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CFIT 4007 - FITOMEJORAMIENTO

Notas de Clase

Martes y Jueves 7:30AM 8:45AM

AP203

Linda Wessel-Beaver, 2014

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1.0 Introduccin al Fitomejoramiento

La agricultura es la fundacin de la civilizacin. El fitomejoramiento es la fundacin de la agricultura.

Definicin: La aplicacin de los principios genticos para mejorar los cultivos y plantas. Envuelve el diseo, el desarrollo y la introduccin de nuevas variedades de plantas, incluyendo cultivos, ornamentales, plantas medicinales e industriales, y arboles. Integracin de muchas ramas: el fitomejoramiento integra muchas ramas de la ciencia: gentica (mendeliana, poblacinal, cuantitativa, molecular), fitopatologa, entomologa, fisiologa, bioqumica, estadstica, agronoma y horticultura general, suelos, evolucin Pasos de Fitomejoramiento (muy simplificado!)

1. Recolectar y/o crear variacin gentica 2. Evaluacin 3. Seleccin 4. Evaluacin (seleccin.evaluacinseleccin) 5. Multiplicacin y liberacin del nuevo cultivar 6. Distribucin del nuevo cutlivar

Crear variacin es [fcil? difcil?] Evaluacin/Seleccin es [fcil? difcil?] P=G+E Fitomejoramiento desde la perspectiva de: Poblacin mundial vs. Produccin Agrcola 1950 1988 2000 2009 Final de 2011/principio de 2012 2050

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Un aumento en poblacin requiere un aumento en la produccin de alimentos. Cmo se aumenta la produccin agrcola? 1. 2. Desde 1978, la cantidad de terreno cultivado al nivel mundial (1.5 billones ha) no ha aumentado. De hecho, desde 1961 (hace ms de 40 aos) no ha cambiado mucho (1.4 billones ha en 1961). Cuales son los cultivos de mayor cultivacin al nivel mundial? 1. 2. 3. 4. Para estos cultivos, el rea cultivada no ha cambiado mucho durante 50 aos Qu posibilidad hay de aumentar el rea cultivada? Cmo se puede hacer terrenos agrcolas ms productivos? Cuales son las caractersticas que pueden ser modificadas (mejoradas) por fitomejoramiento? 1. Rendimiento:

a) Enfoque principal de la mayora de los programas de mejoramiento b) maz - cambio de variedades de O.P. a hbridos (produccin ha mejorado por 50%). c) arroz y trigo - Green Revolution

2. Resistencia a agentes biticos (insectos, enfermedades)

a. contibuye a la agricultura sostenible y reduce contaminacin por qumicos agrcolos

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3. Calidad a. semilla (mayor cantidad de proteina, aceite) b. fruta (color, textura, apariencia, nutricin, shelf life) c. foraje (color, textura, nutricin) ` d. ornamentales (tamano de flores o plantas, color de flores o hojas, duracin de flores) 4. Resistencia o tolerancia a los estreses ambientales y de minerales (agentes abiticos) a. tolerancia a cantidades excesivas de Al, Mg, sal b. tolerancia a deficiencias de nutrientes c. tolerancia a altas/bajas temperaturas, sequa, contaminantes ambiental d. modificacin de la respuesta fotoperiodica 5. Capacidad para cosecha mecanizada a. altura (resistencia al acame) b. falta de desgrane c. uniformidad de madurez d. firmeza (que no se dana con la cosecha) 6. productos industriales/medicinales (biocombustible, aceites, drogas, farmaceuticals o pharming etc) Cualquier caracterstica bajo control gentico puede ser modificada por el fitomejorador! Pero, hay caratersticas controladas por un solo gen y hay caratersticas controladas por cientos de genes -- esto afectiva que tan complejo (o fcil) va a ser el programa de mejoramiento Hay que considerar nivel de aceptacin al nivel del agricultor, productor tanto como al nivel del consumador

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2 Quin y donde se hace el fitomejoramiento? Quines fueron los primeros fitomejoradores? A. Sector Pblico: Fitomejoramiento ha sido una parte integral de la historia de investigacin agrcola

1. Siglo 18 - la ciencia de agricultura (investigacin agrcola, incluyendo fitomejoramiento) empez en Europa

2. Medio del siglo 19 primeras estaciones experimentales (Inglaterra, Alemania, Japn,

EEUU)

3. En los EEUU:

o 1862 fundacin del USDA (que auspicia muchos viajes para recolectar nueva germoplasma)

o 1862 - Morill Land Grant Act (establece las universidades de concesin de tierra)

o 1887 Hatch Act establece las Estaciones Experimentales Estatales

o 1914 Smith-Lever Act establece el Servicio Cooperativo de Extensin Agrcola

4. Al nivel internacional:

o 1940-50s Fundacin Ford y Rockefeller auspician proyectos de investigacin

agrcola, principalmente en el area de fitomejoramiento (comienzo de la Revolucin Verde

o Se evolucionaron a ser parte de un sistema internacional de centros de investigacin

agrcola

1960 IRRI Los Baos, Filipinas 1967 CIMMYT El Batan, Mexico 1967 IITA, Ibadan, Nigeria 1968 CIAT, Cali, Colombia 1971 CGIAR (Consultive Group on International Agriculture Research)

coordina actividades en 16 centros alrededor del mundo.

Muchos de los centros internacionales enfatizan el fitomejoramiento. 5. En Puerto Rico:

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EEA (Estacin Experimental Agrcola de la UPR); fundos Hatch, fondos competitivos (USDA mayormente) y fondos de la ELA

Dr. James Beaver, habichuelas, habas, maz Dr. Linda Beaver, calabaza, aj dulce, sanda Dr. Bryan Brunner, ornamentales, fitomejoramiento orgnico Dr. Carlos Ortiz, tubrculos y races, fitomejoramiento

orgnico Dr. Feiko Ferwerda, gentica molecular, habichuelas Prof. Angel Bosques, yauta, gandules

USDA-ARS-TARS en Mayaguez - evaluacin y mejoramiento de germoplasm

Dr. Tim Porch, habichuelas Dr. Hugo Cuevas, sorgo Dr. Brian Irish, diversidad gentica en frutas tropicales

(Musa, mamey sapote, papaya y otros)

6. Oportunidades para investigacin subgraduada, MS y PhD en fitomejoramiento:

Programa Cooperativa de PhD en Fitomejorameinto (UPR-Mayaguez y North Dakota State University)

Programa de Internado en la Universidad de Illinois y North Dakota State

University

B. Investigacin y Desarrollo Agrcola (incluyendo fitomejoramiento) en el Sector Privado: Importancia de la Industria Semillera en Puerto Rico: Semilleros de Invierno - muchas oportunidades de empleo: Monsanto Caribe, Pioneer Hi-Bred, Rice-Tec, Mycogen, Syngenta Seeds, AgReliant Genetics, 3rd Millenium Genetics, Bayer CropScience, Illinois Crop Improvement Association Actualmente (2010) hay nueve compaas semilleras: (fuente El Nuevo Da, 7 de febrero 2010)

5,570 cuerdas sembradas de maz, soya, girasol, sorgo, algodn, arroz y otros cultivos 453 empleados a tiempo completo 2265 empleados temporeros Ingresos de $30 milliones Las compaas semilleras son los clientes mas grandes de las empresas de productos y

suministros agrcolas en la Isla C. Sector Pblico vs. Privado: Investigacin agrcola en el sector privado esta creciendo, especialmente en la area de mejoramiento de cultivos como maz y soya

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Aprox 3000 fitomejoradores en los EEUU. Aprox 100 graduados (MS o PhD) por ao, pero son estudiantes extranjeros. Se requiere aprox 100 nuevos fitomejoradores por ao (en EEUU). Problema de quien va a atender las necesidades de investigacin en los cultivos menores o hurfanos?

desde 2008 nuevo iniciativo del USDA en Specialty Crops Problema principal con mucha investigacin agrcola: se tarde 10 aos o ms para realizar los beneficios D. Importancia de Derechos de Propiedad Intelectual Qu es propiedad intelectual?

