Efecto varietal a la tolerancia de las enfermedades en trigo

GuanajuatoQuerétaroJaliscoMichoacán

Región El Bajío

Alturas de 1500 a 1800 m.s.n.m., temperatura media de 20 0C y precipitación de 450 a 650 mm.

Superficie cosechada en el periodo 2000-14Guanajuato 69,813 ha.Michoacán 29,730 ha.Jalisco 22,567 ha.Querétaro 462 ha

Volumen producido833,913 t

Rendimiento promedio por estado en el periodo 2000-13Guanajuato 6.0 t/ha.Michoacán 5.2 t/ha.Jalisco 5.4t/ha.Querétaro 5.6 t/ha

Primeros trabajos de mejoramiento genético de trigo

• Introducción– Españoles en tiempo de la

colonia (S. XVII a M XX)• Mezclas de plantas (criollos)

• Trigo Providencial (1900)

• Candeal, Mentana, Pelón Rojo, Barrigón Bajío, Barba Negra etc.

• Introducciones 1920• Hábito invernal (resistentes a

royas)

• Hábito de primavera (susceptibles)

• Variedades Marquís, Hope Federation

Década de los 40

• 1945 se liberaron las primeras variedades Mexicanas: Yaqui 48, Mayo 48 y Kentana 48

• 1955 ya se habían liberado 15 variedades nuevas

• Se trabajó dos ciclos al año Invierno Cd. Obregón, Verano en Toluca y Texcoco, México

Mejoramiento en los 40 y 50’s

• Evaluaciones en ambientes de riego en OI (días cortos) y PV (días largos) permitió la identificación de los genes Ppd1 y Ppd2 involucrados con la insensibilidad al fotoperiodo (variedades de amplia adaptación).

• Mejoramiento 1944-1955 Resistencia a roya del tallo (Sr2, Hope)

Revolución Verde

• 1955 primeras cruzas con Norín 10 para incorporar los genes Rht1 y Rht2.

• Primeras variedades semienanas: Pénjamo 62, Pitic 62, Sonora 64 y Siete Cerros 66.

Impactos en los 70’s y 80’s

• Liberación de la variedad Salamanca S75 en los 80’s y 90’s se sembró en el 90% de la superficie.

• En 1981 se liberaron las variedades Abasolo S81 y Celaya F81.

• En 1986 se liberaron 3 nuevas variedades: Marte M86, Saturno S86 y Romuma M86; de ellas, Saturno S86 fue adoptada por los productores y llegó a cubrir hasta el 35% de superficie de trigo en El Bajío.

Impactos después de los 80’sTrigos harineros

• A finales de 1994 se liberó la variedad Eneida F94 que llegó a alcanzar una superficie de siembra de 3000 ha por ciclo.

• La variedad Cortazar S94 empezó a sembrarse comercialmente desde 1996, actualmente ocupa el primer lugar en producción de semilla certificada.

Impactos después del 2000 en Trigos harineros

• En 2002 se liberó Bárcenas S2002 la cual supera en 12% el rendimiento de Salamanca S75. – La variedad Bárcenas S2002 ocupa el primer lugar en

producción de semilla certificada con 32.5%, lo que significa que al menos se siembran con esta variedad 30,000 ha en el estado de Guanajuato.

• En 2007 se liberaron Urbina S2007 y Maya S2007 de gluten suave, y tres de gluten fuerte Monarca F2007, Josecha F2007 y Norteña F2007, todos ellas superan el rendimiento de Bárcenas S2002 con 3% o más y son resistentes a roya lineal amarilla.– Esta nueva generación de variedades representan la

alternativa para los productores de dejar de sembrar variedades antiguas como Salamanca S75 y Saturno S86 y la posibilidad de incrementar el rendimiento promedio del Bajío a 6.5 t ha-1, además de constituir un seguro contra las royas.

Inicio de los trabajos por región

• 1970, dos programas de mejoramiento de trigo de riego.– Noroeste, Norte y Noreste

del país– El Bajío

• Objetivo: generar variedades adecuadas para cada región. Con alta resistencia a roya para el noroeste y precoces y resistentes a royas para el Bajío.

• Métodos de mejoramiento

– Pedigrí hasta 1990

– Familias masivas F3 1990-Actualidad

• A partir de 1990 se han rotado poblaciones para incrementar resistencia a royas y resistencia a la sequía.

