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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE CIENCIAS Recuperación de componentes monocarióticos de cepas comerciales del género Pleurotus por dedicariotización T E S I S QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE: BIÓLOGO P R E S E N T A : ABRAHAM SÁNCHEZ HERNÁNDEZ DIRECTOR DE TESIS: DR. HERMILO LEAL LARA 2013 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. Hoja de Datos del Jurado 1.- Datos del alumno Sánchez Hernández Abraham 55585958 Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ciencias Biología 306035025 2.- Datos del tutor Dr. Hermilo Leal Lara 3.- Datos del sinodal 1 Joaquín Cifuentes Blanco 4.- Datos del sinodal 2 Hermelinda Margarita Villegas Ríos 5.- Datos del sinodal 3 Sigfrido Sierra Galván 6.- Datos del sinodal 4 Rebeca Ramírez Carrillo 7.- Datos del trabajo escrito Recuperación de componentes monocarióticos de cepas comerciales del género Pleurotus por dedicariotización 45 p 2013 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ AGRADECIMIENTOS A la Facultad de Ciencias y Facultad de Química, UNAM A la carrera de Biología. Al Dr. Hermilo Leal Lara y la Dra. Rebeca Ramírez Carrillo por la dirección de este trabajo. A los miembros del jurado por su acertado y valioso enriquecimiento al presente trabajo: Joaquín Cifuentes Blanco Hermelinda Margarita Villegas Ríos Sigfrido Sierra Galván A mis padres por su incondicional apoyo y orientación, en todos los aspectos. A mi hermana y abuelos. A mis apreciables profesores de la materia de hongos por haberme enamorado de tan bella rama de biología: Hermelinda Margarita Villegas Ríos, Magdalena Contreras Pacheco, Silvia Bautista, Rodolfo Salas Lizana. A mis amigos de la Facultad de Ciencias, Alejandra, Anahí, Andrea, Ángeles, Clara, Claudia, Coral, Daniela, Elena, Fernando, Gabriela, Guadalupe, Karen, Leticia, Lourdes, Marco, Nadia, Nancy, Omar, Ricardo, Rosalba, Yosahandy y algunos más que no por no mencionar son menor importancia. A mis compañeros del Laboratorio 324. A Joel Herrera Martínez. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ ÍNDICE 1. Resumen 2. Introducción 2.1. Taxonomía 2.1.1. Basidiomycota 2.2. Morfología 2.3. Nutrición 2.4. Reproducción 2.5. Ciclo de vida 2.6. Pleurotus spp. 2.7. Alveolitis alérgica extrínseca 3. Antecedentes 4. Justificación 5. Objetivos 6. Hipótesis 7. Materiales y Métodos 7.1. Material biológico 7.2. Preparación de medios de cultivo 7.2.1. Medio de agar extracto de malta 7.2.2. Soluciones dedicariotizadoras 7.3. Proceso para la dedicariotización de las cepas del género Pleurotus PB2, PSma y PAsp14 7.3.1. Preparación de inóculo para la dedicariotización 7.3.2. Dedicariotización de cepas del género Pleurotus 7.3.3. Clasificación de neohaplontes 7.4. Fructificación de cepas reconstituidas y parentales del género Pleurotus 7.4.1. Preparación de inóculo de grano 7.4.2. Determinación de humedad y capacidad máxima de retención de agua 1 2 2 2 3 4 4 6 6 7 8 12 13 14 15 15 15 15 15 16 16 16 16 16 17 17 17 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 7.4.3. Preparación, esterilización e inoculación del sustrato 7.4.4. Inducción para la fructificación y cosecha de basidiomas 7.4.5. Verificación del carácter asporógeno de las cepas reconstituidas de PAsp14 8. Experimentos y resultados 8.1. Dedicariotización de cepas PB2, PSma y PAsp14 del género Pleurotus 8.2. Fructificación de cepas del género Pleurotus: PB2, PSma y PAsp14 y reconstituidas 9. Discusión 10. Conclusiones 11. Bibliografía 12. Anexos 18 19 20 21 21 26 31 35 36 41 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 1 1.- RESUMEN El aumento en la producción de hongos comestibles pertenecientes a especies del género Pleurotus, conocidas en México como setas, hace necesaria la implementación de técnicas de mejoramiento genético, y desarrollo de cepas asporógenas, no sólo del género Pleurotus. La gran cantidad de esporas producidas por los basidiomas ocasiona que los trabajadores de las plantas productoras desarrollen una alergia con síntomas similares a una "alveolitis alérgica extrínseca”. Tres cepas comerciales del género Pleurotus (PAsp14, PB2 y PSma), se sometieron al proceso de dedicariotización, no obstante, sólo se obtuvieron los componentes monocarióticos de 2 cepas (Pasp14 y PSma). En la etapa de fructificación se observó un incremento significativo de la eficiencia biológica en 3 de las 4 cepas reconstituidas en comparación con la cepa original. El aumento en el contenido de humedad en la formulación del sustrato se vio ligado a un incremento en la producción de hongos de manera significativa. Finalmente se verificó que el carácter asporógeno no fuera afectado por el proceso de dedicariotización. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 2 2.- INTRODUCCIÓN Los hongos en sentido estricto son organismos eucariontes, heterótrofos, unicelulares (levaduras) o pluricelulares (filamentosos), tiene mitocondrias discolidales, la síntesis de la lisina es por la ruta del ácido α-aminoadípico. Su pared celular se compone por quitina. La reproducción puede ser sexual o asexual, generalmente esporas. Tienen 2 tipos de hábitos, ya sea saprobios cuando se alimentan de materia orgánica en descomposición, o simbiontes cuando tienen algún tipo de relación con otro organismo (Herrera y Ulloa, 1990; Webster y Weber, 2007). 2.1 Taxonomía En sentido estricto los hongos abarcan cuatro phyla: Zygomycota, Chytridiomycota, Ascomycota, Basidiomycota y un phylum artificial denominado Deuteromycota (Webster y Weber 2007). El phylum Zygomycota se caracteriza por la reproducción (sexual) mediante copulación gametangial y la obtención de un cigosporangio con cigospora. Chytridiomycota se caracteriza por tener un talo quitridial y esporas flageladas. Ascomycota se caracteriza por tener ascosporas (esporas sexuales) dentro de una estructura denominada asca. Basidiomycota presenta basidios de los cuales se producen exógenamente esporas sexuales (basidiosporas). Los phyla anteriormente mencionados son phyla que tienen una clasificación que intenta ser natural, sin embargo el phylum Deuteromycota fue creado por que no se conocía la fase sexual y por esta razón se le denomina un taxón artificial (Webster y Weber 2007). 2.1.1 Basidiomycota El phylum Basidiomycota se caracteriza porproducir esporomas denominados basidiomas. Todas las especies pertenecientes a dicho phylum producen basidia (singular, basidium), estos usualmente se originan como una estructura binucleada donde acontecen la cariogamia y la meiosis. Los basidia sostienen a las basidiosporas externamente, a través de unas proyecciones de la pared del basidium denominadas Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 3 esterigmas. La mayoría de las especies que se encuentran en este phylum presentan fíbulas, que son formadas para mantener la condición dicariótica, producto de la plasmogamia (Moore-Landecker, 1996) Webster y Weber (2007) dividen el phylum Basydyomycota en 4 clases: Homobasidiomycetes: basidios no septados Heterobasidiomycetes: basidios septados Urediniomycetes: (royas) los procesos de cariogamia y meiosis se dan en distintas partes del basidium: probasidium y metabasidium, respetivamente. El ciclo de vida se da en dos diferentes hospederos. Ustilaginomycetes: (carbones) solo tiene un hospedero (fase patógena), talo levaduriforme fuera del hospedero, parásitos de plantas. 2.2 Morfología Los hongos pueden ser unicelulares o pluricelulares. Los hongos unicelulares pueden ser de tres tipos: plasmodial, quitridial o levaduriforme. Los hongos pluricelulares o filamentosos están constituidos por células denominadas hifas, estas forman talos (tejidos fúngicos). Los hongos pueden tener una gran variedad de estructuras afines a la reproducción sexual en el caso de los macromicetos el esporoma (cuerpo fructífero) es de un tamaño grande (visible a simple vista), mientras que los micromicetos el esporoma no se alcanza a distinguir a simple vista (Herrera y Ulloa, 1990). En el phylum Basidiomycota el esporoma está constituido por diferentes partes como el estípite o pie, el cual sostiene al píleo o sombrero. En el píleo se encuentra el himenio que es un tipo de talo fértil en el cual se lleva a cabo la cariogamia, meiosis y se producen las esporas. El himenóforo (en el cual se encuentra el himenio) puede estar organizado de diferentes maneras: en láminas, poros, dentado, etc. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 4 2.3 Nutrición Los hongos son heterótrofos, es decir que no producen su propio alimento. Los hongos se alimentan por medio de absorción. Este proceso se lleva a cabo en el ápice de la hifa que es donde todavía no se forma la pared celular y es donde hay un mayor intercambio de componentes. Los hongos pueden explotar una amplia gama de fuentes de nutrientes orgánicos, pero en todos los casos, dependen de la absorción de nutrientes simples; solubles que se difunden a través de la pared o que entren en las células a través de proteínas de transporte específicas. Dichas proteínas sólo permiten el paso de moléculas pequeñas tales como monosacáridos, aminoácidos y péptidos pequeños de dos o tres aminoácidos. Incluso los disacáridos tales como sacarosa y celobiosa (un producto de degradación de la celulosa) pueden necesitan ser degradados a monosacáridos antes de que sean tomados por la mayoría de los hongos. Si los compuestos a absorber son complejos se realiza una digestión extracelular mediante enzimas extracelulares que tienen la capacidad de descomponer aquellas moléculas muy complejas para que puedan ser absorbidas o fagocitadas por la membrana celular (Deacon, 2006). En el phylum Basidiomycota los hongos comestibles se pueden clasificar en dos grandes grupos en función de su capacidad para degradar celulosa, hemicelulosa y lignina, el primer grupo es el de la pudrición blanca, el cual tiene la capacidad de degradar en mayor proporción lignina y celulosa (Kirk y Shimada, 1985). Por otro lado el grupo de la pudrición café solo puede asimilar celulosa y hemicelulosa, modificando ligeramente la lignina (Kirk y Moore, 1972; Kirk y Highley, 1973). 2.4 Reproducción La reproducción en los hongos puede ser de dos tipos: sexual y asexual. La reproducción asexual no implica meiosis, mientras que la reproducción sexual sí. En los hongos la reproducción sexual se puede dar de diferentes maneras, por ejemplo hay hongos cuyo talo es auto compatible (homotálico) es decir no necesita de otro talo para reproducirse sexualmente, mientras que en otros hongos el talo es auto incompatible (heterotálico) por lo que necesitan de otro talo para poder reproducirse. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 5 El homotalismo puede ser de dos tipos: a) Homotalismo primario: Hace referencia a que una basidiospora germina para formar un micelio, que inmediatamente se organiza en segmentos binucleados, teniendo conexiones clamp (fíbulas) en las hifas. No hay distinción genética entre los dos núcleos de cada célula, y este micelio es capaz de formar esporoma (Webster y Weber, 2007). b) Homotalismo secundario: Consta de un micelio dicariótico fértil originado a partir de una espora con dos núcleos meióticos compatibles (Deacon, 2006). Los hongos heterotálicos pueden ser de dos tipos: bipolares y tetrapolares. Los primeros se basan en un tipo de compatibilidad basado en un solo gen (A) o factor, mientras que los tetrapolares tienen dos genes (A y B) o factores. Para que haya compatibilidad los alelos deben de ser diferentes para uno o dos genes dependiendo del caso (Deacon, 2006). En el phylum Basidiomycota la mayoría de especies se basan en el sistema de compatibilidad heterotálico tetrapolar. Para que acontezca la plasmogamia tiene es necesaria la presencia de dos micelios compatibles, que tengan diferentes alelos para los genes A y B, para la especie Coprinus cinereus del phylum Basidiomycota se han encontrado160 alelos para el gen A y 79 alelos para el gen B (Raper 1966). En cualquier cruza de micelios heterotálicos tetrapolares tendremos como resultado de la meiosis 4 diferentes tipos de compatibilidad en una frecuencia igual, por ejemplo A1B1xA2B2 = A1B1, A1B2, A2B1, A2B2. El gen A esta involucrado en la formación de fíbulas, en la división sincronizada, septación, mientras que el gen B codifica feromonas lipopeptidicas y receptores de feromonas, estos son requeridos para promover la migración nuclear seguida de de la fusión de hifas, fusión de la célula hifal, después de que el dicarión es establecido (Casselton y Riquelme 2004; Brown y Casselton, 2001). Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 6 2.5 Ciclo de vida El ciclo de vida en los hongos consiste de tres etapas principales (Fig. 1). La primera etapa es la plasmogamia o anastomosis que es la fusión de dos células (hifas o levaduras); a través de la plasmogamia los núcleos de dos individuos coexisten en un citoplasma común. La segunda etapa es la cariogamia o fusión nuclear. La tercera etapa es la meiosis, la división nuclear en la cual el número de cromosomas es reducido (Deacon, 2006). En Basidiomycota, producto de la meiosis las esporas son haploides, es decir presentan un número n de cromosomas. Al momento de germinar las esporas producen talos, cuando dos talos son compatibles acontece la plasmogamia y se tiene un estado dicariótico, es decir n + n cromosomas. La fase diploide se obtiene cuando hay cariogamia y se expresa como 2n, es decir 2 juegos de cromosomas en un núcleo. En seguida ocurre la meiosis en la cual hay recombinación genética, segregación de los genes y una reducción en la ploidía a n cromosomas (Deacon, 2006). 2.6 Pleurotus spp. El género Pleurotus pertenece al phylum Basidiomycota, clase Homobasidiomycetes, orden Agaricalesy familia Pleurotaceae (. Su nutrición se basa en productos ligno- celulósicos. Este hongo ocupa el segundo lugar de producción en el mundo y sigue en aumento la producción a escala industrial. Webster y Weber, 2007) El género Pleurotus se caracteriza por presentar cuerpos fructíferos con un píleo liso, en forma de embudo, pétalo de flor o concha de ostra, con himenio laminar y Figura 1. Ciclo de vida generalizado de un hongo. Deacon 2006 Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 7 consistencia típicamente carnosa; colores que van desde el grisáceo, café o blanco. El estípite corto aunque a veces puede ser mediano o largo; sus láminas son poco o nada unidas entre sí en la base, generalmente decurrentes o en algunos casos subdecurrentes; su carne es blanda o algo correosa con olor y sabor agradables (Zadrazil, 1974 ; Herrera y Ulloa, 1990). Los hongos comestibles son una fuente potencial de alimentación para el hombre, los hongos del género Pleurotus tienen un contenido proteico del 20 al 40% de su peso seco y se consideran un alimento de alta calidad debido a la cantidad de aminoácidos que contienen. Por otra parte, los hongos son una fuente significativa de vitaminas como la B1, B12, ácido ascórbico y vitamina D, entre otras. Los minerales indispensables en nuestra dieta diaria como el calcio y el fósforo se encuentran en cantidades significativas mientras que el contenido en grasas y carbohidratos es bajo (Valencia del Toro y Aguilar, 2000). 2.7 Alveolitis alérgica extrínseca También conocida como neumonitis por hipersensibilidad es una enfermedad iniciada por inhalación y posterior sensibilización a antígenos orgánicos. Esta enfermedad se ha descrito en diferentes grupos de trabajo y presente en las formas agudas, subagudas o crónicas basado en la exposición a antígenos y la respuesta del huésped. Las manifestaciones clínicas dependen de la etapa de la enfermedad y pueden incluir fiebre, escalofríos, tos, disnea y pérdida de peso. (Zacharisen y Fink, 2008). La inmunopatogénesis implica tanto la inmunidad celular y las respuestas de anticuerpos a los antígenos inhalados. El antígeno que entra en los alvéolos es engullido por los macrófagos alveolares, que se activan e interactúan con linfocitos CD4+ y CD8+T, lo que resulta en la liberación de diferentes quimiocinas y mediadores que llegan a causar inflamación (Zacharisen y Fink, 2008). Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 8 3.