Establecimiento de relaciones de cruzabilidad y genómicas en el germoplasma silvestre de maní
La extensa variabilidad que presentan las especies silvestres del género Arachis constituye una invaluable fuente de genes de interés agronómico. Sin embargo, su uso en programas de mejoramiento del maní es limitado debido al escaso conocimiento sobre la biología reproductiva de las mismas, asi c...
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| Autor principal: | |
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| Otros Autores: | |
| Formato: | Tesis doctoral |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales y Agrimensura
2022
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://repositorio.unne.edu.ar/handle/123456789/49952 |
| Aporte de: |
| Sumario: | La extensa variabilidad que presentan las especies silvestres del género
Arachis constituye una invaluable fuente de genes de interés agronómico. Sin
embargo, su uso en programas de mejoramiento del maní es limitado debido al
escaso conocimiento sobre la biología reproductiva de las mismas, asi como del
efecto de la composición genómica, diferencias cromosómicas y distancia genética
en la capacidad de generar híbridos viables y fértiles entre las especies. Por lo
tanto, en esta tesis se planteó como objetivo general analizar las relaciones
genómicas y de cruzabilidad entre especies representativas de los genomas A, B y
K, con el fin de incrementar el conocimiento básico de las especies silvestres e
incentivar su uso en la resolución de problemas agronómicos del maní.
Para tal fin se diseñó un sistema de cruzamientos que incluyó todas las
combinaciones híbridas intra e intergenómicas posibles entre seis especies de la
sección Arachis representativas de los genomas A (A. kempff-mercadoi, A.
helodes), B (A. williamsii, A. valida) y K (A. batizocoi, A. cruziana). Además, se
incluyeron controles para evaluar la eficiencia reproductiva de las especies
mediante la capacidad de formar semillas por autofecundación (control A), y los
efectos introducidos mediante la manipulación manual de las flores utilizando la
técnica de castración y polinización con polen de la misma especie, en la formación
de semillas (control B).
Los análisis de eficiencia reproductiva de las especies parentales (control A),
revelaron que las especies silvestres presentan diferencias en el sistema
reproductivo, con variaciones en la producción de semillas por autogamia. Esta
diferencia probablemente esté asociada con diferencias en la transferencia efectiva
del polen a la superficie estigmática. Por otro lado, las polinizaciones artificiales
(control B) aumentaron o mantuvieron la eficiencia reproductiva de las especies
permitiendo descartar un efecto negativo de la manipulación de las flores, y
sustentando que una mejora en la transferencia de polen en la naturaleza mejoraría
la eficiencia reproductiva en algunas especies.
El análisis de las relaciones de cruzabilidad se realizó utilizando la efectividad
relativa corregida con la eficiencia reproductiva de cada especie. Los resultados de
los cruzamientos intragenómicos evidenciaron eficiencias dispares en las
combinaciones recíprocas y que A. batizocoi (KK), A. williamsii (BB) y A. helodes (AA) presentaron mayores efectividades de hibridación como progenitores
femeninos. Estas serían las mejores candidatas para ser utilizadas en planes de
hibridación con otras especies del mismo genoma.
Los resultados de los cruzamientos intergenómicos entre especies A y K,
revelaron que A. batizocoi presentó mejor comportamiento como progenitor
femenino en polinizaciones con A. helodes, mientras A. cruziana lo hace con A.
kempff mercadoi. En cruzamientos entre A. williamsii y especies del genoma A no
se evidenciaron incompatibilidades diferenciales entre las especies. Arachis
helodes presentó mejor comportamiento que la especie anual en los cruzamientos
con A. cruziana (K) y A. valida (B), siendo las únicas combinaciones en las que la
especie perenne tuvo mejor comportamiento que la anual como progenitor
femenino. Para las combinaciones entre especies anuales, los resultados
demostraron que A. batizocoi y A. williamsii se desempeñaron mejor como
progenitores femeninos, constituyendo las mejores especies con genoma B y K, de
las seleccionadas, para generar híbridos y anfidiploides.