Enfoques del mejoramiento de trigo en El Bajío

• Eficiencia en el uso del agua– 2 riegos > 5 t ha-1

– 3 Riegos > 7 t ha-1

– 4 riegos > 9 t ha-1

• Resistencia al acame• Resistencia a enfermedades

– Roya líneal amarilla– Roya de la hoja

• Precocidad– Tipo Salamanca S75 o más precoces

• Calidad industrial– Suaves– Fuertes – Cristalinos

• Estables en fechas de siembra y calendarios de riegos• Alto potencial de rendimiento

Enfoques del mejoramiento de trigo en El Bajío

• Eficiencia en el uso del agua– 2 riegos > 5 t ha-1

– 3 Riegos > 7 t ha-1

– 4 riegos > 9 t ha-1

• Resistencia al acame• Resistencia a enfermedades

– Roya líneal amarilla– Roya de la hoja

• Precocidad– Tipo Salamanca S75 o más precoces

• Calidad industrial– Suaves– Fuertes – Cristalinos

• Estables en fechas de siembra y calendarios de riegos• Alto potencial de rendimiento

1500

2000

3500

6800

80008400

87009000

9400

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

Candeal Yaqui 50 Lerma Rojo Siete Cerros SalamancaS75

Saturno S86 Cortazar S94 BárcenasS2002

UrbinaS2007

Re

nd

imie

nto

kg

/ha

Variedad

Avance en

rendimiento

potencial de

1920 al 2007

600 700

1962

3239

4500

5000

5500

6000

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

1920 1940 1965 1975 1978 1985 1990 2005

Re

nd

imie

nto

kg

/ha

Año

Avance en

rendimiento en

Guanajuato de

1920 al 2005

Promedio de ganancia genética en 556 localidades : ~1% anual

Manes et al. (2012) . Crop Science 52: 1543-1552

SAWYT 1996-2010

Sharma et al. (2012) . Crop Science 52: 1522-1533

• Roya lineal amarilla

• Las temperaturas mínima, óptima y

máxima para la germinación de las

esporas son 0, 11 y 23°C (Roelfs et al.,

1992).

• Roya de la hoja

• Temperaturas Mínima, óptima y

máxima 2, 20 y 32°C

• agua libre en el follaje de al menos tres

horas

• Roya del tallo

• Temperaturas Mínima, óptima y

máxima 2, 15 a 24 y 30°C

• agua libre en el follaje de 6 a 8 horas

Resistencia a royas

En 2001 se presenta la raza BBG/BN: pérdidas $416 millones

En 2008 otra raza más “BBG/BP”: pérdidas $ 325 millones

En 2009 diversas razas: pérdidas al 31 de enero $120 millones

Existen actualmente cerca de 60 razas en México

(6 son las más importantes)

Ejemplo para el sur de Sonora en 250 mil has

Roya de la hoja

Hasta el 2000 todas las variedades sembradas de trigo macarronero eran resistentes a esta roya

4.-Determinación de las razas de roya lineal y de la hoja presentes en El Bajío.

• Razas fisiológicas de roya amarilla que se presentaron en el Bajío.

2.- Desarrollo de tecnología para reducir costos en trigo.

Resultados

Hasta 14 razas en Valles Altos

Las más importantes

En 1996: 122MEX0

En 2003: 219MEX0

En 2006: 730MEX0

Ejemplo sur de Sonora

Pérdidas sin aplicación de fungicida: $630 millones

Pérdidas con aplicación de fungicida: $330 millones

Roya Amarilla

La más agresiva “pérdidas hasta 100%”

Todas las variedades mexicanas sembradas actualmente son susceptibles

UG99 y sus variantes gran amenaza

para la producción mundial

Roya del Tallo

Resistencia del Trigo a Roya de la HojaGenes menores, no específicos, utilización en curso

Susceptible

1-2 genes menores

2-3 genes menores

4-5 genes menores

% Roya

Días después de primer nota

100

80

60

40

20

0

0 10 20 30 40 50

Genes de resistencia de planta adulta a roya de la hoja en variedades recomendadas para El Bajío

Variedad Lr34 Lr46 Lr67 Lr68

Ibis M2016 - Lr46 - -

Urbina S2007 Lr34 Lr46 - Lr68

Cortazar S94 - Lr46 - -

Bárcenas S2002 - Lr46 - -

Salamanca S75 - - - -

Saturno S86 - - - -

Monarca F2007 - Lr46 - -

Eneida F94 - - - -

Como lograr ganancia genética

Directamente a través de una característica principal (rendimiento) en un ambiente

especifico

Con uso complementario de m características fisiológicas y marcadores moleculares

Mejora tradicional

Mejoramiento fisiológico o molecular

Enfoques del mejoramiento de trigo en El Bajío

– Desarrollo de germoplasma con mayor vigor inicial para labranza de conservación y con crecimiento semipostrado para siembra en surcos.

