TP 6 Retrocruza con aplicacion de marcadores moleculares

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MEJORAMIENTO GENÉTICO VEGETAL 
Facultad de Ciencias Agrarias – UNJu (2020) 
 
TRABAJO PRÁCTICO Nº 6: Mejora por Retrocruza. 
 Selección asistida por marcadores moleculares 
 
La mejora por retrocruza es un método que permite mejorar una línea o variedad, 
con alto valor agronómico pero deficiente en algún carácter que se encuentra regido por 
pocos genes y afectan su producción. El método consiste en incorporar el gen que gobierna 
el carácter de interés, a la línea o variedad buscando luego la homocigocis de los mismos, y 
recuperando simultáneamente los caracteres agronómicos de la variedad o línea llamada 
recurrente, que es la que posee el valor agronómico en cuestión. 
 
El método consiste en cruzar la variedad que deseamos mejorar con la que lleva los 
genes que deseamos transferir. Se trata de un cruzamiento regresivo simple de la F1 por 
uno de los progenitores quien es el que otorga, uno o dos caracteres de herencia simple, a 
una variedad ya constituida. 
 
Al material que vamos a mejorar por este método lo llamamos PROGENITOR 
RECURRENTE y son las mejores variedades o líneas que se cultivan e una zona, es decir 
líneas puras (R) de muy buenas características agronómicas, pero deficiente para algún 
carácter. El padre que aporta el carácter deseado se denomina PROGENITOR DONANTE 
(D) y solamente es utilizado en el primer año de cruzamiento para obtener la F1. 
 
Si bien el método es aplicable tanto a especies autógamas como alógamas, presenta 
mayor utilidad en especies autógamas. Para aplicar retrocruza en especies alógamas se 
intercala la libre polinización en lugar de la autofecundación para alcanzar la homocigocis, 
con el objeto de evitar procesos de depresión por consanguineidad 
 
Aspectos Genéticos 
 
Debido a que la Mejora por Retrocruza implica mejorar una línea o una variedad, 
incorporando un carácter regido por uno o dos pares de genes, es necesario lograr la 
homocigosis de los mismos, recuperando simultáneamente los caracteres de la variedad o 
línea recurrente. 
 
Esta homocigosis la podemos lograr por Autofecundación (@) o por Retrocruza. Que 
ocurre por ambos caminos? 
 
 Por @ 
 Aa @ 
 
 
 ¼ AA, 1/2 Aa, ¼ aa 
 Por Retrocruza 
 AA x Aa 
 
 
 1/2 AA, 1/2 Aa 
 
 
Observamos que con Autofecundación, aunque mas de la mitad de los individuos 
son resistentes sólo nos interesa ¼ de los individuos obtenidos, que corresponde a los AA 
homocigotas porque no segregaran para el carácter resistencia. En cambio con Retrocruza 
por el genitor superior, la mitad de la descendencia total será teóricamente homocigota AA. 
Esta misma probabilidad existe para cada par de genes en que difieren los genitores, en 
consecuencia si se sigue retrocruzando por el progenitor recurrente la población híbrida va 
pareciéndose progresivamente al progenitor recurrente, es decir la población converge hacia 
un solo genotipo, en lugar de converger o dividirse en 2n genotipos homocigotas como 
ocurre en autofecundación. En el programa de Retrocruza se alcanza la homocigosis a la 
 
 
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misma velocidad que por Autofecundación, y además se puede estimar la proporción de 
individuos homocigotas para una generación dada, de acuerdo a la siguiente ecuación: 
 
 Proporción de homocigosis = 2m-1n 
 2m 
m = Nº de generaciones de @ o retrocruza 
n = Nº de pares de genes en que difieren los progenitores. 
 
Para obtener el porcentaje teórico de plantas homocigotas para los n alelos que 
entran en el cruzamiento procedentes del genitor recurrente, después de m generaciones de 
retrocruzamiento. Ejemplo: si los progenitores difieren en diez pares de genes (n=10), y no 
se realiza ninguna selección (es decir retrocruza todo el material) seis retrocruzamientos 
producirán una población en que el 85% de los individuos serán homocigotas e idénticos al 
genitor recurrente en los diez loci, es decir necesitamos (m=6), para llegar al 85% de 
individuos homocigotas e idénticos al progenitor recurrente 
 
Conservación del carácter transferido y su Heredabilidad. 
 