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3.0 Algunas Fechas Importantes Relacionadas con el Fitomejorato AEC = antes de la era comn (o era cristiana) (en ingls: BCE (before common era)) = AC (antes de Cristo) = BC (before Christ) =ACN (ante Christi natus) EC = la era comn (en ingls: CE (common era) = DC (despus de Cristo) = AD (anno domini) AP = antes del presente = BP (before present) **Primeros 10,000 aos: mucha modificacin de la estructura gentica de cultivos sin conocimiento de el base cientfico (gentica mendeliana) del fitomejoramiento 8500-11,500 AP - Evidencia de domesticacin de los primeros cultivos en el Medio Oriente y

en las Amricas Publicacin reciente en Science (Kislev, et al., 2006. Early domesticated fig in Jordan Valley)

demuestra evidencia de higos domesticados hace 11,400 aos.

Domesticacin de trigo en el medio oriente 10,000 aos AP

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Publicacin en Science (1997) sobre la domesticacin de calabacn (10,000 aos AP)

2400 AEC - Evidencia que los sirianos y babilonianos reconocieron dos formas de palma

datilera y utilizaron polinizacin manual (abajo: bajorrelieve asirio, 870 AEC)

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1660-1720 DC Hooke, Robert (1635-1703) describe la clula. Conservador de Experimentos de la Sociedad Royal de Londrs

1641-1711 - Grew, Nehemiah

(ingls) establece la ciencia de anatoma de plantas. En su libro Anatomy of Plants (1682) el describe la funcin de flores y reconoci los estambres como los rganos masculinos en las plantas

1694 DC - Camerarius, Rudolph Jakob (1665-1721), cientfico alemn, demuestra (con

experimentos) que el polen es necesario para la fertilizacin; observa que cruces produce tipos nuevos (primera descripcin conocida que describe la reproduccin sexual en las plantas)
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Nehemiah_Grew.png

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1733-1806 Koelreuter, Joseph Gottlieb (alemn) realiz experimentos sobre la hibridizacin de tabaco y otras plantas de varias especies y gneros. Demonstr que, en general, la hibridizacin es posible solamente entre plantas muy relacionadas

1707-1778 - Linnaeus, Carolus (sueco) establece el sistema binomial de clasificacin

1744-1829 Lamark, Jean-Baptiste

(francs) el primer cientfico a proponer un mcanismo de cambio evolutivo en los organismos: el propuso que organismos exhiben cambios graduales a travs del tiempo como resultado de adaptacin a su ambiente (teora de la herencia de caractersticas adquiridas). Crea que los organismos se tranformaban por el uso y desuso - ejemplo del cuello de la jirafa

La evolucin de Lamark fue un proceso hacia la perfeccin. La teora de Lamark fue aceptada en la Unin Sovitica hasta la dcada sesenta del siglo pasado, resultando en pocos avances en la biologa en aquello pas comparado con las otras ciencias.

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1809 1882 - Darwin, Charles (ingls)

I have called this principle, by which each slight variation, if useful, is preserved, by the term Natural Selection. Charles Darwin

("The Origin of Species", 1859)

El mecansmo de evolucin propuso por Darwin, seleccin natural, fue muy distinto de lo de Lamark. Contraio a Lamark, Darwin propuso que todos los cambios evolutivos ocurran por la seleccin natural de pequeas diferencias individuales que aparecan generacin tras generacin, en cualquier especie. Estas diferencias individuales le daban ventajas a ciertos individuos sobre los dems, permitiendo que estos individuos transmitaban sus caractersticas a una mayor cantidad de progenies. Aunque pequeas, dndoseles el tiempo suficiente, estas diferencias, podan dar lugar a grandes cambios evolutivos. La evolucin darwiniana no se dirige hacia la perfeccin, sino, es una respuesta a las condiciones ambientales en un momento dado. Darwin reconoci la importancia de variacin como material prima para la seleccin, aunque no logr proponer una explicacin sobre como se produce esta variacin. Aunque Mendel ley los trabajos de Darwin, Darwin no tuvo conocimiento del trabajo de Mendel (explicando de donde viene la variacin gentica). El Origen de las Especies al recibir la aceptacin rpida y casi unnime de la comunidad cientfica (aunque no sin cierta resistencia), supuso a la vez, una reorientacin filosfica y biolgica sobre el origen y el destino de todos de los seres vivientes, incluyendo el hombre.

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1823 1913 - Wallace, Alfred Russel (ingls) En 1858 Darwin ley en la Sociedad Linneana una nota sobre la evolucin por seleccin natural, y present una nota de contenido anlogo que Alfred Wallace le haba enviado desde Indonesia.

El trabajo de Gregor Johann Mendel (1822-1884) es la base de la gentica. En 1843 fu admitido en el Monasterio Agustiniano en Brunn, Austria (la ciudad fue parte del emperio de Austria-Hungaria; hoy da se conoce como Brno, Repblica Checa) donde en 1856 comienza una serie de cruzamientos con guisantes (Pisum sativum) en un intento de aprender sobre los mecanismos de la herencia. Mendel aplic sus conocimientos sobre la estadstica y la probabilidad, areas de estudio no utilizaban por Darwin. 1865 - Mendel presenta los resultados de sus

experimentos sobre herencia (Experimentos en la Hibridacin de Plantas) y un ao despus se publica en la acta de la Sociedad de Ciencias Naturales (de Brno) (http://www.mendelweb.org/Mendel.html )

1900 - El trabajo de Mendel fue descubierto de nuevo. Siglo de la ciencia moderna de

fitomejoramiento. 1920-30 - Desarrollo de los primeros hbridos comerciales de maz 1920s - Stadler trabajos con rayos X, agentes mutacionales 1930s - Trabajos con colchincina y cultivos de embrin 1940-60 - Desarrollo de conceptos de gentica cuantitativa, uso de tcnicas biomtricas 1960-70 - Impacto inicial de los Centros Internacionales de investigacin agrcola; La

Revolucin Verde 1970 - Norman Borlaug, fitomejorador de trigo, gana el Premio Nobel de Paz por su trabajo

en La Revolucin Verde
http://ejb.ucv.cl/gmunoz/genweb/genetica/frame/textos/anexos/glosario.html#geneticahttp://www.mendelweb.org/Mendel.html

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fuente: http://www.ugr.es/~eianez/Biotecnologia/agricultura.htm Enrique Iez, Instituto de Biotecnologa, Universidad de Granada, Espaa (Ms alla de la revolucin vede: un papel de la biotecnologa?) La Revolucin Verde se sustent sobre todo en la mejora de tres cereales clave en la alimentacin humana (cada uno procedente de domesticacin en una de las grandes civilizaciones antiguas): trigo, arroz y maz.

En 1943, la Fundacin Rockefeller y el Ministerio de Agricultura de Mxico decidieron financiar a Norman Borlaug (procedente de la Universidad de Minnesota) un programa para la obtencin de variedades de trigo de alto rendimiento capaces de resistir el hongo de la roya de los tallos. Se establecieron dos estaciones experimentales separadas entre s 10 de latitud y con una diferencia de altitud de 2.600 m. El desarrollo simultneo de las variedades en estos dos ambientes permiti acortar a la mitad el tiempo medio de mejora, pero adems, las variedades obtenidas resultaron aptas para una gran variedad de climas y suelos, algo que hasta entonces se tena por imposible. Las primeras variedades del programa eran de hecho tan productivas que la gran cantidad de grano haca que el tallo se doblara y rompiera bajo su peso (fenmeno de "encamado"). Los investigadores entonces buscaron derivar de stas otras variedades de tallo ms corto, cosa que lograron tras hibridarlas con una variedad enana japonesa (Norin 10). Adems, los genes de enanismo suministraban un efecto sinrgico adicional sobre la productividad: incrementan el rendimiento en grano a expensas del resto de biomasa, y resisten ms los daos por viento y lluvia. Se obtuvieron, pues, variedades resistentes a la roya, de tallo corto, que evitaban el encamado, y de alto rendimiento bajo condiciones adecuadas de irrigacin y de abonado. En cuanto a rendimientos se haba dado un paso de gigante, ya que se pas de las previas 0.75 Tm/ha a las 8 Tm/ha. El centro mexicano fundado por Borlaug (ubicado en el Distrito Federal) se denomina Centro Internacional de Mejoramiento de Maz y Trigo (CIMMYT), y a Borlaug se le concedi el Premio Nobel de la Paz.