• coleóptilos largos

• macollos de coleóptilo

• mayor tamaño de embrión

• plántula con hojas anchas

Fenología de las poblaciones

● Poblaciones RILsmuestran un rango de +-30 días de rango en floración

● No todos los estados de crecimiento son igualmente sensitivos al estrés. Efectos confundidos de la fenología

Requisitos que deben ser tomados en cuenta para un correcto fenotipeado

Eficiencia Metabólica (EUR)

Eficiencia de transpiración (EUA)

•Estabilidad de membranas

•Fotosíntesis de espigas

• Respiración/ Fijación de CO2

• Fertilidad de polen

• Supervivencia de flores

•Acumulación y removilización

de carbohidratos

• Morfologia foliar : -ceras/pubescencia

•Antioxidantes

• Fluorescencia

• Pigmentos (clorofila a:b; carotenoides)

Modelos conceptuales para calor y sequía(Rendimiento = Li x EUR x IC) (Rend = AU x EUA x IC)

Particion (IC)

Foto- Protección (EUR) (EUA)

Intercepción de luz (Li)• Cobertura temprana

• Stay green (Mantener área verde)

Adaptado de Cossani & Reynolds (2012) Plant Phys. 1710–1718

Captura de agua (EUR) (AU)

•Acceso al agua por las raíces

• Sistema vascular para abastecer

demanda atmosférica

•EUA de la hoja

-C discriminación isotópica

Stay greenMantener el área verde es un mecanismo para aumentar la intercepción de luz y la fotosíntesis total

No esta identificada cual es la mejor estrategia a seguir

???

???

???

Max. área verde, tasa de senescencia, duración del área verde, Momento de máxima tasa de senescencia y de inicio de la misma

Genotipos con ‘Stay green’ mostraron 6-28% mayor rendimiento que los testigos con diferencias en peso de grano (Christopher et al. (2008) AJAR 59, 354-364).

Adaptado de Thomas and Howarth (2000) JXB, 51, 329-337

Stay green

Los marcadores asociados con atributos que confieren stay green son conocidos y se encuentran en los cromosomas 1AS, 2B, 2D, 3BS y 7Ds

‘Stay green’ y ‘la tasa de senescencia’ están asociados al rendimiento bajo condiciones de

estrés abióticos

Lopes & Reynolds (2012) J. Exp. Botany doi:10.1093/jxb/ers071

Temperatura del canopeo o dosel

(i) Rápidos (~10 seg por parcela)

Recomendado para selección a partir de F4-F5 (Saint-Pierre et al. (2010) TAG 120:1107–1117)

(iii) Fácil y efectivo

(ii) Barato ($100 dolares)

TC es una de las características mas útiles y complementarias actualmente usada en los programas de mejoramiento

Pask (2012)

Evaluación a campo

y = 0.39x - 1.4

R2 = 0.5

100

200

300

400

400 500 600 700 800 900 1000

Biomasa (g m-2

)

Re

nd

imie

nto

(g

m-2

)

BIOMASA DE LAS PLANTAS

CerasLas ceras son una mezcla de lípidos que encontramos dentro y sobre la superficie

de los tejidos de la planta

Cera Epicuticular

Cera Intracuticular

Adaptado de Shepherd and Griffiths (2006)

El control genético de las ceras es conocido y simple

Las ceras epicuticulares tienen la capacidad de reflejar la radiación

Torres & Pietragalla (2012)

Uso del Sensor GreenSeeker en el mejoramiento de Trigo en Mexico

Para buen rendimiento se requiere:

Humedad (<14%)

Grano bien lleno; grande; parte ventral poco profunda, ovalado y no

muy largo. Peso hectolítrico >79Kg/hl y peso de mil granos > 45g

Un grano grano arrugado y pequeño, con aristas profundas en su

parte ventral, produce bajos pesos hectolítrico y de mil granos

El peso hectolítrico es un parámetro físico utilizado en la

comercialización de trigo.