Estos resultados demostraron que la efectividad de hibridación interespecífica
tiene relación directa con la eficiencia reproductiva de las especies utilizadas como
progenitores femeninos, la combinación genómica y la dirección del cruzamiento.
Por otro lado, la comparación de las efectividades de hibridación relativa, y del
análisis de los caracteres vegetativos y reproductivos de los híbridos permitieron
inferir que la capacidad de cruzabilidad estaría influenciada por distintas barreras
de aislamiento reproductivo precigóticas (como la transferencia de polen al estigma,
polinización y fertilización efectiva), y barreras postcigóticas tempranas (aquellas
asociadas al desarrollo del embrión). Los híbridos obtenidos en 25 combinaciones
evidenciaron que estas barreras se manifiestan con distinto grado entre los pares
de especies, aunque con mayor intensidad en los cruzamientos intergenómicos.
Las afinidades genómicas entre las especies seleccionadas fueron inferidas,
en primer término, mediante el análisis de las configuraciones meióticas, del
comportamiento meiótico desde profase I hasta ana-telofase II, del índice meiótico
y de la viabilidad del polen en los híbridos intra e intergenómicos obtenidos. Las
diferentes frecuencias de bivalentes, univalentes y multivalentes observadas,
demuestran distintos grados de homologías cromosómicas entre los pares de
especies. Los malos apareamientos cromosómicos y las diferencias estructurales
se manifestaron en diversas anomalías en el comportamiento meiótico. Los índices
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meióticos, relativamente altos en todos los híbridos, no reflejaron los desbalances
cromosómicos numéricos y/o estructurales esperados. Sin embargo, los valores de
viabilidad del polen, menores a los esperados, sugieren que la sobrevida del polen
estaría afectada, no sólo por las diferencias en homología cromosómica, sino que
también por incompatibilidades génicas que se expresan en el gametofito haploide.
Las distancias genéticas entre las especies parentales se evaluaron utilizando
polimorfismos de nucleótido simple (SNPs) mediante la plataforma Axiom Arachis
48K. Los resultados mostraron que la distancia mayor se encuentra entre las
especies de los genomas B y A, y que las del genoma K se encuentran en una
posición intermedia entre estas, aunque más cercanas a las del genoma B.
El análisis de correlaciones pareadas de las variables analizadas en esta tesis
mostró que la distancia genética presenta una baja e inversa relación con la
efectividad de hibridación de las especies. Esto sugiere que las diferencias en las
secuencias de ADN, por sí solas, no serían un buen estimador de la capacidad de
generar híbridos interespecíficos. Esta baja relación evidencia que las barreras de
aislamiento reproductivo precigótico y poscigótico tempranas, determinadas
probablemente por pocos genes, tienen una gran influencia sobre la efectividad de
hibridación. Por otra parte, la baja relación existente entre la distancia genética y la
frecuencia de bivalentes, índice meiótico y viabilidad del polen, sugiere que la
fertilidad de los híbridos estaría influenciada por diferencias / incompatibilidades
postcigóticas en al menos dos niveles de organización del material genético, la
cromosómica y la génica expresada a nivel de gametofito haploide.
La evaluación integral de diversas variables asociadas a barreras
reproductivas permitió estimar la contribución diferencial de las homologías
cromosómicas y distancia genética a la factibilidad de obtener híbridos viables y
fértiles entre especies de Arachis. En conjunto, la información obtenida demuestra
que ninguna de las variables evaluadas de forma independiente constituye un buen
predictor de la cruzabilidad de las especies y que es imprescindible considerar otras
variables, principalmente las asociadas con el aislamiento precigótico y postcigótico
temprano. Se propone que la extensión de estos análisis integradores a las demás
especies que integran el germoplasma secundario del maní será de relevancia para
optimizar los criterios de selección de parentales para cruzamientos dirigidos y para
promover el uso de las especies silvestres de Arachis en programas de
mejoramiento. |
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