Con un objetivo similar, en 1960 se estableci en Los Baos (Filipinas) el Instituto Internacional de Investigacin sobre el Arroz (IRRI), financiado por la Fundacin Rockefeller,

Dr. Norman Borlaug, celebrando 92 aos de edad

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la Fundacin Ford, la Agencia estadounidense para el Desarrollo Internacional y el Gobierno filipino. Como dice Garca Olmedo (1998), la mejora del arroz era lo ms parecido a una carrera de obstculos, ya que las variedades de alto rendimiento vienen definidas por numerosas propiedades al mismo tiempo: ciclo corto (que permita dos cosechas al ao), floracin independiente del nmero de horas de insolacin, talla baja, resistencia a la enfermedades y, por supuesto, buenas cualidades culinarias. Tras varios aos de intensa investigacin, con numerosos cruces entre distintas variedades progenitoras (unas 13, procedentes de seis pases) a finales de la dcada de los 70 se logr la variedad deseada (bautizada IR-36), que a su vez sirvi de punto de partida para nuevas mejoras.

La mejora del maz haba comenzado antes, en los aos 20 y 30, por la empresa Pioneer Hi-Bred (EE.UU.), al facilitar la obtencin de maces hbridos (dotados del fenmeno de vigor hbrido debido a la heterosis). Los hbridos dobles (procedentes del cruce de dos hbridos sencillos) y la esterilidad masculina (que elimin el engorro de cortar a mano la flor para evitar la polinizacin autgama) facilitaron la obtencin y abarataron los costes. Las variedades hbridas son de alto rendimiento, pero tienen la desventaja de que el agricultor no puede aprovechar los granos de las sucesivas generaciones, porque el vigor hbrido (y por lo tanto los rendimientos) se pierde, por lo que hay que comprar granos hbridos en cada estacin de siembra. La estrategia del enanismo no funciona con el maz, pero el aumento de productividad vino principalmente de plantas que podan plantarse de modo ms denso.

El lder principal de La Revolucin Verde fue el Dr. Norman Borlaug.

(foto de Wikipedia)

Norman Borlaug

Norman Ernest Borlaug (born March 25, 1914) is an American agricultural scientist, humanitarian, Nobel laureate, and has been called the father of the Green Revolution.[1] Borlaug is one of five people in history to have won the Nobel Peace Prize, the Presidential Medal of Freedom and the Congressional Gold Medal. Borlaug received his Ph.D. in plant pathology and genetics from the University of Minnesota in 1942. He took up an agricultural research position in Mexico, where he developed semi-dwarf high-yield, disease-resistant wheat varieties. During the mid-20th century, Borlaug led the introduction of these high yielding varieties combined with modern agricultural production techniques to Mexico, Pakistan, and India. As a result, Mexico became a net exporter of wheat by 1963. Between 1965 and 1970, wheat yields nearly doubled in Pakistan and India, greatly improving the food security in those nations. These collective increases in yield have been labeled the Green Revolution, and Borlaug is
http://www.ugr.es/~eianez/Biotecnologia/agricultura.htm#garcia#garciahttp://en.wikipedia.org/wiki/Image:Norman_Borlaug.jpghttp://en.wikipedia.org/wiki/March_25http://en.wikipedia.org/wiki/1914http://en.wikipedia.org/wiki/United_Stateshttp://en.wikipedia.org/wiki/Agricultural_sciencehttp://en.wikipedia.org/wiki/Humanitarianhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Peace_Prizehttp://en.wikipedia.org/wiki/Green_Revolutionhttp://en.wikipedia.org/wiki/Norman_Borlaug#_note-0#_note-0http://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Peace_Prizehttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Peace_Prizehttp://en.wikipedia.org/wiki/Presidential_Medal_of_Freedomhttp://en.wikipedia.org/wiki/Congressional_Gold_Medalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Ph.D.http://en.wikipedia.org/wiki/Plant_pathologyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Geneticshttp://en.wikipedia.org/wiki/University_of_Minnesotahttp://en.wikipedia.org/wiki/Mexicohttp://en.wikipedia.org/wiki/Crop_yieldhttp://en.wikipedia.org/wiki/Phytopathologyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Wheathttp://en.wikipedia.org/wiki/Variety_%28biology%29http://en.wikipedia.org/wiki/High_yielding_varietyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pakistanhttp://en.wikipedia.org/wiki/Indiahttp://en.wikipedia.org/wiki/Food_securityhttp://en.wikipedia.org/wiki/Food_security

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often credited with saving over a billion people from starvation.[2] He was awarded the Nobel Peace Prize in 1970 in recognition of his contributions to world peace through increasing food supply. 2006 - President Bush Presents Congressional Gold Medal to Dr. Norman Borlaug United States Capitol 1980s - Nacimiento de la biotecnologa 1980 - Tribunal Supremo de los EEUU aprob (en una decisin dividada 5 a 4) un patente a

Ananda Chakrabarty para una bacteria geneticamente modificada capaz de absorber petrleo, abriendo la posibilidad de patentizar la vida

1983 - Creacin de la primera planta geneticamente modificada 1987 - Primeras plantas geneticamente modificadas sembradas en el campo (fuera del

laboratorio o invernadero) bajo lasupervisin del USDA

1990 - Primeras plantas (tomates) geneticamente modificadas sembradas para uso comercial 2007- Ms de 50 cultivos o plantas han sido geneticamente modificados Estatus Global 2011 Tasas (%) de Adaptacin de Cultivos Geneticamente Modificados Algodn: 82% GMO; 18% Convencional Soya: 75% GMO; 25% Convencional Maz: 32% GMO; 68% Convencional Canola: 26% GMO; 74% Convencional Source: http://www.isaaa.org 17 de Julio de 2013: Monsanto retira solicitudes para uso de cultivos transgnicos en Europa. El maz MON810 (con Bt) actualmente cultivado en Europa (y varios pases tampoco permita la siembra de esta variedad). Julio 2013: un panel de cientficos nominados por el tribunal supremo de India anuncia su recomendacin de imponer un moratoria sobre la siembra de cultivos transgnicos
http://en.wikipedia.org/wiki/Starvationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Norman_Borlaug#_note-fn_1#_note-fn_1http://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Peace_Prizehttp://en.wikipedia.org/wiki/World_peace

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4.0 Evolucin y Domesticacin de Cultivos: Definicin (microevolucin): Porque estudiar la evolucin de cultivos? Cuales son los procesos de evolucin que afectaron a las plantas antes, durante y despus de su domesticacin? (Como difiere la evolucin de un cultivo de la evolucin natural?)

Procesos evolucionarios en la naturaleza:

Seleccin

Migracin

Mutacin

Deriva Gentica

Intervencin humana

Seleccin Manipulacin de reproduccin (se puede manipular todos los procesos)

Como se modificaron las plantas como consecuencia de su cultivacin? Se caracterizan plantas domesticadas por los atributos que confieren adaptacin a ambientes modificados por los seres humanos.

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Caractersticas morfolgicas y quimicas

Caractersticas genticas y citogenticas Donde se origin la agricultura y cuando? Domesticacin - ocurre cuando una especie no puede mantenerse en la naturaleza por su propia cuenta 13,000 AP la Era Pleistocena (poca glacial ms reciente) estaba acabando 13,000 AP Medio Oriente (crecente fertil) 10,000 AP Mjico 10,000 AP Sur Amrica (Los Andes) 8500 AP China 7000 AP Indonesia

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5000 AP EEUU (costa este) 4000 AP Africa (sub-Sahara) Donde originaron nuestros cultivos principales?