Peso hectolítrico > 78 kg/hl corresponde grano bien llenado.

Peso hectolítrico > 82 Kg/hl presentan muy alto potencial de

rendimiento de harina o de sémola.

El grano se abre y el endospermo

es raspado para separarlo del

salvado y el germen. Esto se logra

con rodillos corrugados en el

sistema de quebrado

Características físicas

La calidad de molienda (potencial de rendimiento harinero )

depende principalmente de factores físicos del grano:

10

10.5

11

11.5

12

12.5

13

13.5

14

14.5

7.5 8 8.5 9Rendimiento, Ton/ha

proteína, %

En general, a mayor rendimiento de grano menor contenido de

proteína en el mismo. Sin embargo.........

Hay líneas que combinan alto rendimiento y alto contenido de proteína. Estas son identificadas y seleccionadas entre miles de líneas experimentales.

Proteína en grano

Proteína en grano

Los bajos niveles de proteína generan:- Granos con apariencia almidonosa (panza blanca; amarengado),-Deficiencia en la cantidad de gluten y en calidad de panificación

Proteína Vol.

Harina Alveógrafo Pan

Localidad % W ml

_________________________________________________________

Juchitepec a 7.4 141 600

Metepec b 9.1 231 700

San Antonio b 10.0 281 760

___________________________________________________a : Alta incidencia de panza blanca b : Baja incidencia de panza blanca

Ejemplo: (var. Culiacán T89)

Proteínas del gluten del trigo

Glutenina Gliadina

Gluten viscoelástico

viscosidadelasticidad

Masa viscoelástica

Composición de gluteninas de alto peso molecular (GAPM) de Ibis M2016 y las variedades testigo de gluten débil Urbina S2007 y Luminria F2012

Genotipo Gluten Glu A1 Glu B1 Glu D1

Ibis M2016

Medio

Fuerte2* 17+18 2+12

Urbina S2007 Débil 2* 7+8 2+12

Luminaria F2002 Fuerte 2* 17+18 5+10

Rank País

Población

2050

Incremento

(mill)

%

cambio

1 India 1614 416 35

2 China 1417 71 5

3 Estados Unidos de América 404 89 28

4 Pakistán 335 154 85

5 Nigeria 289 134 86

6 Indonesia 288 58 25

7 Bangladesh 222 60 37

8 Brasil 219 25 13

9 Etiopia 174 91 110

10 Rep. Democrática del Congo 148 82 124

11 Filipinas 146 54 59

12 Egipto 130 47 57

13 México 129 19 17

14 Rusia 116 -25 -18

15 Vietnam 112 24 27

El monstruo poblacionalLos países con mayor población en el año 2050 y el cambio con respecto al 2005.

Cambio Climático: Impacto en la agricultura y

costos de adaptación (IFPRI, 2009)

● El rendimiento del trigo de riego se verá reducido alrededor de un

30% en el 2050.

● Mantener el rendimiento actual ya es un logro – pero no aceptable

–se tiene la necesidad de incrementar el rendimiento un 70%.

● Los precios para el 2050 se incrementaran en un 90% en el trigo,

12% para el arroz y 35% para el maíz, por encima de precios ya de

por si altos.

● Por lo menos 7 mil millones de dólares anuales serán necesarios

para mejorar la producción agrícola y prevenir efectos adversos.

Jan-Apr. Avg. Tmin

7.5 8.0 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5

Valle

y Y

ield

(to

n/h

a)

4.0

4.5

5.0

5.5

6.0

6.5

Relación entre la temperatura promedio de Enero-Febrero en

rendimiento de trigo en el Valle del Yaqui, México, 1980 -2002.

r = -0.87

Promedio de temperatura Enero-Febrero

Geo- referenciación de los sitios de colección de aprox. 9.000 líneas criollas

de México

La localización geográfica se obtuvo al ingresar la información de pasaporte en

Google Earth. Fuente: D. Marshall, JHI.