En la mejora por Retrocruza el nivel de heredabilidad tiene importancia en la buena 
marcha del programa, en lo que se refiere al carácter a transferir. 
Si bien los caracteres más fáciles de manejar son los de elevada heredabilidad, 
regidos por un solo gen (resistencia a nematodos, androesterilidad génica, resistencia a 
algunas enfermedades), la Retrocruza no está limitada a caracteres controlados por un solo 
gen, sino que también resulta aplicable a caracteres oligogénicos, siempre que sean de alta 
heredabilidad, por ejemplo la modificación de caracteres morfológicos, o caracteres de 
color. El método también resulta aplicable a caracteres cuantitativos, en la medida que 
dependan de pocos genes, como precocidad, altura de la planta, tamaño y forma de la 
semilla. De esta manera, un carácter regido por varios genes pero de elevada 
heredabilidad, podría llegar a transferirse con mayor facilidad que un carácter de baja 
heredabilidad regido por menos genes. 
 
Los cultivos que más se beneficiaron con este método son los cereales, pero también 
son aptos los cultivos hortícolas, las leguminosas, etc. 
 
Número de Retrocruzas 
 
Para que el retrocruzamiento tenga éxito hay que recuperar el genotipo del 
progenitor recurrente en sus características esenciales. Esto depende principalmente del 
número de retrocruzas. 
 
RPR: Recuperación del Padre recurrente, en ausencia de ligamiento y selección 
 
RPR= (1-0.5 (n+1) ) * 100 
 
Esta ecuación permite calcular la proporción del genotipo del padre recurrente 
recuperado luego de un número determinado de generaciones de retrocruzas. 
La experiencia indica que se obtienen buenos resultados con 6 retrocruzas, 
combinados con una selección rígida en las primeras generaciones no sólo por el carácter a 
transferir sino por los del padre recurrente. Recién en la sexta retrocruza estaríamos 
seguros de haber recuperado casi la totalidad del genotipo recurrente. 
 
Número de individuos por generaciones retrocruzadas. 
 
 
 
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Se ha calculado el número mínimo de plantas que es necesario conducir, para tener 
la probabilidad de 0.999 de obtener los genotipos buscados. La transferencia de un solo gen 
dominante puede conseguirse teóricamente (después de 6 retrocruzas), con 53 plantas 
procedentes de semillas retrocruzadas, 96 plantas F2 y 68 líneas F3 de 24 plantas cada una. 
Estas cifras están basadas en una probabilidad de 0.999 de obtener por lo menos una 
planta Aa después de cada retrocruzamiento y por lo menos una descendencia homocigota 
AA en la F3. 
 
Para transferir genes recesivos o con dominancia incompleta, se necesitan 
poblaciones algo más pequeñas porque pueden reconocerse los homocigotas en la 
generación F2 siendo innecesario la obtención de F3. 
 
Dado que el Método de Retrocruza permite incorporar a un genotipo dado, un gen 
DOMINANTE o un gen RECESIVO, ambos procesos difieren en algunas modificaciones 
según se trate de uno u otro caso, como veremos a continuación. 
 
INCORPORACIÓN DE UN GEN DOMINANTE 
 
METODO CONTÍNUO 
 
Tenemos una variedad A (progenitor recurrente), que posee características agronómicas 
deseables pero es susceptible a una enfermedad, la roya. La cruzamos entonces con una 
variedad D (progenitor donante) que es resistente a dicha enfermedad y obtenemos una F1. 
 
Padre recurrente Padre donante 
 A (rr) X D (RR) 
 