Alphonse de Candolle (1806-1893); 1882 Origin de las Plantas Cultivadas

http://www.biodiversitylibrary.org/item/63848#page/7/mode/1up (Direccin de la version digital de Origin of Cultivated Plants traduccina ingls de la ediccin francs de 1882)

Nicolai Ivanovich Vavilov (1887-1943) (ruso) Centros de Origen de acuerdo con las ideas de Vavilov (= regiones con la diversidad mxima = centros de domesticacin): (Vavilov propuso que los centros de origen corresponde al centro de origen de los patgenos asociados con los cultivos)

El Centro Chino: millo, soya, bamboo, rhubarb, albaricoque, chrysanthemum, cereza

El Centro Indo-Malayo: arroz, garbanzo, berenjena, pepinillo, mango, china, caa de azucar, sesame

El Centro Asitico: guisantes, lenteja, habichuela, hemp (cannabis), algodon, almendra

El Centro Medio Oriente: trigo, cebada, centeno, avena, alfalfa, anis, meln, higo, lechuga

El Centro Mediterrano: lupinas, trebol, lino, aceituna, celery

El Centro Abissiano: sorgo, fennel, caf, cebolla

El Centro Mejicano y Amrica Central: maz, haba, batata, pimiento, papaya

El Centro Suramericano: papa, margarita, coca, yuca

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Fuente: http://leeds.academia.edu/JuanManuelRodriguezCaso/Papers/1423536/Evolucion_humana_encuentros_y_desencuentros_de_Darwin_y_Wallace
http://leeds.academia.edu/JuanManuelRodriguezCaso/Papers/1423536/Evolucion_humana_encuentros_y_desencuentros_de_Darwin_y_Wallacehttp://leeds.academia.edu/JuanManuelRodriguezCaso/Papers/1423536/Evolucion_humana_encuentros_y_desencuentros_de_Darwin_y_Wallace

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Jack R. Harlan (1917-1998)

Centros de origen no siempre corresponde a centros de diversidad. Centros de diversidad no siempre ocupa un area limitada. Hay muchos centros secundarios de diversidad. (Centro de Diversidad es un trmino introducido por Harlan). Algunos cultivos fueron domesticados en varios sitios. El tambin corrigi el centro de origen de varios cultivos identificados incorrectamente por Vavilov. Centros y no-centros de Harlan (1971) 3 centros (+ combinados con un rea menos definida (no-centros) MAS otras reas perifricas):

Cercano Oriente + Africa mas Cacaso China + Sureste de Asia mas China completa Mesoamrica + Suramrica mas ros Mississippi/Ohio, suroeste EEUU

Conclusin: Analiza cada cultivo individualmente: hay distintos patrones de diversidad y diseminacin Que es la vulnerabilidad gentica y como se relaciona este concepto con la biodiversidad?

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5.0 Centros de Origin de Vavilov:

Centros de Diversidad (de Origin o de Domesticacin) de Harlan y otros:

VII

VIII

V

VI

IV III

II

I

IIa

VIII a y b

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Centros de Diversidad (de origin o de domesticacin) (de J.R. Harlan y otros) norteamerica (EEUU y Canada) girasol arroz silvestre habichuela tepare

europa repollo avena centeno remolacha azucarera aceitunas

india algodn pepinillo berenjena gandules mango

mesoamerica aguacate cacao habichuela algodn maz calabacn, calabaza tomate papaya pimiento/aj yauta (Xanthosoma spp)

medio oriente y asia central trigo cebada lentejas garbanzos dtiles guisantes aceitunas granada uva higo pera lino manzana alfalfa habichuela haba camo millo

china cebolla melocotn soya repollo chino

sur amrica, zona andina pimiento/aj tomate habichuela algodn habichuela lima man papa calabaza

asia sureste guineos/pltanos ctricos arroz malnga taro (Colocasia spp) t

sur amrica, zona amazona yuca algodn pia batata

africa caf arroz africano caup sorgo sanda ame (algunos especies) algodn

pacfico sur panapn coco caa de azucar ame (algunos especies)

Cultivos con varios eventos de domestiacin: Tomate: Mesoamerica, Sur Amrica Calabaza/Calabacn: Norteamerica, Mesoamerica, Sur Amrica Pimiento/aj: Mesoamerica, Sur Amrica Habichuela: Mesoamerica, Sur Amrica Algodn: Africa, India Arroz: Africa, Asia sureste

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6.0 Biologa Reproductiva en las Plantas

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Fuente: http://iescarin.educa.aragon.es/estatica/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%205/5%20-%20Capitulo%2030.htm (15 de agosto de 2012)
http://iescarin.educa.aragon.es/estatica/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%205/5%20-%20Capitulo%2030.htmhttp://iescarin.educa.aragon.es/estatica/depart/biogeo/varios/BiologiaCurtis/Seccion%205/5%20-%20Capitulo%2030.htm

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Sistemas de Reproduccin en las Plantas A. Fertilizacin en las Plantas polinizacin fertilizacin autogama alogama B. Clasificacin de Tipo de Fertilizacin en los Cultivos 1. autgamos Estos cultivos tienen flores perfectas (bisexuales - estructuras femeninas y masculinas en la misma flor) 2. algamos Estos cultivos tienen flores perfectas (pero con algn mecansmo para evitar la autopolinizacin por ejemplo, el aguacate) o imperfectas (flores estaminadas y pistiladas en diferentes partes de la planta) Como se puede determinar el grado de polinizacin cruzada de una especie?

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C. Reproduccin Asexual 1. Propagacin vegetativa - por medio de rizomas, raices, tubrculos, injertos, cultivo de tejido,

etc.,

Clon vs. lnea o familia

2. Apomixis produccin de semilla asexual http://www.plantcell.org/cgi/content/full/16/suppl_1/S228 The Plant Cell 16:S228-S245 (2004) 2004 American Society of Plant Biologists Understanding Apomixis: Recent Advances and Remaining Conundrums Ross A. Bicknella and Anna M. Koltunowb,1 D. Caractersticas Genticas de los Dos Sistemas Naturales de Polinizacin: 1. Autgamos: 2. Algamos
http://www.plantcell.org/misc/terms.shtml

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7.b LA VARIABILIDAD FENOTIPICA A. Hay dos componentes de la variablidad fenotpica

1. Ambiental que se debe al ambiente 2. Gentica que se debe a la herencia

En la naturaleza (sin contar tecnologas nuevas) esta variabiablidad origina en: recombinacin de genes mutacines variacin en nmero de cromosomas

B. Variabilidad Gentica controlada por las leyes de Heredabilidad Mendeliana Mendel postul dos leyes de herencia:

1. Principio de Segregacin de los factores (genes) - al formarse los gametos, los genes se separan en A y a

Principio de Dominancia - hay factores dominantes y recesivos NO HAY una nuevo factor que mezcla los efectos

de los factores parentales - (CONCEPTO DE 2 ALELOS por locus en plantas y 1 alelo por locus en gametos)

2. Principio de segregacin independiente de los genes no ubicados en el mismo locus - los genes controlando diferentes caractersticas (o la misma caraterstica si tiene herencia multigenica) pueden reunirse en la generacin F2 en nuevas combinaciones no solo en las combinaciones observadas en los genotipos parentales

Accin Gnica (entre alelos del mismo locus) Tipos: 1. Dominancia Completa 2. Dominancia Incompleta (Parcial) 3. Sin Dominancia (Aditividad) 4. Superdominancia (?) 5. Codominancia aa AA ------------------------------------------------*---------------------------------------------------- Punto Medio 2% protena 10% protena blanca roja baja baja susceptible resistente

Mayor expresin

Tiene que ver con la herencia de una sola caracterstica cuya herencia es monognica (1 locus)

2 (o ms) locus

Algunos geneticistas prefiere combinar estas acciones gnicas y llamarlo accin no dominante

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El fenotipo del heterocigoto determina el tipo de accin gnica AA

Aa ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 10% proteina Dominancia Completa roja

alta resistente

aa Aa AA ---------------------------------------------------*----------------------------------------------------- AA> aa) Codominancia marcadores moleculares como isoenzimas y RFLPS dos bandas (dos alelos del mismo locus) aparecen en el heterocigoto

33

8.a Herencia Monognica (Una Caracterstica controlada por un gen (locus)) (Demuestra la primera ley de Mendel)

P1 x P2 AA x aa Determinar los gametos y (1era ley de Mendel) Determinar los gametos y (1era ley de Mendel) Proporcines genotpicas: Proporciones Fenotpicas (si hay dominancia completa): Proporciones Fenotpicas (si hay dom. par. o aditividad): **La segregacin fenotpica depende del tipo de accin gnica EN RESUMEN: Si la herencia es monognica, se observan dos (3:1) o tres (1:2:1) clases or categoras fenotpicas en la F2. Si se observan ms clases fenotpicas o diferentes segregaciones, hay que sospechar la presencia de una herencia ms compleja (multi- o poligenica).

