e inscribirse

en el Registro de Variedades Protegidas del Instituto Nacional de Semillas y Plantas de Vivero.

Esa protección reconoce unos derechos, que suelen ser de un mínimo de 20 años, al obtentor de

la variedad. Sin autorización del titular de los derechos, no se puede producir, reproducir,

preparar, vender, comercializar, exportar, importar o poseer ese material vegetal.

Sin embargo, existen dos excepciones a estos derechos, que son las denominadas

67

Aexención del obtentor@ y la Aexención del agricultor@. La exención del obtentor permite a un

mejorador utilizar cualquier variedad protegida para el desarrollo de nuevas variedades sin

necesidad de obtener permiso. La exención del agricultor permite a éste utilizar en su propia

explotación el producto de la cosecha obtenido por el mismo. De esta forma, si un agricultor ha

comprado una línea pura o una variedad sintética, podrá continuar cultivándola sin necesidad de

comprar semilla a pesar de que esté protegida. Es por eso que las empresas de semillas, siempre

que pueden, recurren a la obtención de híbridos, los cuales además de sus ventajas constituyen

una patente física ya que tanto el agricultor como el mejorador que intente utilizar este material

obtendrá segregación en el material de reproducción obtenido a partir de él.

Hasta hace poco todas las variedades vegetales se protegían con estos derechos. Sin

embargo, con la aparición de variedades transgénicas, en algunos países, como los Estados

Unidos, se ha empezado la protección de determinadas variedades de este tipo mediante patentes.

Esto supone una variación importante, ya que elimina las exenciones del obtentor y del

agricultor.

12.2. Conservación y multiplicación.

Una vez se ha obtenido un material que se piensa puede dar lugar a una nueva variedad,

éste debe ser conservado por el obtentor y multiplicado en cantidad suficiente para la realización

de ensayos y, posteriormente, si las evaluaciones son positivas, para la producción de semilla

comercial para el agricultor.

La semilla del mejorador es la semilla inicial para la fase de multiplicación. A partir de

esta se van produciendo nuevas generaciones de semillas (semilla de prebase, de base, certificada

de primera multiplicación, certificada de segunda multiplicación, etc.).

Obviamente, a medida que aumenta la escala de multiplicación no se pueden tener los

mismos cuidados que en el mantenimiento de la semilla fundacional del obtentor. Sin embargo,

se deben tomar ciertas precauciones para mantener en lo posible la integridad del cultivar. Entre

estas precauciones se encuentran:

-Eliminación de plantas que no se corresponden con el tipo de la variedad.

68

-Evitar la mezcla de semilla con otras variedades.

-Evitar cultivar las plantas para obtención de semilla en un campo donde en ciclos

anteriores se encontraba un cultivo de la misma especie, ya que pueden quedar semillas en el

suelo que den lugar a plantas.

-Situar los campos de cultivo para obtención de semillas en parcelas lo más alejadas

posible de otras parcelas de la misma especie. Esto es especialmente importante en alógamas, ya

que pueden darse cruzamientos que provoquen una degeneración de la variedad.

También hay que tener en cuenta que en variedades en que existen genotipos distintos

(por ejemplo, variedades de polinización libre y variedades sintéticas), puede existir un efecto de

selección natural de forma que algunos genotipos sean más eficaces reproductivamente y se

produzca una modificación de las características de la variedad con el tiempo.

Finalmente, las semillas que se comercializan deben cumplir unos requisitos mínimos en

cuanto a pureza específica y varietal, germinación, humedad, sanidad y tratamientos

fitosanitarios, etc.

Por lo que respecta a las plantas de multiplicación vegetativa debe tenerse una especial

precaución para evitar que el material se encuentre contaminado por enfermedades transmisibles

a través del material de propagación. Así, el material de propagación debe cultivarse en

ambientes libres de determinados patógenos o haberse propagado de forma que se evite la

propagación de enferemdades. Un ejemplo de este último caso es la micropropagación en plantas

leñosas.