- ANTECEDENTES La producción nacional de hongos comestibles en el 2009 se estimó en 46,533.2 toneladas (Martínez-Carrera y López-Martínez, 2010). Nuestro país es el mayor productor de Latinoamérica, generando alrededor del 58.9% de la producción total de esa región y se ubica en la posición 16 a nivel mundial (Martínez-Carrera et al, 2005). La mayor proporción (95.3%) de los hongos comestibles cultivados en México corresponde a la especie Agaricus bisporus (champiñón blanco: 44,930 t/año; champiñón café: 328 t/año), seguido por Pleurotus ostreatus con 4.6% (2,190 t/año) y en tercer lugar se encuentra Lentinula edodes con 0.03%(18.2 ton/año) (Martínez- Carrera et al., 2006). Entre 1997 y 2004 los hongos cultivados del género Pleurotus tuvieron un incremento del 120%, con un volumen de producción de 2,190 toneladas anuales (Aguilar, 2007). Este incremento en la producción nacional de setas puede representar un factor de riesgo para los trabajadores que laboran en las áreas de manejo y cosecha de hongos de las plantas productoras, debido a la aparición de problemas respiratorios en el personal que labora en dichas áreas. En la literatura se ha reportado esta enfermedad como alveolitis alérgica extrínseca y su aparición es causada por la inhalación de esporas (Baars et al., 2000). Para contrarrestar el efecto de la alveolitis alérgica extrínseca causada por cepas esporulantes de Pleurotus ostreatus, en los países bajos Baars y col. (2000, 2004) y Baars y Hensen (2008) introdujeron los loci involucrados en la asporogénesis de la cepa ATCC 58937 dentro de cepas comerciales, para obtener cepas asporógenas con rendimientos y cualidades fenotípicas aptas para la producción a escala comercial, contribuyendo de esta manera a la obtención de cepas asporógenas sin riesgos para la salud. En México además de la especie Pleurotus ostreatus, se cultivan distintas especies del mismo género y a muy baja escala otros géneros que pueden representar un factor de riesgo para los trabajadores de las plantas productoras de hongos, por lo cual se hace Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 9 necesario implementar programas de mejoramiento genético que permitan obtener cepas asporógenas de distintos géneros y especies para la producción de hongos comestibles. El mejoramiento genético de cepas de hongos comestibles permite el desarrollo de cepas con características que ayuden a satisfacer necesidades específicas. La mayoría de los programas de mejoramiento genético para hongos comestibles se han basado en el sistema natural de combinación genética (dicariotización) que consiste en aparear micelios monocarióticos compatibles, donde el propósito es combinar las características presentes en distintas cepas mediante cruzas controladas para obtener así, cepas cuyo genoma posiblemente les permitirá expresar las características de las cepas seleccionadas (Sonnenberg et al., 2005). En general, existen dos posibilidades para obtener el material inicial para un programa de mejoramiento genético de este tipo: 1) Aislamiento y recuperación de la progenie meiótica a partir de una esporada y 2) dedicariotización para la recuperación de los componentes monocarióticos (Ramírez- Carrillo, 2011). El método convencional para obtener cepas hibridas consiste en fructificar las cepas, que van a ser mejoradas, para obtener así la progenie monocariótica que es liberada durante el proceso de esporulación (Arias, 1998). El aislamiento y recuperación de progenie meiótica presenta las siguientes desventajas: es un método lento, ya que se tienen que fructificar las cepas seleccionadas para la obtención de micelios monocarióticos, además para obtener cepas mejoradas se necesita realizar una gran cantidad de apareamientos, ya que no se tienen las bases genéticas y moleculares para asegurar la presencia de las características deseadas en la progenie obtenida. Existen reportes de que mediante tal metodología los híbridos no siempre superan a las cepas parentales (Gaitán-Hernández, 2000; Salmones et al., 2004). Por otro lado, la dedicariotización hace referencia a la obtención de neohaplontes a partir de una cepa dicariótica sin intervención de la meiosis (Leal-Lara y Eger-Hummel, Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 10 1982). Para ello diferentes métodos físicos, biológicos y químicos se han utilizado (Cuadro 1); de los cuales, la regeneración de protoplastos (biológico) y la dedicariotización química han sido los más utilizados en los últimos años (Maldonado, 2007). Cuadro 1 Métodos utilizados para monocariotizar hongos Métodos Características Año Químico a Taurocolato de sodio/ ácido cólico Efecto en muy pocas especies. Alto nivel de selección nuclear. 1956, 1963, 1964, 1967 Polimixina Muerte selectiva de núcleos menos resistentes 1961 Dedicariotizaciónb No utiliza toxinas. Provee mecanismos selectivos de crecimiento de monocariones. No existe evidencia de selección nuclear ni mutación 1963, 1982, 1998, 1999, 2002 Físico a MicrocirugíaBajo porcentaje de supervivencia celular. Sólo un tipo nuclear recuperado. 1952 1972 Cultivo sumergido Eliminación de un núcleo. 1973 Biológico c Regeneración de Protoplastos Sólo 20-40% de monocariosis. Variación en las propiedades biológicas (mutaciones). 1976, 1985 1994, 1999 2002,2003 a Leal-Lara y Eger, 1982. b Arias, 1998 ; Valencia-del Toro, 1999, 2002. c Magae y col., 1985; Fukumasa-Nakai y col.¸1994; Larraya y col., 1999, 2002,2003. Fuente: Maldonado, 2007. La dedicariotización tiene la ventaja de reducir el tiempo requerido para aislar los genotipos presentes en las cepas parentales, debido a que no se requiere fructificar las cepas seleccionadas. Además los componentes monocarióticos de una cepa representan la composición genética completa de la misma, por lo que aumentan las posibilidades de obtener cepas cuyo genoma les permita expresar las características deseadas. Ramírez-Carrillo (2011) demostró que con neohaplontes obtenidos por el método de dedicariotización, era posible obtener apareamientos con neohaplontes de diferentes géneros y especies, rompiendo así barreras de compatibilidad interespecíficas e intergenéricas Por esta razón, un programa de mejoramiento genético Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 11 para obtener cepas asporógenas de distintos géneros implica invariablemente la recuperación de neohaplontes de una cepa asporógena para posteriormente aparearlos con neohaplontes de otros géneros y especies. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 12 4.- JUSTIFICACIÓN Nuestro país es el mayor productor de hongos de Latinoamérica, los hongos comestibles que se cultivan comercialmente en México son de los géneros Agaricus, Pleurotus y Lentinula (Martínez-Carrera et al., 2005). Uno de los principales problemas en el cultivo de Pleurotus spp. y otras especies es la enorme producción de esporas, la presencia de tal cantidad de esporas en las plantas productoras, ocasiona que los trabajadores desarrollen una alergia con síntomas similares a una "alveolitis alérgica extrínseca”. Por las razones anteriores, cada vez se hace más necesaria la implementación de métodos que permitan la obtención de cepas asporógenas para su cultivo a escala industrial con altas eficiencias biológicas y atributos adecuados (mayor tamaño y peso de esporomas). La obtención de los componentes monocarióticos de la cepa asporógena de Pleurotus ostreatus “PAsp14” permitiría la creación de un banco de cepas asporógenas para su posterior uso en programas de mejoramiento genético. Además del carácter asporógeno, la cepa PAsp14 tiene otros atributos apreciados comercialmente como el color blanco grisáceo y basidiomas grandes, pero cuenta con ciertos caracteres no deseados comercialmente como: estípite grande, consistencia quebradiza y eficiencias biológicas bajas para la producción a escala comercial. Por otro lado las cepas PSma y PB2 utilizadas en la producción local presentan estípite corto, píleo plano, pero basidiomas pequeños lo cual no las hace atractivas para la producción a nivel comercial. La mezcla entre estas cepas podría generar cepas híbridas en donde se combinarán distintas características deseables para la producción comercial. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 13 5.