 
 F1 (Rr) 
 Resistente a roya 
 
La Retrocruza se efectúa cruzando el padre recurrente (A) por el padre donante, 
pero la selección se hace en base al padre donante (D), es decir seleccionamos plantas 
resistentes a roya. Las características de A, las vamos recuperando através de las 
sucesivas retrocruzas. Considerando que el carácter en cuestión es de herencia 
monogénica, y que el carácter está controlado por el alelo dominante, la selección puede 
realizarse antes de que florezcan las plantas. En este caso, se parte del cruzamiento entre 
la variedad elite susceptible (aa) con el dador resistente (AA), obteniendo una F1. En la 
próxima generación se cultivan las plantas F1 y se cruzan con el recurrente. La semilla 
RC1F1 obtenida se cultiva en la próxima estación de crecimiento y cada planta es evaluada 
para saber si incorporo el gen de resistencia a la enfermedad. De que manera? Inoculando. 
Se inocula cada planta RC1F1 con el patógeno que produce la enfermedad y se observan los 
síntomas. Se considera que todas las plantas asintomáticas portan el alelo que confiere 
resistencia, o sea, que son de genotipo Aa. Esas plantas Aa se las selecciona y se 
retrocruzan nuevamente con el progenitor elite (en este caso aa), proceso que se repite 
hasta llegar a RC6F1 (notación que indica Retrocruza 6). En esta generación se seleccionan 
las plantas resistentes (Aa) mediante inoculación. Dicha inoculación permite identificar 
plantas resistentes y separarlas de las que no lo son, obteniéndose una segregación 
fenotípica típica de 3 plantas resistentes por cada planta susceptible. Identificadas las 
pantas resistentes se procede a autofecundarlas para detectar posibles segregaciones dado 
que podrán ser tanto Rr como RR). 
La progenie de cada planta autofecundada deberá evaluarse por su resistencia a la 
enfermedad en cuestión, descartándose las familias segregantes que provienen de plantas 
Aa, (son resistentes pero segregan, y deben eliminarse) conservando las restantes, que son 
las plantas AA resistentes y no segregantes. Estas plantas obtenidas pueden reemplazar al 
 
 
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padre recurrente original, ya que reúnen todas sus características agronómicas y, 
adicionalmente, muestran resistencia a la enfermedad que nos ocupa. Al final del método, el 
gen transferido, a diferencia de los otros genes, estará en heterocigosis, por lo cual para 
producir la homocigosis para este par se apela a la autofecundación, después de la última 
retrocruza. 
 
INCORPORACIÓN DE UN GEN RECESIVO. 
 
a) METODO ALTERNADO 
 
Existe un método antiguo, que en su totalidad nos lleva 8 años. Ejempo: herencia de 
resistencia a pulgón verde en trigo. 
 
 Var. A (recurrente) x Var B (donante) 
 SS ss 
 
F1 Ss (todas las plantas son susceptibles) 
 @ 
 ¼ SS; ½ Ss; ¼ ss inoculo y detecto las resistentes 
 
A partir de ss, se hace retrocruza por el padre recurrente, cuatro dosis, más las 
cuatro @ son los 8 años. 
 
b) MÉTODO RÁPIDO 
 
Podemos ganar tiempo en la F1, ya que como son todas susceptibles, sabemos que 
genéticamente poseen la composición Ss, por lo que para ganar ese año, en lugar de @ 
hacemos retrocruza: 
 
Var A (recurrente) x Var. B (donante) 
 SS ss 
F1 Ss 
 R1 SS x Ss 
 
 50% SS y 50% de Ss = 100% susceptibles 
 Autofecundación 
 
 SS; Ss; ss inoculación 
 
Aquí practicamos una @, los SS no segregan y son susceptibles, en cambio los Ss 
segregan 1: 3, de los cuales son solamente resistente los ss, que se ponen en evidencia 
cuando se los inocula. A estas plantas resistente las retrocruzamos por A, dos veces, luego 
@ y en 6 años tenemos las cuatro dosis del padre recurrente y también el carácter 
incorporado, con la ventaja que este no segrega. 
 
INTRODUCCIÓN SUCESIVA O EN PARALELO (dos o más caracteres) 
 
Piramidalización: para transferir más de un carácter desde un donante a un 
recurrente se pierde al menos una de las ventajas del retrocruzamiento que es la de manejar 
muy pocos individuos (y por lo tanto de realizar muy pocos cruzamientos). Los 
retrocruzamientos sucesivos incorporan una tras otra las características deseables, en la 
práctica al ir obteniendo un genotipo suficientemente semejante al recurrente (puede 
suceder en la R2), realizando selección se introduce el segundo carácter, así al seguir 
cruzando con el recurrente sus genes irán “expulsando” a los no deseados del donante. Es 
 
 
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el método usual de conseguir líneas con resistencias múltiples a plagas y enfermedades. 
Finalmente se reúne en un mismo genotipo un gran número de genes de resistencia, incluso 
genes de resistencia a razas de patógenos que no han aparecido en la zona. 
 