Caracterización Genotípica

Traslado; -20 C hasta extracción de ADN

Selección de una planta representativa

Dada la menor variabilidad dentro de cada accesión

que entre accesiones

Reserva de ADN, tejido y semillas de las plantas

seleccionadas

Método de Genotipificación por Secuenciación:

análisis genético y desarrollo de perfiles genómicos

Ensayo de Extraccion de ADN,

Cd. Obregón 2012

Red: Iranian

landracesPurple: Breadwheat

synthetics

Blue: Elite spring wheats

Green: Mexican

landraces120,000 accessions in total

Estudio inicial de la diversidad de 11,000 accesiones

Sukhwinder Singh, Marc Ellis, Huihui Li, Andrzej Kilian et al.

Ensayo de adaptación de trigos a los ambientes

contrastantes de México

Biplot para el rendimiento de grano

de 1,530 líneas. Los vectores rojos

representan cada una de las

localidades. Los números

representan cada una de las

accesiones. Los número más

cercanos al extremo del vector de

cada localidad, representan las

accesiones con mejor rendimiento

en esa localidad considerada.

El análisis de los datos permitió

identificar las líneas de mejor

rendimiento para cada localidad

y las de mayor estabilidad a

través de los ambientes.

El Batan, Jul 2011

Cd.Obregon, Mar 2012 Cd.Obregon, Mar 2012

Trabajo colaborativo, interdisciplinario e interinstitucional

Rendimiento medio (kg ha-1) de la variedad de trigo Cisne F2016, Ibis M2016 Elia M2016 y Faisán S2016 comparadas con las variedades recomendadas para El Bajío en cinco fechas de siembra en los ciclos 2013-14 a 2015-16 evaluadas

Variedad Altura (cm) Dflor Dmad RL Renkgha %/Cort

Cisne F2016 98 76 132 10 6939 36.9

Ibis M2016 91 79 134 30 6558 29.4

Elia M216 91 79 134 30 6556 29.4

Faisán S2016 95 77 134 30 6510 28.5

Alondra F2014 95 80 132 30 5829 15.0

Urbina S2007 93 80 132 40 5432 7.2

Maya S2007 88 77 131 30 5391 6.4

Cortazar S94 86 78 131 60 5067 0.0

Bárcenas S2002 89 80 133 80 5002 -1.3

Luminaria F2012 82 75 129 100 4211 -16.9

Eneida F94 89 78 132 100 3583 -29.3

Medias 91 78 132 5560

SECADERA DEL TRIGO EN GUANAJUATO

Evaluación de resistencia de materiales de

trigo

Antecedentes

• En un estudio hecho entre 2014 y 2015 en la Universidad Autónoma Chapingo se

determinó, mediante técnicas culturales, morfológicas y moleculares, que el agente

causal era un complejo de especies de Fusarium las cuales fueron F. proliferatum, F.

subglutinans, F. oxysporum, F. thapsinum, F. andiyazi, F. incarnatun y F. equiseti,

siendo F. proliferatum el más frecuente y patogénico (Rangel et al., 2015).

• Actualmente no se tiene información del nivel de resistencia o tolerancia, a estos

hongos, de los materiales de trigo de la Colección Nacional de Trigo de Riego o

Temporal del INIFAP.

Evaluación de la resistencia de materiales de trigo a F. proliferatum

• El pasado 4 de octubre se estableció el experimento para evaluar la resistencia a F.

proliferatum de líneas y variedades de trigo de riego y 20 variedades recomendadas

para temporal, en el Invernadero de Fitopatología del INIFAP-CEBAJ. Se están

evaluando 400 materiales.

Evaluación de la resistencia de materiales de trigo a F. proliferatum

• El hongo se incrementó en el Laboratorio de Fitopatología del CEBAJ.

Evaluación de la resistencia de materiales de trigo a F. proliferatum

• Para tener un primer contacto de la planta con el hongo, la inoculación se hizo poniendotres trozos de 8 mm de diámetro de medio de cultivo PDA con crecimiento activo del hongo,junto con la semilla al momento de la siembra.

• Para asegurar la infección, a los 14 días después de la siembra se hará una segundainoculación agregando una solución de conidios del hongo a una concentración de 1 x 104

conidios por mililitro.

Evaluación de la resistencia de materiales de trigo a F. proliferatum

• A los 30-40 días después de la primera inoculación se hará la evaluación de los

materiales utilizando la escala de daño de 0-6 propuesta por Rangel et al., 2015.

• Los materiales o variedades con

escala 1 – 2 se considerarán

resistentes, con 3 – 4

moderadamente susceptibles y con

escala 5 – 6 como susceptibles.