- OBJETIVOS Objetivo general: Recuperar los componentes monocarióticos de cepas comerciales del género Pleurotus por dedicariotización. Objetivos particulares: Recuperar los componentes monocarióticos (neohaplontes) de las cepas seleccionadas del género Pleurotus mediante dedicariotización química. Determinar los parámetros de productividad de las cepas parentales y reconstituidas del género Pleurotus. Verificar que las cepas asporógenas mantengan su carácter al ser reconstituidas. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 14 6.- HIPÓTESIS De acuerdo a los reportes sobre la recuperación de los dos componentes monocarióticos (neohaplontes) por dedicariotización de cepas de los géneros Pleurotus y Lentinula al modificar el tiempo de maceración y la concentración de peptona y glucosa (Ramírez-Carillo, 2011), será posible recuperar los 2 tipos de neohalontes de cepas comerciales de Pleurotus sp, una de estas con carácter asporógeno, para utilizarlos como base para un programa de mejoramiento genético. Dado que no existe evidencia de selección nuclear, ni mutación debida a la dedicariotización (Maldonado, 2007), el carácter asporógeno y la productividad de la cepa PAsp 14 no serán afectados por este proceso. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 15 7.- MATERIALES Y MÉTODOS 7.1 Material biológico Se utilizaron 3 cepas comerciales del género Pleurotus (PAsp14, PB2 y PSma), las cuales fueron sometidas al proceso de dedicariotización para la obtención de sus componentes monocarióticos. La cepa PAsp14 pertenece a la especie Pleurotus ostreatus, tiene la característica de no producir esporas (asporógena) y fue donada por la Empresa Sylvan, mientras que las cepas PB2 y PSma fueron donadas por productores locales (mexicanos) para un programa de mejoramiento genético. 7.2 Preparación de medios de cultivo 7.2.1 Medio de agar de extracto de malta El medio de agar de extracto de malta (AEM) se preparó disolviendo 7.5 g de extracto de malta en 100 ml de agua destilada, a continuación se agregaron 9 g de agar bacteriológico, se agitó el matraz para dispersar el agar y se adicionaron 400 ml de agua destilada. El medio ya preparado se esterilizó en autoclave a 121ºC y 15 Lb/in2 de presión durante 45 minutos. Del medio estéril se vertieron 10 ml en cajas Petri estériles, con la ayuda de una jeringa de llenado continua. Una vez que el medio ha solidificado las cajas Petri se colocaron en bolsas de plástico y se dejaron incubando 24 h a 24ºC para verificar su esterilidad. Este medio se utilizó para la propagación micelial de todas las cepas y para realizar los apareamientos. 7.2.2 Soluciones dedicariotizadoras Se prepararon soluciones dedicariotizadoras a dos concentraciones de glucosa anhidra y peptona bacteriológica (20 y 30 g/l) disueltas en agua destilada. De la solución dedicariotizadora se colocaron alícuotas de 50 mL en matraces Erlenmeyer de 125 ml de capacidad y se esterilizaron en autoclave a 121ºC y 15 Lb/in2 de presión durante 30 minutos. Los matraces estériles se incubaron por 24 h a 24ºC para comprobar su esterilidad. Estas soluciones dedicariotizadoras fueron utilizadas para la obtención de los componentes monocarióticos de las diferentes cepas de Pleurotus. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 16 7.3 Proceso para la dedicariotización de las cepas del género Pleurotus 7.3.1 Preparación del inóculo para la dedicariotización Se resembraron las 3 cepas del género Pleurotus en AEM, colocando 5 inóculos de 0.5 mm de diámetro en 5 puntos equidistantes en la placa de agar, a 1.5 cm de distancia del borde de la caja. Las cajas se incubaron a 24ºC hasta que la caja Petri estuviera totalmente invadida por el micelio. La placa de AEM invadida de micelio se cortó en cuadros de 1cm2 y se colocaron en un homogeneizador estéril con 50 ml de agua destilada estéril. El homogeneizador se operó por diferentes tiempos (1 hasta 7.5 minutos) a la velocidad más alta. Los matraces con solución dedicariotizadora se inocularon con 50 µlde micelio homogeneizado y se incubaron a 24ºC por 4 días. 7.3.2 Dedicariotización de cepas del género Pleurotus Después de 4 días de incubación, si en los matraces con solución dedicariotizadora se observó desarrollo micelial se homogeneizaron por 60 segundos. Del micelio homogeneizado se inoculó una alícuota de 25 µl en cajas con AEM y se adicionaron 100 µl de agua destilada estéril para facilitar una distribución homogénea del micelio homogeneizado en la placa de agar, a continuación las cajas Petri se incubaron a 24ºC hasta la aparición de colonias. Las colonias obtenidas se observaron al microscopio para determinar la presencia o ausencia de fíbulas. Las colonias en donde se observó carencia de fíbulas (neohaplontes o micelio de tipo monocariótico) fueron aisladas y resembradas en AEM, para verificar la ausencia de fíbulas en su nuevo crecimiento. 7.3.3 Clasificación de los neohaplontes Para identificar los tipos de compatibilidad de los neohaplontes del género Pleurotus se realizaron apareamientos entre los neohaplontes obtenidos de cada cepa en todas las posibles combinaciones en AEM. Para verificar el carácter monocariótico de todos los neohaplontes se resembraron en cajas Petri donde se verificó al microscopio la ausencia de fíbulas; las cruzas mutuas entre cada neohaplonte también fueron utilizadas como control negativo de la ausencia de fíbulas de cada neohaplonte evaluado. Para aparear los neohaplontes, se cortaron del margen de las colonias en crecimiento, cubos de agar de 2 mm de lado que fueron colocados en forma adyacente Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 17 en cajas Petri con medio AEM. Una vez realizados los apareamientos, las placas fueron incubadas a 24C y a las 72 h de incubación fueron revisadas diariamente al microscopio para identificar la formación de fíbulas, indicadoras del micelio dicariótico. El micelio fue resembrado en medio de extracto de malta y después de 72 h fue nuevamente revisado al microscopio para confirmar la presencia de fíbulas. 7.4 Fructificación de cepas reconstituidas y parentales del género Pleurotus 7.4.1 Preparación de inóculo de grano Para preparar el inóculo de grano se utilizó semilla de trigo, el cual se enjuagó al chorro de agua corriente para eliminar tierra e impurezas, a continuación se le dio una cocción en agua a temperatura de ebullición durante 50 minutos (revisando periódicamente el grano, para evitar su reventado). Para detener la cocción y eliminar los residuos de almidón se enfrió en agua corriente y se drenó el exceso de agua. El grano húmedo se pesó y con base en su peso húmedo, se adicionó CaSO4 al 1.3% y CaCO3 al 0.3%. De la mezcla anterior se colocaron 400 g en bolsas de polipapel y se esterilizaron dentro de sacos de tela a 121ºC y 15 Lb/in2 de presión durante 2 h. Una vez frío el grano, se inoculó cada bolsa con el micelio proveniente de una caja Petri, (de cada cepa) resembrada una semana antes. De las cajas con crecimiento micelial se cortaron cuadros de aproximadamente 1 cm2 y con este micelio se inocularon las bolsas con grano de trigo. En la parte superior de las bolsas inoculadas se colocó un tubo de PVC de ¾ de pulgada y el área expuesta fue cubierta con un cuadro de hule espuma estéril, para permitir la respiración del micelio durante el período de incubación. La incubación se realizó a una temperatura de 24ºC, en condiciones de oscuridad hasta que el grano fue totalmente invadido con el micelio (dos semanas). 7.4.2 Determinación de humedad y capacidad máxima de retención de agua Para preparar el sustrato utilizado en la etapa de fructificación primero se determinó la humedad que presentaba cada material y la capacidad máxima de retención de agua. La humedad de cada componente del sustrato se determinó pesando muestras de 5 a 10 g que se colocaron en estufa de secado a 60°C hasta obtener peso constante. La Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 18 capacidad máxima de retención de agua de cada componente del sustrato se calculó sumergiendo cada componente en un exceso de agua durante 24 horas; posteriormente se drenó el exceso de agua determinándose el contenido de humedad. Todas las determinaciones de humedad se realizaron por triplicado. 