Producción de variedades multilíneas: consiste en incorporar genes de resistencia 
individuales a una misma línea, luego se realiza una mezcla del material que estará formado 
por un grupo de isolíneas, cada una de las cuales tendrá un gen de resistencia. Por ejemplo 
a un mismo genotipo se incorpora mediante retrocruza y simultáneamente, el gen R1 por un 
lado; el gen R2 a otras plantas, el R3 a otras y el R4 a otras. Para obtener el cultivar 
multilínea se combinan en partes iguales las cuatro isolíneas generadas. Este método 
requiere menos tiempo que el método piramidal. Tiene la ventaja de que genera una mejor 
interacción entre hospedante y razas del patógeno, ya que provoca una menor presión de 
selección sobre el patógeno y reduce las posibilidades de dispersión. De todos modos 
requiere un gran trabajo y varios años para su obtención. 
 
Resistencia transgénicas: se generan plantas transgénicas a las que se incorpora 
genes de otras especies, capaces de transcribir y traducir, por ejemplo Maíz BT, al que se le 
incorporó un gen proveniente de una bacteria Bacillus thuringiensis que genera una proteína 
tóxica para un gran número de lepidópteros, De este modo se logro disminuir el empleo de 
insecticidas sistémicos para el control de Diatrae saccharalis. plaga muy común en nuestra 
región. El mismo gen se incorporó en algodón, permitiendo reducir significativamente la 
cantidad de aplicaciones de insecticidas. 
 
Resumen éste método de mejora fue originalmente propuesto por Harlan y Pope en 
1922, con bajo nivel de adopción. La razón de ello es el tiempo necesario para la 
incorporación del carácter (o sea, la recuperación del trasfondo genético del progenitor elite 
R con el carácter en cuestión suministrado por D) que tarda más o menos 7 generaciones, lo 
que para cultivos anuales implica 7 años si no se pueden cultivar generaciones de contra 
estación. Pero a pesar del tiempo transcurrido puede resultar beneficioso el trabajo de 
mejoramiento en otros componentes de un programa, ya que habrá producido nuevos 
materiales que superen ampliamente al genotipo original que funcionó como recurrente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Introducción de un gen Recesivo 
 
 
 
 
Introducción de un gen Dominante 
 
 
 
 
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MEJORA POR RETROCRUZA ASISTIDA POR MARCADORES MOLECULARES 
(SAM) 
 
Se puede optimizar el método de retrocruza mediante el empleo de marcadores 
moleculares de ADN, que se han desarrollado a fin de detectar la presencia de genes de 
resistencia sin necesidad de realizar continuas pruebas de inoculación con el patógeno a 
campo. 
Cada marcador es una secuencia genética (genes marcadores o marcadores 
moleculares) que se encuentra ligada, por ejemplo a la resistencia a una enfermedad. 
Mediante una extracción de ADN a las plantas F1, detectamos de inmediato que plántulas 
han adquirido resistencia y cuáles no lo han hecho, tempranamente. Frecuentemente se 
habla de marcadores de ADN como los idóneos, sin embargo cualquier marcadores válido 
en la medida que esté muy cerca del gen que nos interesa, “flanqueándolos” y no afectando 
al carácter en cuestión En este proceso no se altera el ADN ni se introducen nuevos genes. 
F1: 
Si deseamos introducir el gen “a” y 
conocemos un marcador m fuertemente 
ligado a “a”, para conocer que plantas son 
portadoras del gen “a”, seleccionamos las 
plantas portadoras de m sin retrocruzar a 
ciegas ni autofecundar individuos de más. 
Se seleccionan además no solo las plantas 
que lleven el gen de interés a través de los 
genes marcadores m, y a través de la 
presencia de marcadores r que 
caracterizarían al recurrente. La mayor 
ventaja la proporcionan la obtención de 
mapas genéticos saturados, es decir muy 
densos en puntos de referencia o de 
marcadores. 
 
De cada planta a evaluar se extrae ADN, 
se amplifica el marcador que este asociado 
al gen de interés y el producto de 
amplificación se corre en geles para su 
observación. 
 