F1

F2

AA Res.

aa Sus

34

Una Caracterstica - Dos Genes (Locus) (herencia multi- o polignica) Roja oscura x Blanca

AABB x aabb Gametos: F1 El fenotipo del F1 depende del

tipo de accin gnica dentro de y entre locus (epistasia p. 40)

F2

AABB AABb * AaBB & AaBb ^ AAbB * AAbb AabB ^ Aabb $ aABB & aABb ^ aaBB aaBb # aAbB ^ aAbb $ aabB # aabb

16 posibles genotipos, pero algunos son diferentes versiones del mismo p. ej. AABb = AAbB En la F2: Frec. Genotpica

Genotipos en la F2

AABB AABb * AAbb AaBB & AaBb ^ Aabb $ aaBB aaBb # aabb Si no hay epistasia (p. 40), cada locus actua independientemente y se observan nuevos fenotipos (no solo los fenotipos parentales) en la F2.

Ejemplo: Dominancia de A y B, pero cado locus actua independientemente -- no hay epistasia Frec. Genotpica

Genotipos en la F2

El color rojo depende de la presencia de un alelo dominante, pero el tipo de color rojo depende cual locus lleva el gen dominante

A_B_ Rojo oscuro (fenotipo parental)

A_ bb Rojo tipo 1 (fenotipo no parental) aa B_ Rojo tipo 2 (fenotipo no parental) aa bb Blanco (fenotipo parental)

35

Modelo aditivo resulta en 5 clases fenotpicas hay falta de dominancia dentro de y entre locus no hay epistasia

Frec. Genotpica

Genotipos en la F2

Nmero de alelos maysculas

Fenotipo (depende del # de alelos dom.)

AABB Rojo osc. AABb * Rojo inter. AAbb Rojo AaBB & Rojo inter AaBb ^ Rojo Aabb $ Rosado aaBB Rojo aaBb # Rosado aabb Blanco Frecuencia

en la F2 Clase fenotpica

1 Rojo osc. 4 Rojo inter. 6 Rojo 4 Rosado 1 Blanco

EN RESUMEN: En el caso de caractersticas controladas por dos (o ms) genes, hay varios modelos de herencia (combinaciones de diferentes tipos de accin gnica dentro de un locus y sin y con epistasia) que explican las razones fenotpicas observadas en la F2. Por ejemplo:

4 clases fenotipicas segregando 9:3:3:1 es lo que se espera si hay 2 genes (locus) envueltos con dominancia completa dentro de cada locus, y sin epistasia (interaccin) entre locus

5 clases fenotpicas segregando 1:4:6:4:1 es lo que se espera si

hay 2 genes (locus) envueltos sin dominancia completa (aditividad o dominancia parcial) y sin epistasia entre locus.

Otros modelos envuelen epistasia (vease la prxima pgina)

36

Epistasia (interaccin entre genes no-allicos genes de diferentes locus que afectan la misma caracterstica fenotpica) Segregaciones que desvian de 9 A_B_: 3 A _ bb : 3 aa B_ : 1 aabb (si hay dominancia completa) o de 1:4:6:4:1 (si no hay dominancia) 1. Accin complementaria: Se requiere dos alelos maysculas para producir un efecto particular - (9) A_B_ resistente (3) A_bb (3) aaB_ susceptible (1) aabb 2. Accin Modificadora Un gen produce un efecto solamente en la presencia de otro gen (de otro locus) (9) Pr_ R_ aluerona violeta (3) prpr R_ aluerona roja (3) Pr_ rr aluerona sin color (1) prpr rr presencia de R es esencial para la expresin de color 3. Inhibicin (9) R_ I_ I inhibe el desarrollo de color (3) rr I_ sin color (1) rr ii no hay color por falta de alelo R (3) R_ ii rojo Otras posibles segregaciones: 15:1, 12:3:1 NOTA: Diferentes referencias utilizan diferentes nombres para el mismo tipo de epistasia Para ms ejemplos vease pp. 50-52 en el texto (Poehlman y Sleper); Otra buena referencia es W.R. Fehr. 1991. Principles of Cultivar Development, Vol I, p51. ***Una referencia muy buena en espaol: http://www.unavarra.es/genmic/genetica%20y%20mejora/epistasia/tipos_epistasia.htm

9 : 7

9 : 3 : 4

13 : 3

37

Pruebas de Herencia (Como Determinar la Herencia de una Caracterstica)

EJEMPLO #1 linea con resistencia x linea con susceptibilidad

F1 = 32 plantas, todas resistentes *

79 resistentes : 31 susceptibles (110 plantas)*

*pruebas de herencia de resistencia requiere inoculacin (infestacin) artificial o el uso de un ambiente con el patgeno o insecto presente Conclusion:

EJEMPLO #2 Linea con flores grandes x linea con flores pequeas

F1 = 28 plantas, todas con flores intermedias

21 grandes : 49 intermedias: 26 pequeas (96 plantas)*

Conclusin:

se autopolinizan suficientes plantas para producir 100+ semillas en la F2


38

Ejemplo #3 linea con flores rojas oscuras x linea con flores blancas

F1 = 15 plantas, todas con flores rojas oscuras

67 rojas oscuras: 46 blancas (113 plantas) Conclusin: Ejemplo. #4 linea con flores rojas oscuras x linea con flores blancas

F1 = 15 plantas, con color intermedio

una variacin contnua de color rojo de muy oscuro a blanco no se puede clasificar en categoras fenotpicas Conclusin:


39

RESUMEN Modo de Herencia Segregacin

fenotpica observada en

la F2:

Ejemplo

Accin Gnica (dentro de un locus)

Accin entre locus

Nmero de locus controlando la caracterstica

3:1 #1 Dominancia completa No aplica 1 1:2:1 #2 Sin dominancia

completa (dominancia incompleta o accin aditivida)

No aplica 1

9:3:3:1 Dominancia completa Sin epistasia 2 **1:4:6:4:1 Sin dominancia

(dominancia incompleta o accin aditivida)

Sin epistasia 2

9:7 #3 Epistasia 2 9:3:4 Epistasia 2 15:1 Epistasia 2 13:3 Epistasia 2

12:3:1 Epistasia 2 variabilidad

contnua en la F2 no hay

clases discretas

#4

Varios tipos de accin dentro y entre locus

son posibles

compleja (quantitativa analizada con

tcnicas biomtricas; pero siempre hay una

base mendeliana )

40

8.c Factores que Afectan la Eficiencia de un Programa de Seleccin Nmero de Genes Envueltos en la Herencia de Una Caracterstica:

Un gen (locus)

Varios genes (locus) Tipo de Accin Gnica : (**determina que tan fcil o dificil es distiguir entre diferentes genotipos**)

dominancia parcial y aditividad

1RR = 1 resistente 2Rr = 2 parcialmente

1rr = 1 susceptible

dominancia completa 1RR = 1 resistente 2Rr = 2 resistente 1rr = 1 susceptible

Efecto acumulativo de genes en varios locus (aditivo)

Epistasia

Cul tipo de accin gnica resulta en mayor eficiencia de seleccin?