7.4.3 Preparación, esterilización e inoculación del sustrato El sustrato se preparó de acuerdo a la formulación reportada en la Tabla 1 para tres diferentes contenidos de humedad. Para preparar el sustrato; la paja, aserrín, cascarilla de algodón y mijo se pesaron, mezclaron en seco y se añadió el agua calculada para su hidratación, dejando hidratar durante 24 horas. Después de 24 horas los componentes húmedos se mezclaron nuevamente y se incorporaron el resto de los componentes secos (sulfato de calcio y carbonato de calcio) hasta que se observó una distribución homogénea. Con el sustrato húmedo se llenaron bolsas de polipapel (20 x 45 cm) con 1 kg (para las cepas PAsp14 y reconstituidas) y 1.5 kg (para las cepas PAsp 14 y PSma). Para cada lote se tomaron muestras para determinar la humedad del sustrato antes y después de esterilizar para conocer la humedad final del sustrato. El sustrato empacado en bolsas se esterilizó en autoclave durante 2 horas a 121°C y 15 Lb/in2. Las bolsas de sustrato estériles se dejaron enfriar durante 1 día dentro de la autoclave. Posteriormente se inocularon con el inóculo de grano en una proporción del 5% en una campana de flujo laminar. Los sustratos inoculados se incubaron a una temperatura de 24°C en oscuridad y permanecieron en el cuarto de incubación 3 semanas. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 19 Tabla 1. Composición del sustrato (g/100 g sustrato húmedo) para diferentes contenidos de humedad Componentes Contenido de humedad (%) 64 68 72 Aserrín 10.97 9.66 8.46 Cascarilla 11.81 10.40 9.11 Paja 6.22 5.48 4.80 Mijo 5.27 4.64 4.06 CaSO4 3.00 2.64 2.31 CaCO3 1.00 0.88 0.77 Agua adicionada 61.73 66.3 70.48 Total 100 100 100 Agua incorporada con los diferentes componentes 2.10 1.85 1.62 Humedad del sustrato 63.83 68.15 72.1 7.4.4 Inducción para la fructificación y cosecha de basidiomas Una vez invadido el sustrato con el micelio proveniente de cada cepa, las bolsas fueron transferidas a un cuarto para inducir la fructificación. Para ello la temperatura se redujo (18 a 20°C), la humedad relativa se incrementó (80-95%) y se proporcionó iluminación continua. Para inducir la formación de primordios se realizaron 4 aberturas verticales alrededor de cada bolsa. Los hongos se cosecharon una vez que el píleo estaba casi totalmente extendido, a partir de la parte basal del estípite. Una vez cosechados los hongos se pesaron de dos formas; la primera correspondió al peso total y la segunda sólo incluyó el peso del píleo. De esta forma fue posible calcular la proporción de estípite de cada cepa. Con los datos del peso diario obtenido durante la fructificación (para las 3 réplicas de cada cepa en los Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 20 3 diferentes contenidos de humedad del sustrato) se calculó la producción de hongos frescos para 2-3 brotes cosechados. Posteriormente con los valores de: humedad del sustrato después de la esterilización, peso húmedo de cada bolsa de sustrato y cantidad de hongos cosechados para cada cepa, se calculó la eficiencia biológica por brote (E.B. = g hongos frescos/100 g de sustrato seco) y la eficiencia biológica total. Para calcular la proporción de estípite, se dividió el peso del estípite entre el peso total cosechadopara cada réplica. Se consideró los datos para cada brote por separado o bien la totalidad de los valores para reportar el valor global. Con los valores obtenidos se realizó un análisis de varianza para determinar si existían diferencias significativas entre las cepas y el contenido de humedad del sustrato. Cuando el análisis de varianza indicó que existían diferencias significativas se realizó la prueba Duncan (= 0.05) para identificar dónde se encontraban esas diferencias. 7.4.5 Verificación del carácter asporógeno de las cepas reconstituidas de PAsp14 Para las cepas PAsp14 y reconstituidas se realizaron cortes transversales de las láminas de los basidiomas y se observaron al microscopio para corroborar la ausencia de esporas. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 21 8.- EXPERIMENTOS Y RESULTADOS Para desarrollar cepas mejoradas por apareamiento de neohaplontes fue necesario recuperar los componentes por dedicariotización de las 3 cepas comerciales del género Pleurotus: PAsp14, PB2, y PSma. Adicionalmente, verificar que se habían encontrado los dos tipos de compatibilidad mediante apareamiento entre todas las posibles combinaciones. Resultó además indispensable evaluar si se presentaban variaciones fenotípicas (E.B., carácter asporógeno y proporción de estípite) al reconstituir las cepas dicarióticas, producto del apareamiento de los neohaplontes recuperados, por lo cual se fructificaron las cepas originales y reconstituidas. Otro factor importante en la fructificación es la humedad en el sustrato por lo cual se decidió también evaluar el efecto de tres contenidos de humedad en el sustrato con la cepa asporógena PAsp14 y una esporulante PSma. 8.1 Dedicariotización de cepas PAsp14, PB2, y PSma del género Pleurotus Con la finalidad de recuperar los componentes monocarióticos de las cepas PAsp14, PB2, y PSma se modificaron algunas de las condiciones reportadas por Leal-Lara (1980). El tiempo de macerado de los cultivos de agar se varió de 1 hasta 7.5 minutos. También se evaluaron 2 concentraciones de glucosa y peptona (20 y 30 g/l) en la solución dedicariotizadora. Por otro lado, las soluciones dedicariotizadoras fueron homogeneizadas por 60 segundos después de 4 días de incubación, utilizando 25 µl de este homogeneizado para inocular las cajas con AEM. En la Tabla 2 se presentan las condiciones de dedicariotización de las cepas PAsp14 y PSma. Para la cepa PAsp14 los tiempos de maceración evaluados fueron de 1, 1.5 y 2 minutos y las concentraciones de glucosa y peptona fueron de 20 y 30 g/l. En todos los matraces con solución dedicariotizadora se observó un abundante crecimiento micelial de tipo dicariótico excepto en el matraz que fue macerado por 1 minuto y con una concentración de 30 g/l de glucosa y peptona, donde al inocularlo en cajas de AEM se obtuvo micelio de tipo monocariótico (carentes de fíbulas).Mientras que para la cepa Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 22 PSma los tiempos de maceración evaluados fueron 4, 4.5 y 5 minutos, con dos concentraciones de glucosa y peptona (20 y 30 g/l). Para esta cepa las colonias de tipo monocariótico (neohaplontes) se obtuvieron en la concentración 30 g/l con un tiempo de maceración de 4.5 minutos. Tabla 2. Dedicariotización de cepas comerciales del género Pleurotus PSma y PAsp14 en medio de glucosa/peptona Cepas Tiempo de maceración (min) Tipo de micelio recuperado Concentración de glucosa y peptona (g/l) 20 30 PAsp14 1.0 D M 1.5 D D 2.0 D D PSma 4.0 D D 4.5 D M 5.0 D D Volumen de inoculación de macerado: 25 µl. Tiempo de homogeneización de solución dedicariotizadora: 1 min. Volumen de inóculo de solución dedicariotizadora en cajas con AEM: 25 µl. Tipo de micelio: D = Dicariótico, M = Monocariótico, En la Tabla 3 se presentan los resultados de diferentes experimentos de dedicariotización de la cepa PB2. Esta cepa fue sometida a tiempos de maceración de 4 a 7.5 minutos y dos concentraciones de peptona y glucosa (20 y 30 g/l), no obstante esta cepa demostró tener una alta resistencia a la dedicariotización. En los cuatro experimentos realizados con esta cepa siempre se observó micelio de tipo dicariótico. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 23 Tabla 3. Dedicariotización de cepa comercial del género Pleurotus PB2 en medio de glucosa/peptona Experimento Tiempo de maceración (min) Tipo de micelio recuperado Concentración de glucosa y peptona (g/l) 20 30 1 4.0 D D 4.5 D D 5.0 D D 2 4.5 D D 5.0 D D 5.5 D D 3 5.0 D D 5.5 D D 6.0 D D 4 6.0 D D 6.5 D D 7.0 D D 7.5 D D Volumen de inoculación de macerado: 25 µl. Tiempo de homogeneización de solución dedicariotizadora: 1 min. Volumen de inóculo de solución dedicariotizadora en cajas con AEM: 25 µl. Tipo de micelio: D = Dicariótico Para la cepa PAsp14 se recuperaron un total de 12 neohaplontes y 2 neohaplontes para la cepa PSma. Con el objeto de clasificar los neohaplontes obtenidos en los 2 tipos de compatibilidad se realizaron apareamientos en todas las posibles combinaciones para cada una de las cepas correspondientes. En el caso de la cepa PSma se encontró que los 2 neohaplontes fueron compatibles, es decir fue posible recuperar los dos tipos de compatibilidad de la cepa dicariótica original. En la Tabla 4 se presentan los resultados de todos los apareamientos realizados entre los 12 neohaplontes de la cepa PAsp14 marcando con un signo “+” cuando el micelio producido por el apareamiento demostró ser dicariótico, y con un signo “-” cuando el micelio fue de tipo monocariótico. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 24 Tabla 4. Apareamientos de neohaplontes de cepa PAsp14 Neohaplontes N eo ha pl on te s PAsp14- n1a PAsp14- n2a PAsp14- n3a PAsp14- n4a PAsp14- n5a PAsp14- n6a PAsp14- n7a PAsp14- n8a PAsp14- n9a PAsp14- n10a PAsp14- n11a PAsp14- n12a PAsp14- n26d PAsp14- n1a ▒ - + + + + + + + + + + + PAsp14- n2a - ▒ + + + + + + + + + + + PAsp14- n3a + + ▒ - - - - - - - - - - PAsp14- n4a + + - ▒ - - - - - - - - - PAsp14- n5a + + - - ▒ - - - - - - - - PAsp14- n6a + + - - - ▒ - - - - - - - PAsp14- n7a + + - - - - ▒ - - - - - - PAsp14- n8a + + - - - - - ▒ - - - - - PAsp14- n9a + + - - - - - - ▒ - - - - PAsp14- n10a + + - - - - - - - ▒ - - - PAsp14- n11a + + - - - - - - - - ▒ - - PAsp14- n12a + + - - - - - - - - - ▒ - PAsp14- n26d + + - - - - - - - - - - ▒ + Apareamiento positivo - Apareamiento negativo Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 25 En la Tabla 5 se observa la clasificación de los neohaplontes, en 2 tipos de compatibilidad. De los 12 neohaplontes recuperados de la cepa PAsp14, 2 se clasificaron en el tipo I y 10 en el tipo II. El neohaplonte Asp14-26d obtenido en un experimento previo se clasifico en el tipo II. Los tipos de compatibilidad I y II fueron asignados de forma aleatoria. Tabla 5. Clasificación de neohaplontes de la cepa PAsp14 Neohaplontes Tipo I Tipo II Asp14-n1a Asp14-n3a Asp14-n2a Asp14-n4a Asp14-n5a Asp14-n6a Asp14-n7a Asp14-n8a Asp14-n9a Asp14-n10a Asp14-n11a Asp14-n12a Asp14-n26d Si bien las condiciones en las que se logró dedicariotizar cada una de las 2 cepas fueron distintas, fue posible obtener los componentes monocarióticos de 2 de las 3 cepas evaluadas. El material recuperado permitirá continuar con un programa de mejoramiento genético con estas cepas.Sin embargo resultó indispensable confirmar la presencia del carácter asporógeno de la cepa PAsp14 en las cepas reconstituidas a partir de sus neohaplontes para corroborar que el método de dedicariotización no afectó el carácter asporógeno. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 26 8.2 Fructificación de cepas del género Pleurotus PSma, PAsp14 y reconstituidas Se decidió fructificar tanto la cepa asporógena original PAsp14, como 4 cepas reconstituidas (seleccionadas de manera aleatoria entre las 22 combinaciones posibles, esperando obtener resultados semejantes) y evaluar además de la presencia del carácter asporógeno, otras características del fenotipo de estas cepas que pudieran ser de importancia para su cultivo a escala comercial. El carácter asporógeno se verificó haciendo cortes transversales de una lámina de los basidiomas de las cepas reconstituidas y de la cepa original PAsp14. En la Tabla 6 se presenta la producción de hongos de estas cepas, se observa que 3 de los 4 dicariotes reconstituidos superan en la eficiencia biológica (g hongos frescos/100g sustrato seco) a la cepa parental (PAsp14) Tabla 6. Eficiencia biológica de cepas PAsp14 y reconstituidas (sin estípite) Cepas Eficiencia biológica (g hongos frescos/100 g sustrato seco) Brotes Total Primero Segundo Control PAsp14 32.7 ± 5.9 10.0 ± 3.3 42.7 ± 2.6a Reconstituidas PAsp14-n1a X PAsp14-n5a 35.9 ± 1.4 14.9 ± 2.3 50.8 ± 0.9b PAsp14-n2a X PAsp14-n5a 36.1 ± 1.9 15.1 ± 2.8 51.2 ± 1.6b PAsp14-n1a X PAsp14-n26d 31.3 ± 1.2 14.3 ± 4.9 45.7 ± 6.1ab PAsp14-n2a X PAsp14-n26d 29.8 ± 5.1 11.6 ± 3.3 41.4 ± 1.8a * Letras diferentes en la EB total indica diferencias significativas entre las cepas (Duncan = 0.05) Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 27 La proporción de estípite en los hongos cultivados es un parámetro de importancia comercial ya que influye directamente sobre el rendimiento de producto final. En la Tabla 7 es posible observar que la proporción de estípite es mayor en la cepa reconstituida PAsp14-n1a x PAsp14-n5a que en la cepa control. En las demás cepas reconstituidas la proporción de estípite es similar. Tabla 7. Proporción (%) de estípite del peso total cosechado de cepasPAsp14 y reconstituidas, Cepas Proporción (%) de estípite del peso total de hongos Brotes Global Primero Segundo Control PAsp14 12.7 ± 0.2 10.8 ± 0.2 12.4 ± 0.2ab Reconstituidas PAsp14-n1a X PAsp14-n5a 20.1 ± 1.8 15.1 ± 9.9 18.7 ± 1.5c PAsp14-n2a X PAsp14-n5a 13.5 ± 1.1 12.4 ± 2.4 13.3 ± 0.6b PAsp14-n1a X PAsp14-n26d 10.7 ± 0.4 12.2 ± 1.2 11.2 ± 0.2a PAsp14-n2a X PAsp14-n26d 10.6 ± 0.1 15.6 ± 2.0 12.0 ± 0.2ab * Letras diferentes en la EB total indica diferencias significativas entre las cepas (Duncan = 0.05) Los resultados obtenidos indican que la dedicariotización no afectó al carácter asporógeno de la cepa PASp14: No obstante, fue posible obtener tanto cepas reconstituidas con eficiencias biológicas significativamente mayores que la cepa original, como cepas con una menor proporción de estípite. A pesar de que no se observó correlación alguna entre los rendimientos y la proporción de estípite, la cepa PAsp14-n2a x PAsp14-n5a muestra el mayor rendimiento en la producción y una proporción de estípite semejante a la cepa original. Cabe destacar que las eficiencias biológicas son reportadas sin estípite. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 28 Para la preparación del sustrato de las cepas PAsp 14 y reconstituidas se utilizaron bolsas de polipapel con 1 kg de sustrato húmedo y se observó que se deshidrataban a partir del segundo brote, por lo cual se decidió aumentar la cantidad de substrato en las bolsas a 1.5 kg para las cepas PSma y PAsp 14 al evaluar diferentes contenidos de humedad. En experimentos preliminares se observó que la humedad en el sustrato es un factor que interviene en los rendimientos y en la proporción de estípite de las cepas. Por lo anterior, se llevaron a fructificación las cepas PAsp14 y PSma utilizando sustratos con contenidos de humedad del 64, 68 y 72% (Tabla 8). Se observa que los rendimientos obtenidos se encuentran en un intervalo de 50 a 73% de eficiencia biológica. Con ambas cepas se observa que al aumentar el contenido de humedad en el sustrato se obtiene un aumento significativo en las eficiencias biológicas; la cepa Asp14 produjo el mayor el rendimiento en el sustrato con mayor contenido de humedad (72%) Tabla 8. Eficiencia biológica de cepas PAsp14 y PSma (sin estípite) Cepas Humedad (%) Eficiencia biológica (g hongos frescos/100 g sustrato seco) Brote Total Primero Segundo Tercero PAsp14 64 35.4 ± 1.1 15.2 ± 4.9 ND 50.6 ± 6.0a 68 36.5 ± 3.0 24.3 ± 2.4 ND 60.8 ± 0.6bc 72 40.6 ± 4.0 32.3 ± 0.6 ND 73.0 ± 3.4d PSma 64 36.8 ± 1.7 13.3 ± 5.9 4.2 ± 3.9 54.3 ± 2.0ab 68 34.8 ± 1.6 17.6 ± 0.2 7.1 ± 0.9 59.4 ± 2.2bc 72 34.1 ± 3.2 20.2 ± 2.2 7.6 ± 3.0 63.0 ± 2.4c ND: No determinado En la Tabla 9 se presentan los resultados de la proporción de estípite para las cepas PAsp14 y PSma. Como resultado del análisis de varianza se observó que no existe una Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 29 interacción entre las variables cepa y humedad, por lo cual se interpretó cada variable de forma independiente. En la Tabla 10 se observa que la cepa PSma fue la que presentó menor proporción de estípite. Por otro lado, con respecto al contenido de humedad en el sustrato (Tabla 11) se observó que 64% fue donde se obtuvo una menor proporción de estípite. Tabla 9. Proporción (%) de estípite del peso total cosechado de cepas PAsp14 y PSma Cepas Humedad % Proporción de estípite (%) del peso total de hongos Brote Global Primero Segundo Tercero PAsp14 64 15.4 ± 0.8 14.1 ± 2.5 ND 15.0 ± 1.1 68 19.8 ± 1.3 16.1 ± 0.8 ND 18.5 ± 1.1 72 21.4 ± 2.7 14.3 ± 2.5 ND 18.6 ± 0.8 PSma 64 7.3 ± 0.4 8.5 ± 1.0 16.7 ± 0.0 8.0 ± 1.1 68 12.6 ± 1.6 6.3 ± 2.4 7.8 ± 1.3 10.3 ± 0.5 72 8.8 ± 0.3 9.2 ± 1.5 9.2 ± 2.4 8.9 ± 0.6 ND: No determinado Tabla 10. Proporción (%) de estípite del peso total cosechado de cepas PAsp14 y PSma Cepas Proporción de estípite (%) __ x ± PAsp14 17 ± 2.1 b PSma 9 ± 1.2 a * Letras diferentes en la proporción de estípite indica diferencias significativas entre las cepas ( = 0.01) Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 30 Tabla 11. Proporción (%) de estípite del peso total cosechado de las cepas PAsp14 y PSma en sustratos con diferentes contenidos de humedad Humedad (%) Proporción de estípite (%) 64 12.2 ± 3.9a 68 13.7 ± 4.6b 72 14.7 ± 5.3b * Letras diferentes en la proporción de estípite indica diferencias significativas entre los contenidos de humedad en el sustrato (Duncan = 0.05) La cepa PAsp14 presentó mayores productividades que la cepa PSma y se encontró, que con 72% de la humedad en el sustrato, ambas cepas produjeron los más altos rendimientos. Por otro lado, la proporción de estípite es igual en 72% y 68% de humedad y significativamente mayor que en sustratos con 64% de humedad. No obstante, la producción de hongos en sustratos con altos contenidos de humedad es más rentable a pesar de que aumente la proporción de estípite ya que, las eficiencias bilógicas registradas corresponden a un producto sin estípite. Print to PDF withoutthis message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 31 10.- DISCUSIÓN Tres cepas comerciales del género Pleurotus se sometieron al proceso de dedicariotización para obtener sus componentes monocarióticos y eventualmente poderlos usar en la generación de cepas mejoradas. De éstas, no fue posible obtener neohaplontes de la cepa PB2, mientras que para la cepa PSma se obtuvieron sus 2 componentes monocarióticos en tan solo 2 neohaplontes recuperados. Con la cepa PAsp14 también se obtuvieron los 2 componentes monocarióticos a partir de 12 neohaplontes recuperados; no obstante, los 2 tipos de neohaplontes se obtuvieron en una proporción diferente, 2 neohaplontes fueron del tipo I y 10 del tipo II, a pesar de que los 12 neohaplontes fueron recuperados bajo las mismas condiciones de dedicariotización. En relación a la recuperación asimétrica de neohaplontes, es decir en proporciones diferentes, Arteaga-Santillán et al. (1996) postularon que cada componente monocariótico de una cepa puede presentar diferente susceptibilidad a los distintos fenómenos que se han propuesto para explicar la dedicariotización, ya sea el efecto de sustancias tóxicas o bien, la alteración del proceso de reproducción del material nuclear del protoplasma o de la pared celular dicariótica. En un estudio realizado por Ramírez- Carrillo y Leal-Lara (2002), reportan la recuperación simétrica de componentes monocarióticos de Lentinula edodes, proponiendo que esto fue posible debido que emplearon tiempos muy cortos para la maceración de agar y para la homogeneización de cultivos líquidos. Estos autores, postulaban que de esta manera se reducía el daño micelial y por lo tanto existían más posibilidades de supervivencia para ambos tipos de micelio monocariótico. La recuperación simétrica o asimétrica de los componentes monocarióticos puede ser resultado entonces de la sensibilidad de las cepas y los núcleos hacia cada una de las etapas del proceso de dedicariotización química. Para recuperar los componentes monocarióticos, aparte de la técnica de dedicariotización se ha empleado la producción de protoplastos haciendo uso de enzimas líticas para romper la pared celular y en este caso, los medios de recuperación Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 32 deben estar osmóticamente regulados. Fukumasa et al. (1994) reportan que al dedicariotizar cepas de Lentinula edodes por protoplastos encontraron variaciones en algunas propiedades biológicas de los neohaplontes, las cuales fueron atribuidas por los autores a posibles mutaciones ocasionadas por el método de regeneración de protoplastos. Magae et al. (1985), también llevaron a fructificar 6 cepas dicarióticas reconstituidas a partir de apareamientos de protoplastos y encontraron que 5 de los 6 dicariontes superaron la E.B. de la cepa parental, dos de los cuales alcanzaron casi un 20% más de eficiencia biológica. En la presente, investigación, se observó que 3 de los 4 cepas dicarióticas reconstituidas de la cepa PAsp14 presentaron EB superiores a la cepa parental y con 2 de ellos el incremento fue de casi 20%. En esa misma investigación Magae et al. (1985) señalaron que no habían diferencias significativas en el diámetro y largo del estípite entre los dicariontes reconstituidos y la cepa original. En la presente investigación se reportó la proporción de estípite con respecto al producto cosechado y se observó que solo 1 de las 4 cepas dicarióticas reconstituidas presentó una mayor proporción de estípite que la cepa original (PAsp14), por otra parte se observó que la cepa con mayor rendimiento tuvo una proporción de estípite semejante a la cepa original. En relación al carácter asporógeno éste no fue alterado por el proceso de dedicariotización puesto que las cepas dicarióticas reconstituidas no presentaron esporulación en la etapa de fructificación. Con la recuperación de componentes monocarióticos de la cepa PAsp14 se facilitará el desarrollo de nuevas cepas asporógenas. Baars y col. (2000) aislaron los componentes monocarióticos por medio de producción de protoplastos de la cepa ATCC 58937 descrita por Eger (1976) la cual tenía la característica de ser asporógena, no obstante debido a su calidad deficiente y baja producción no podía emplearse para un cultivo comercial. Sin embargo, Baars y col. (2000) al obtener sus componentes monocarióticos reportaron que la característica asporógena estaba ligada a un número limitado de loci, presentes en los dos núcleos. Posteriormente Baars y col. (2004) Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 33 realizó un prototipo de cepa de Pleurotus ostreatus asporógena en el cual su objetivo fue introducir los loci de la cepa asporógena ATCC 58937 dentro de una cepa comercial. En 2008, Baars y Hesen publicaron que las mejores cepas que había obtenido en 2004 producían rendimientos similares a las cepas comerciales esporulantes. Adicionalmente, observó que mientras los rendimientos de las cepas comerciales esporulantes declinaban en un período relativamente corto (18 meses), el rendimiento de la nueva cepa asporógena se mantenía durante un período de tiempo prolongado. En estudios realizados por Ramírez-Carrillo (2011) se sabe que los componentes monocarióticos (obtenidos por el método de dedicariotización) de cepas de distintas especies e incluso de distintos géneros pueden ser apareados y obtener híbridos fértiles con rendimientos comerciales. Esto sugiere que podrían aparearse los neohaplontes de la cepa PAsp14 con componentes monocarióticos de distintas cepas para recuperar la progenie meiótica y posteriormente aparear los componentes monocarióticos originales de la cepa PAsp14 con las esporas. De esta manera en algunos de los dicariontes generados se tendría presente el alelo recesivo en los dos núcleos y sería posible obtener cepas con el carácter asporógeno. Esto se realizaría para traslocar el carácter asporógeno a diferentes especies y géneros de hongos comestibles a diferencia de lo realizado en la investigación Baars y col. (2000, 2004) y Baars y Hensen (2008) que únicamente lograron realizarlo con cepas de P. ostreatus. A la fecha no se ha establecido claramente el número de genes que participan en la esporulación de P. ostreatus. Si bien, Baars y col. (2000) postularon que varios loci están ligados a la expresión de la esporogénesis, Mikosch et al. (2001) reportaron que el gen PoDMC1 se expresa exclusivamente en cepas esporulantes de P. ostreatus, Coprinus cinereus, y Saccharomyces cerevisiae y demostraron que este gen no se expresa en la cepa asporógena de P. ostreatus ATCC 58937 (descrita por Eger et al., 1976). En la evaluación del efecto del contenido de humedad en el sustrato sobre la productividad, se demostró que hay un incremento significativo en la eficiencia biológica Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 34 al aumentar el contenido de agua en el sustrato. Se presentó también un aumento significativo en la proporción de estípite a más altos contenidos de humedad (68 y 72%). A pesar de que se observó que las cepas con mayores rendimientos presentaban también una mayor proporción de estípite, las mayores productividades son reales ya que las eficiencias biológicas se reportan sin estípite. Estos resultados representan un aporte al conocimiento científico ya que no hay evidencia experimental reportada sobre la influencia del contenido de humedad en el sustrato sobre la productividad. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/http://www.novapdf.com/ 35 10.- CONCLUSIONES La recuperación de componentes monocarióticos por el proceso de dedicariotización es afectada por distintos factores tales como el tiempo de maceración del micelio y la concentración de peptona y glucosa en las soluciones dedicariotizadoras. La modificación de estos factores permitió la recuperación de los dos componentes monocarióticos de 2 de 3 de las cepas del género Pleurotus (PAsp14 y PSma). La distinta sensibilidad de las cepas dicarióticas y de los neohaplontes generados en cada una de las etapas del proceso de dedicariotización química debe ser tomada en cuenta para modificar las condiciones del método de dedicariotización. Para la cepa PSma las condiciones optimas para la obtención de neohaplontes fueron 30 g/L de glucosa y peptona con un tiempo de maceración de 4.5 minutos. Por otro lado para la cepa PAsp14 los neohaplontes se obtuvieron con una concentración de 30 g/l de glucosa y peptona y con un tiempo de maceración de 1 minuto. Al reconstituir cepas con los neohaplontes obtenidos de la cepa PAsp14 se observó que no hubo cambios morfológicos generales, el carácter asporógeno de la cepa PAsp14 no se afectó por el proceso de dedicariotización. Además algunas de las cepas reconstituidas presentaron aumentos en los rendimientos de hasta un 20% en comparación con la cepa original. Al aumentar en el contenido de humedad en el sustrato se observó un incremento significativo en la eficiencia biológica. A pesar de que las cepas con mayores rendimientos presentaban también una mayor proporción de estípite, las mayores productividades son reales ya que las eficiencias biológicas se reportan sin estípite. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 36 11.- BIBLIOGRAFÍA Aguilar Doroteo, L. (2007). Producción de inoculo líquido para el cultivo de Pleurotus spp. Tesis de maestría. IPN. México, D.F. Arias García, A. (1998). Selección de cepas de Pleurotus ostreatus para el cultivo comercial por apareamiento de neohaplontes. Tesis Maestría. UNAM. México, D.F. Arteaga-Santillan, E., R. Ramírez-Carrillo, H. Leal-Lara. (1996). Desdicariotización excéntrica de Lentinula spp. Rev. Mex. Micol. 12: 15 - 21. Baars, J. J. P, H. Hesen. (2008). Experience with sporeless strains of oyster mushroom (Pleurotus ostreatus) in commercial production, In: Mushroom Science XVIII Proceedings of the 18th International Congress Science and Cultivation of Edible and Medicinal Fungi. Greuning M.V. Ed. Pretoria, South Africa, 774 – 787. Baars, J. J. P., A. S. M. Sonnenberg, T. S. P. Mikosch, L. J. L. D. Van Griensven. (2000). 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Análisis de varianza para identificar diferencias significativas en las eficiencias biológicas totales entre 4 cepas reconstituidas y la cepa parental (PAsp14) Fuente de variación Suma de cuadrados GL Cuadrado medio Valores de F Interpretación Calculada Tablas (α) 0.05 0.01 Cepa 204.06 4 51.01 6.37 4.12 7.85 * Error 56.06 7 8.01 Total 260.12 11 * Diferencia significativa El análisis de varianza indicó diferencia significativa entre las cepas, por lo que se realizó la prueba Duncan para identificar las cepas más productivas. Tabla 2. Prueba de Duncan para clasificar 4 cepas reconstituidas y 1 parental (PAsp14) de acuerdo a su eficiencia biológica total. Clasificación con el paquete estadístico SPSS Interpretación Cepas Eficiencia biológica total Grupos I II PAsp14-a2xPAsp14-d26 41.38 41.38 ± 1.79ª PAsp14 42.68 40.55 ± 4.1a PAsp14-a1xPAsp14-d26 45.65 45.65 45.65 ± 6.13ab PAsp14-a1xPAsp14-a5 50.80 50.80 ± 0.92b PAsp14-a2xPAsp14-a5 51.22 51.22 ± 1.59b Letras diferentes indican diferencias significativas entre cepas Como resultado de la prueba Duncan, el paquete estadístico reportó 2 grupos. Para su interpretación, se asignó una letra diferente a cada grupo. Así se concluyó que las cepas más productivas fueron: PAsp14-a1xPAsp14-d26, PAsp14-a1xPAsp14-a5 y PAsp14-a2xPAsp14-a5. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 42 Tabla 3. Análisis de varianza para identificar diferencias significativas en la proporción de estípite global entre 4 cepas reconstituidas y 1 parental (PAsp14) Fuente de variación Suma de cuadrados GL Cuadrado medio Valores de F Interpretación Calculada Tablas (α) 0.05 0.01 Cepa 70.74 4 17.69 36.46 6.39 15.98 ** Replicas 1.16 2 0.58 1.19 6.94 18 NS Error 1.94 4 0.49 Total 73.50 10 ** Diferencia altamente significativa NS No hay diferencia significativa El análisis de varianza indicó diferencia significativa entre las cepas, por lo que se realizó la prueba Duncan para identificar las cepas con menor proporción de estípite. Tabla 4. Prueba de Duncan para clasificar las 4 cepas reconstituidas y 1 parental (PAsp14) de acuerdo a su proporción de estípite global. Clasificación con el paquete estadístico SPSS Interpretación Cepas Eficiencia biológica total Grupos I II III PAsp14-a1xPAsp14-d26 11.25 11.25 ± 0.19a PAsp14-a2xPAsp14-d26 12.00 12.00 12.00 ± 0.17ab PAsp14 12.39 12.39 12.39 ± 0.16ab PAsp14-a2xPAsp14-a5 13.27 13.27 ± 0.59b PAsp14-a1xPAsp14-a5 18.65 18.65 ± 1.52c Letras diferentes indican diferencias significativas entre las cepas Como resultado de la prueba Duncan, el paquete estadístico reportó 3 grupos. Para su interpretación, se asignó una letra diferente a cada grupo. Así se concluyó que la cepa con menor proporción de estípite fue PAsp14-a1xPAsp14-d26. Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 43 Tabla 5. Análisis de varianza para identificar diferencias significativas en la eficiencia biológica total entre 2 cepas y 3 diferentes contenidos de humedad en el sustrato Fuente de Variación Suma de cuadrados GL Cuadrado medio Valores de F Interpretación Calculada Tablas (α) 0.05 0.01 Cepa 21.74 1 21.74 2.41 5.32 11.26 NS Humedad 580.41 2 290.21 32.24 4.46 8.65 ** Cepa * Humedad 113.31 2 56.66 6.29 4.46 8.65 * Error 72.02 8 9.00 Total 711.76 13 * Diferencia significativa ** Diferencia altamente significativa NS No hay diferencia significativa El análisis de varianza indicó que existen diferencias altamente significativas para la variable contenido de humedad en el sustrato y diferencia significativa en la interacción cepas x humedad, por lo que se realizó la prueba Duncan para identificar las cepas y el contenido de humedad más productivas. Tabla 6. Prueba de Duncan para clasificar 2 cepas con 3 diferentes contenidos de humedad en el sustrato de acuerdo a su eficiencia biológica total. Clasificación con el paquete estadístico SPSS Interpretación Cepas Eficiencia biológica total Grupos I II III IV PAsp14 / 64% 50.59 50.59 ± 5.96ª PSma / 64% 54.31 54.31 54.31 ± 1.95ab PSma / 68% 59.40 59.40 59.40 ± 2.25bc PAsp14 / 68% 60.82 60.82 60.82 ± 0.59bc PSma / 72% 63.05 63.05 ± 2.42c PAsp14 / 72% 72.96 72.96 ± 3.43d Letras diferentes indican diferencias significativas entre la cepa y su contenido de humedad Como resultado de la prueba Duncan, el paquete estadístico reportó 4 grupos. Para su interpretación, se asignó una letra diferente a cada grupo. Así se concluyó que la cepa Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) http://www.novapdf.com/ http://www.novapdf.com/ 44 PAsp14 con 72% de contenido de humedad en el sustrato obtuvo los mayores rendimientos. Tabla 7. Análisis de varianza para identificar diferencias significativas en la eficiencia biológica total entre 2 cepas y 3 diferentes contenidos de
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