Los marcadores moleculares 
(fragmentos de ADN que pueden 
identificarse en todo el genoma) se sitúan 
en lugares específicos del genoma, ello 
hace que se usen para marcar la posición 
de un gen en concreto la herencia de una 
carácter en particular. En un cruzamiento 
genético las características de interés 
seguirán generalmente unidas a los marcadores moleculares. Por lo tanto, se pueden 
seleccionar individuos en los que el marcador molecular esté presente, ya que el marcador 
indica la presencia del gen que gobierna el carácter deseado. 
 
Los marcadores moleculares están presentes en toda la vida de la planta por lo que 
la selección realizada mediante análisis de laboratorio se pueden efectuar en los estados 
más tempranos de desarrollo de la planta, con el consiguiente ahorro de tiempo 
 
 
 
 
 
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Eficiencia del método 
 
a) cuando la heredabilidad del carácter es baja, (por ejemplo, la resistencia a un patógeno) 
b) cuando no hay métodos efectivos de selección fenotípica o convencional; 
c) cuando el patógeno está ausente en el lugar donde se realiza la selección o su frecuencia 
de aparición (su incidencia) varía mucho entre años; 
d) cuando se necesita un elevado número de individuos para evaluar fenotípicamente el 
carácter en cuestión (por ejemplo, la calidad panadera en trigo); en este caso, los 
marcadores permiten realizar tal evaluación sobre un solo individuo y en las primeras 
generaciones de endocría 
e) cuando se requiere piramidalizar distintos genes de resistencia a una misma enfermedad, 
lo que puede ser muy engorroso o imposible empleando métodos fenotípicos. 
 
Ejemplos de aplicación práctica 
 
La resistencia a la virosis: Mal de Río Cuarto en maíz. Esta enfermedad puede ocasionar 
pérdidas graves de rendimiento en el cultivo de maíz, habiéndose extendido de su ámbito 
original en el centro de Argentina a una buena parte del Cono Sur de América. La misma se 
transmite a través de un insecto vector cuya distribución poblacional e infectividad varían a 
través de los años. Este hecho, junto con la variabilidad introducida por el ambiente, hace 
que sea muy difícil distinguir si una planta es resistente o es un escape (es decir, que no ha 
sido infectada por el vector) bajo condiciones de campo. Por esta razón, la selección y 
mejoramiento de variedades de maíz con mejores niveles de tolerancia a esta virosis no ha 
sido efectivo. Algunas de las dificultades enfrentadas por el proceso de mejoramiento. 
 
➢ Dificultad de selección por tolerancia 
➢ Necesidad de sembrar en zonas endémicas 
➢ Presencia del vector y su variabilidad 
➢ Variabilidad ambiental 
➢ Dificultad para discernir entre escape y tolerancia 
➢ Dificultad en la cría del vector 
 
Resistencia a enfermedades en arroz: se identificaron 28 genes que confieren resistencia 
al tizón bacteriano, susceptibles de selección asistida por marcadores moleculares. Aunque 
varias líneas varietales de arroz han sido transformadas mediante ingeniería genética, 
ninguna de ellas ha podido ser comercializada. En cambio los agricultores si pueden 
acceder actualmente a diversas variedades de arroz desarrolladas con SAM y resistentes al 
tizón bacteriano 
 
Tolerancia a la sequia en arroz: en el 2007, la variedad MAS 946-1 se convirtió en la 
primera variedad de arroz aeróbico tolerante a la sequia comercializada en la India. Para 
desarrollarla los científicos de la Universidad de Ciencias Agrícolas de Bangalore cruzaron 
una línea varietal japónica de zonas altas, con raíces profundas con una variedad indica de 
alto rendimiento procedente de Filipinas. La nueva variedad desarrollada con SAM, 
consume un 60% menos de agua que las variedades tradicionales-. 
 
BIBLIOGRAFÍA: 
Allard, R.W. 1975. Principios de la Mejora Genética de las Plantas. Ediciones 
Omega S.A. Barcelona. 
Cubero J.I. 1999. Introducción a la Mejora Genética Vegetal. Ediciones Mundi 
Prensa. Madrid. 
Lacadena, J.R. 1970. Genética Vegetal: Fundamentos de su aplicación. Editorial 
A.G.E.S.A. Madrid.