Tamao de Poblacin (Nmero de Plantas): # de locus controlando la herencia

Proporcin de genotipos F2 que es homocigoto recesivo (o homocigoto dominante)

# de plts. necesarios para tener la problabilidad indicada de obtenter por lo menos una planta con el genotipo recesivo

95% 99%

1 1 en 4 (3:1) 11 16 2 1 en 16 (15:1) 46 71 3 1 en 64 191 296 4 1 en 256 5 1 en 1,024 10 1 en 1,048,576 20 1 en 1,000,511,627,776 El medio ambiente:

Un gen (locus)

Varios genes (locus)

Cul tipo de herencia resulta en mayor eficiencia de seleccin?

3 resistentes

Cul tipo de herencia es menos impactado por el medio ambiente? Qu impacto tiene esto sobre la eficiencia de seleccin?

41

Prueba de Progenie Propsito: Probar el valor de un genotipo basado en el comportamiento de sus progenies producidas segn un sistema definido de aparamiento (generalmente autopolinizacin). Ejemplo: Problema: Una resistencia esta controlada por un gen dominante. Se desea obtener un individuo homocigtico (RR) pero no se puede distinguir entre individuos tipo RR y Rr porque son fenotipicamente idnticos. F2 (o en cualquier poblacin heterognea): Planta 1 Planta 2 Planta 3 Planta 4 R_ R_ rr R_ progenies progenies progenies F3 no segregan segregan X segregan Conclusiones:

42

Prueba de Alelismo Ejemplo: resistencia a la roya encontrada en la linea 1 resistencia a la roya encontrada en la linea 2 Pregunta: Es la resistencia de linea 1 la misma resistencia de linea 2? Resultados esperados si son allicos: (linea 1) (linea 2) RR x RR RR fenotipo = __________________________ RR fenotipo = __________________________ Resultados esperados si son dos genes (locus) diferentes: (linea1) (linea 2) R1R1r2r2 x r1r1R2R2 R1r1R2r2 fenotipo = ________________________ Fenotipo si hay dominancia completa: 1 R1R1R2R2 2 R1R1R2r2 1 R1R1r2r2 2 R1r1R2R2 4 R1r1R2r2 2 R1r1R2r2 1 r1r1R2R2 2 r1r1R2r2 1 r1r1r2r2

43

9.0 Considerando dos caractersticas a la vez: Segregacin de Dos Genes (Demuestra la 2nda ley de Mendel) P1 x P2 AABB x aabb (el cruce AAbb x aaBB resulta en exactamente la misma cosa) Determinar los gametos y (1era ley de Mendel) AaBb AABB AABb * AaBB & AaBb ^ AAbB * AAbb AabB ^ Aabb $ aABB & aABb ^ aaBB aaBb # aAbB ^ aAbb $ aabB # aabb Si miramos solo locus A, vemos 3 diferentes genotipos (AA, Aa, y aa) y _________ fenotipos Si miramos solo locus B, vemos 3 diferentes genotipos (BB, Bb, y bb) y _________fenotipos Si consideramos ambos locus (A y B) a la vez, hay ______ combinaciones (3 x 3) de genotipos Si consideramos ambos locus (A y B) a la vez, hay ______ combinaciones (2 x 2) de fenotipos Genes de diferentes locus segregan (y se expresan) INDEPENDIENTAMENTE (2nda ley de Mendel)

F1 = Uniformidad fenotpica. El fenotipo corresponde al fenotipo dominante si hay dominancia completa)

En la F2 tenemos recombinacin (=creacin de nuevos fenotipos) y segregacin (=variabilidad, o sea, el opuesto de uniformidad)

44

Ejemplo (segregacin de dos genes): Frec.

Genotipos en la F2

Razn Fenotipo F2 - con dominancia completa en cada locus

1 GGRR grande;resistente 2 GGRr * grande:resistente 1 GGrr grande;susceptible 2 GgRR & grande;resistente 4 GgRr ^ grande;resistente 2 Ggrr $ grande;susceptible 1 ggRR pequea;resistente 2 ggRr # pequea;resistente 1 ggrr pequea;susceptible

Razn Genotpica (considerando ambas caractersticas)

_______grande;resistente

_______grande;susceptible

_______pequea:resistente

_______pequea;susceptible

Segregacin fenotpica (considerando ambas caractersticas):

GGrr Grande Susceptible

ggRR Pequea Resistente

X G flores grandes g flores pequeas R Resistencia r - Susceptibilidad

Meta: flores grandes en una planta resistente

45

Qu pasa si dos genes, c/u controlando la herencia de dos diferentes caractersticas, se ubican en el mismo cromosoma?

GGrr (=Gr Gr) x ggRR (=gR gR) grandes/susceptible x pequeas/resistente

GgRr (=Gr gR) (F1) grandes/resistente

Durante la fase de aparamiento (de meiosis):

G flores grandes g flores pequeas R Resistencia r - Susceptibilidad

G G g g r r R R

META: GGRR una linea homocigoto con flores grandes y resistencia

La F1 tiene el fenotipo deseable. Porque no se puede usarla?

cfit4007notasI - with changes for 2014 46

Sin sobrecruzamiento: Con sobrecruzamiento:

1era reduccin de meiosis

2 nda reduccin de meiosis

Solamente resulta en gametos parentales (que no pueden producir el genotipo deseado)

Resulta en gametos parentales (*) y recombinantes (#) (el gameto recombinante tipo GR puede combinarse con otro gameto GR y producir el genotipo deseado, GRGR (GGRR)

G G g g r r R R

G G g g r r R R

G G g g r R r R

G G g g r R r R

G G g g r r R R

G G g g r r R R Gr Gr gR gR

G G g g r R r R Gr* GR# gr# gR*


9.b Impacto de Ligamiento y Sobrecruzamiento Sobre la Segregacin: Digamos que nos interesa obtener una linea con flores grandes y con resistencia, pero lo que tenemos es el contrario: lineas susceptible con flores grandes o lineas resistentes con flores prequeas. Para combinar las dos caracersticas deseables, hacemos un cruce entre la linea susceptible (rr) con flores grandes (GG) y la linea resistente (RR) con flores pequenas (gg), y obtenemos la F1 y la F2: GGrr x ggRR GgRr (F1) F2 Las frecuencias relativas (la segregacin) de los fenotipos y genotipos en la F2 dependen de la relacin entre los locus envueltos (G y R) Segregacin F2: (.25) GR () (.25) Gr () (.25) gR () (.25) gr ()

(.25)GR () .0625 (1/16) GGRR (R)

GGRr (R) GgRR (R) GgRr (R)

(.25)Gr () GGRr (R) GGrr (P) GgRr (R) Ggrr (P)

(.25) gR () GgRR (R) GgRr (R) ggRR (P) ggRr (P)

(.25) gr () GgRr (R) Ggrr (P) ggRr (P) ggrr (R)

Vamos a considerar solo los homocigotos (los tipos de mayor inters al fitomejorador): Cmo comparen las frecuencias de los homocigotos parentales vs. Recombinantes cuando no hay ligamiento?

GENOTIPO DESEABLE ES GGRR (grande/ resistente) un genotipo recombinante

Sin Ligamiento Vamos a usar el caso de ausencia de ligamiento (segregacin independiente) como punto de referencia.


Ahora, vamos a considerar que pasa con ligamiento. Hay dos tipos de ligamiento:

Gr gR - ligamiento tipo repulsin (trans) GR gr - ligamiento tipo acoplamiento (cis) Qu tipo de ligamiento tenemos en las lineas de este ejemplo?

Gr Gr x gR gR Gr gR (= GgRr) F2

Segregacin F2:

(0) GR (.5) Gr (1/2) (.5) gR (1/2) (0) gr

(0)GR GGRR GGRr GgRR GgRr

(.5)Gr (1/2) GGRr

.25 (1/4)

GGrr

.25 (1/4)

GgRr

Ggrr

(.5) gR (1/2) GgRR

.25 (1/4)

GgRr

.25 (1/4)

ggRR

ggRr

(0) gr GgRr Ggrr ggRr ggrr

Cmo comparen las frecuencias de los homocigotos parentales vs. recombinantes? Conclusin: Cuando hay ligamiento, la frecuencia del homocigoto deseable (GGRR) es (mayor que/menor que) la frecuencia de GGRR cuando hay segregacin independiente (sin ligamiento).

Ahora, digamos que G y R son locus ligados (en ____________) y que no ocurre el sobrecruzamiento. En otras palabras vamos a considerar el caso de segregacin: CON LIGAMIENTO y SIN SOBRECRUZAMIENTO (0% b i t )

? como se determina estos valores?


Segregacin F2:

(.10) GR (.40) Gr (.40) gR (.10) gr

(.10) GR .01 GGRR .04 GGRr .04 GgRR .01 GgRr

(.40) Gr .04 GGRr .16 GGrr .16 GgRr .04 Ggrr

(.40) gR .04 GgRR .16 GgRr .16 ggRR .04 ggRr

(.10) gr .01 GgRr .04 Ggrr .04 ggRr .01 ggrr

Cmo comparen las frecuencias de los homocigotos parentales vs. recombinantes? Cmo comparen estos resultados con los ejemplos anteriores? Conclusin: Cuando hay ligamiento con sobrecruzamiento, la frecuencia del homocigoto deseable (GGRR) es (mayor que/menor que) la frecuencia cuando hay ligamiento sin sobrecruzamiento. RESUMEN:

1. Genes (locus) no ligados estan ubicados en diferentes cromosomas, o muy aparte en el mismo cromosoma, y segregan independientemente. Genes ligados se encuentran en el mismo cromosoma. Estos locus segregan juntos durante meiosis. Sobrecruzamiento puede rompir un ligamiento. El % de sobrecruzamiento vara entre 0% y 50%.

Que pasa cuando el ligamiento se rompe con el sobrecruzamiento? (se puede observar hasta un mximo de ________% de sobrecruzamiento) . O sea, vamos a consider el caso de segregacin: CON LIGAMIENTO y Con 20% SOBRECRUZAMIENTO


2. Si no hay ligamiento, la mitad de los genotipos homocigotos son tipos parentales, la otro mitad son tipos nuevos (recombinantes).

3. Ligamiento reduce la porcin de genotipos homocigotos recombinantes.

4. Sobrecruzamiento aumenta el nmero de genotipos homocigotos recombinantes,

hasta un mximo de 50%.

5. Ligamiento es indeseable si el fitomejorador desea nuevas combinaciones de genes, o sea, nuevos genotipos no iguales a los genotipos parentales. En este caso, sobrecruzamiento sera deseable (se rompe ligamientos no favorables).

6. Ligamiento es deseable si el fitomejorador desea mantener una combinacion

particular de genes. En este case, sobrecruzamiento sera indeseable (se rompe ligamientos favorables). (p ej: en la seleccin asistida por marcadores (MAS = marker assisted selection)


Prueba de cruce (testcross) para probar si hay ligamiento: F1 x tester (linea homocigota recesiva) (para permitir que c/u de los genes de la F1 se expresan) AaBb (alta;roja) x aabb (baja;blanca) ab Frecuencias si no

hay ligamiento Frecuencias si hay ligamiento y 10% sobrecruzamiento acoplamiento repulsin

AB AaBb = alta;roja Ab Aabb = alta;blanca aB aaBb = baja;roja ab aabb = baja;blanca Que tipo de resultados se espera si no hay ligamiento? Que tipo de resultados se espera si hay ligamiento? Que otro tipo de cruce puede hacer uno para probar si hay ligamiento? Qu prueba estadstica existe para determinar si las frecuencias desvian (significativamente) de los valores esperados? Prueba de Chi-cuadrado - para determinar si el grado de las desviacines de los valores esperados es mayor que lo que uno esperara debido al error de muestreo Genotipo (de progenies del testcross)

Fenotipo

Frecuencias observadas

Frecuencias esperadas si no hay ligamiento (frecuencias iguales)

Desviaciones

AaBb alta;roja 28 30 2 Aabb alta;blanca 29 30 1 aaBb baja;roja 33 30 3 aabb Baja;blanca 30 30 0 No. de plantas evaluadas = 120 120 2obs = ([obs-esp]2/esp) = (28-30)2/30 + (29-30)2/30 + (33-30)2/30 + (30-30)2/30 = 0.4666 g.l. = # categorias 1 = 4 1 = 3; 2tabular (con 3 g.l.; 5%) = 7.81; La desviacion (de un modelo de frecuencias iguales) no es significativa si 2obs < 2tabular ; Concluimos que las frecuencias observadas no desvian de un modelo de frecuencias iguales (o sea, concluimos que no hay ligamiento) . Que concluiramos si las frecuencias fueron 20, 37, 40, 23? (2obs = 9.93)


9.c Mapas Genticos La elaboracin de los mapas gnicos consiste en determinar las posiciones relativas de los genes en un cromosoma y la distancia entre ellos. Los mapas de genes pueden ser "mapas genticos o de ligamiento", los cuales determinan una distancia estadstica entre dos genes, o pueden ser un "mapa fsico", el cual determina la distancia entre dos genes por los nucletidos o pares de bases del ADN. Ambos son tiles y generalmente se hace primero un mapa de ligamiento y luego un mapa fsico en el proceso de clonado posicional o el aislamiento gnico de las enfermedades humanas hereditarias. (definicin de http://www.genome.gov/sglossary (National Human Genome Research Institute)) Como se determina si dos genes estan en el mismo cromosoma? Como se determina la distancia entre dos genes en el mismo cromosoma? Ejemplo: Qu uso tiene un mapa gentico en un programa de mejoramiento? El mapa gentico nos ayuda determinar las asociaciones entre genes. La presencia de un gene marcador (ligado al gen de inters) es un indicador indirecto de la presencia de otro gen. Se utiliza esta informacin para determinar cuales genes sirven como marcadores que indican la presencia de caractersticas de importancia econmica. Esto se llama Seleccin Asistida por Marcadores (MAS Marker Assisted Selection) Cuales son los diferentes tipos de marcadores que se utilizan en mapeo gentico? Todos los sistemas dependen de polimorfismo, o sea la existencia de dos o ms alelos de un gen presentes en una poblacin

1. Marcadores morfolgicos

a. b. c.

2. Marcadores bioqumicos

a. b.
http://www.genome.gov/sglossary


3. Marcadores Moleculares

a. b. Tipos

a. Polimorfismo de Longitud de los Fragmentos de Restriccin (RFLPs) b. Marcadores basados en PCR (Reaccin en Cadena de la Polimerasa)

i. Polimorfismo de ADN Amplificado Arbitrariamente (RAPDs) ii. Microsatlites o SSR (simple sequence repeats) iii. Polimorfismo de Longitud de Fragmentos Amplificados (AFLPs) iv. Muchos otros variantes

Los marcadores bioqumicos y moleculares se visualizan, generalmente en un gel electrofortico, como bandas (que representan los alelos). Una banda, o fragmento, mueve lejos o cerca del incio del gel, dependiendo de su tamao. REFERENCIA:

Formato ISO BECERRA V., Viviana y PAREDES C., Mario. USO DE MARCADORES BIOQUMICOS Y MOLECULARES EN ESTUDIOS DE DIVERSIDAD GENTICA. Agric. Tc., jul. 2000, vol.60, no.3, p.270-281. ISSN 0365-2807. Formato Documento Electrnico (ISO) BECERRA V., Viviana y PAREDES C., Mario. USO DE MARCADORES BIOQUMICOS Y MOLECULARES EN ESTUDIOS DE DIVERSIDAD GENTICA. Agric. Tc. [online]. jul. 2000, vol.60, no.3 [citado 20 Septiembre 2007], p.270-281. Disponible en la World Wide Web: . ISSN 0365-2807.


Ejemplo: Identificacin de Marcadores para Resistencia a una Enfermedad (Seleccin Asistida por Marcadores MAS Marker Assisted Selection I. Marcador Fenotpico

Linea Resistente x Linea Susceptible

F1

F2 Tipo de hoja: Red Red Red Red Elong Red Red Red Red Red Elong Res/Sus: S S S S R S S S S S R --si el ligamiento es completo (no hay sobrecruzamiento), todas las plantas con hojas elongadas van a ser resistentes Que pasa si hay sobrecruzamiento? II. Marcador Molecular (ej.RAPD)

Linea resistente x Linea susceptible

F1

F2 Res/Sus: S S S S R S S S S S R ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Possibles marcadores (bandas polimorficas)

Banda no polimrfica (banda monomrfica)


11.0 Herencia extracromosmica (citoplsmica): Hay ADN en los cloroplastos y mitocondrias El volumen de citoplasma del gameto femenino es mucho mayor que el volumen del

citoplasma del gameto masculino La tranferencia de genes extranucleares depende de la direccin del cruce, es

generalmente materna Un tipo de esterilidad masculina, utilizada en la produccin de variedades hbridas, es

controlado por un gen citoplsmico Hay que probar la herencia por varias generaciones para confirmar si es herencia

citoplsmica y no un efecto fisiolgico de la planta madre. Accin de Genes al Nivel Molecular el gen es un sector del ADN que contiene varios cientos de pares de bases (adenina,

guanina, timina, citosina) el gen determina la secuencia de aminocidos de la cadena de polipptidos que se

convertir en la protena la protena producida puede ser una unidad estructural o un enzima que cataliza alguna

actividad biolgica una mutacin es un cambio en el tipo o sequencia de bases y puede cambiar la funcin

de un gen


Variacin en Nmero de Cromosomas Cap. #5 Cada especie tiene un nmero caracterstica de cromosomas genoma el conjunto completo o bsico de cromosomas (uno de cada tipo) = el conjunto monoploide; las clulas somticas de una planta diploide contienen dos genomas completos; los gametos uno. A. Euploida (genomas con un complemento normal de cromosomas Diploida dos copias del conjunto bsico de cromosomas Poliploidia tres o mas copias del conjunto bsico o combinaciones de dos conjuntos poliploida natural ocurre como resultado de produccin de gametos no reducidos poliploida inducido ocurre como resultado del uso de qumicos como la colchicina importante en la evolucin de muchas especies un conocimiento de las relaciones entre genomas ancestrales ayuda el fitomejorador

exploitar la variabilidad dentro de una especie y de especies relacionadas poliploida inducido ha sido utilizado para (1) optimizar (aumentar) el nivel de ploida en

ciertos cultivos y para (2) crear nuevos cultivos (trigo + centeno = triticale) x el nmero monoploide 2x diploide 3x triploide guineos, pltanos, sanda sin semilla 4x tetraploide alfalfa, papas, trigo para pasta, tabaco, caf 5x - pentaploide 6x hexaploide trigo para panificacin, kiwi etc. Caf (Coffea arabica) 2n = 4x = 44 Guineos y pltanos (Musa) 2n = 3x = 33 Papa (Solanum tuberosum) 2n = 4x = 48 Trigo de pan (Triticum aestivum) 2n = 6x = 42 Sisal (Agave sisalana) 2n = 5x = 180 autoploide en su evolucin, resulta de la duplicacin del genoma de una sola especie aloploide en su evolucin, resulta de combinar dos o ms especies n el nmero de cromosomas en los gametos (igual al nmero haploide) 2n el nmero somtico de cromosoma ejemplos: calabaza tiene 20 pares de cromosomas (para cada cromosoma hay 2 homlogos)

es un cultivo diploide el nmero haploide (del gameto) = el nmero monoploide*; n = x = 20 el nmero somtico es 2n = 2x =40


*en diploides, el numero monoploide = el numero haploide maz tiene 10 pares de cromosomas (para cada cromosoma hay 2 homlogos)

es un cultivo diploide el nmero haploide (del gameto) = el nmero monoploide; n = x = 10 el nmero somtico es 2n = 2x = 20

papa tiene 12 cromosomas con 4 homologos de cada uno

es un cultivo autotetraploide (hay 1 solo genoma duplicado cuatro veces) el nmero monoploide es x = 12 el nmero haploide (del gameto) es n = 24 el nmero somtico es 2n = 4x = 48

trigo (para pasta) tiene 14 pares de cromosomas

es un cultivo alotetraploide (hay 2 diferentes genomas duplicados dos veces) el nmero monoploide es x = 7 el nmero haploide (del gameto) es n = 14 el nmero somatico es 2n = 4x = 28

B. Aneuploida (variacin en el nmero normal de cromosomas) causado por la adicin o eliminacin de uno o ms cromosomas (o partes de

cromosoma) resulta de acidentes citolgicos se puede utilizar ingenera de cromosomas (manipulacin de aneuploida) para

transferir cromosomas entre especies (para transferir genes) utilizados para mapeo de genes (particularmente til para asignar un gen a un

cromosoma particular algo que no se puede hacer con mapeo molecular) nulisomico 2n 2 monosomico 2n 1 trisomico 2n + 1 tetrasomic 2n + 2 C. Uso de Haploides en Fitomejoramiento producidos usando varias tcnicas incluyendo cultivo de anteras para producir una linea homocigtica instantanea (instant inbred) tambin llamado

un haploide doblado til en varios estudios genticos D. Herencia de Poliploides alopoliploides hay pares de cromosomas homlogos; herencia es como si fuera

diploide autopoliploides hay mltiples de cromosomas homlogos; herencia tetrasmica E. Fertilidad de Poliploides


alopoliploides generalmente frtil; produccin normal de semilla autopoliploides problemas de frtilidad; muchos de estos cultivos cuenta con

reproduccin vegetativa; la parte vegetativa de la planta es economicamente importante y no el grano.
Nombre: ____________________________________CFIT 4007 - FITOMEJORAMIENTO1.0 Introduccin al Fitomejoramiento3.0 Algunas Fechas Importantes Relacionadas con el FitomejoratoEnrique Iez, Instituto de Biotecnologa, Universidad de Granada, Espaa (Ms alla de la revolucin vede: un papel de la biotecnologa?)(foto de Wikipedia)6.0 Biologa Reproductiva en las PlantasUnderstanding Apomixis: Recent Advances and Remaining ConundrumsA. Hay dos componentes de la variablidad fenotpicaEl fenotipo del heterocigoto determina el tipo de accin gnicaAABB x aabbEpistasiaAAbB *Genotipos en la F2Frec. GenotpicaAABBEjemplo: Dominancia de A y B, pero cado locus actua independientemente -- no hay epistasiaA_B_Modelo aditivo resulta en 5 clases fenotpicas hay falta de dominancia dentro de y entre locus no hay epistasiaGenotipos en la F2Frec. GenotpicaAABBPruebas de Herencia (Como Determinar la Herencia de una Caracterstica)EJEMPLO #1EJEMPLO #2Ejemplo #3RESUMEN Modo de Herencia8.c Factores que Afectan la Eficiencia de un Programa de SeleccinPrueba de ProgeniePlanta 1 Planta 2 Planta 3 Planta 4Prueba de AlelismoR1R1r2r2 x r1r1R2R2AAbB *Genotipos en la F2Frec.GGRR19.c Mapas GenticosEjemplo: Identificacin de Marcadores para Resistencia a una Enfermedad (Seleccin Asistida por Marcadores MAS Marker Assisted SelectionI. Marcador FenotpicoAccin de Genes al Nivel MolecularVariacin en Nmero de Cromosomas Cap. #5A. Euploida (genomas con un complemento normal de cromosomas

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