Técnicas y estrategias de mejora para facilitar la hibridación interespecífica y el acortamiento del ciclo generacional en el género Capsicum
- Autores: Juan Pablo Manzur Poblete
- Directores de la Tesis: Adrián Rodríguez Burruezo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat Politècnica de València ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: José María Carrillo Becerril (presid.), Ana María Fita Fernández (secret.), Francesc Casañas Artigas (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RiuNet
- Resumen
En la actualidad, pimientos, chiles y ajíes (Capsicum spp.) están presentes en la práctica totalidad de las zonas templadas y cálidas del mundo. Este cultivo está entre las diez principales hortalizas del mundo y su popularidad se debe, en gran parte, a su utilización gastronómica tanto para consumo en fresco como especia. De las cinco especies cultivadas, la que llamamos comúnmente pimiento (Capsicum annuum), es la más popular y económicamente importante de todas, por lo que la mayoría de esfuerzos de investigadores y mejoradores se centran en esta especie. En este sentido, dos importantes herramientas para la mejora de los cultivos son: i) la hibridación interespecífica, para aprovechar la variabilidad genética de las especies relacionadas y, ii) el acortamiento del ciclo generacional, ya sea para realizar sucesivas autofecundaciones y generar líneas puras o para realizar retrocruces y transferir genes. En ambos casos el cultivo de embriones inmaduros podría ser de gran utilidad. En el primero, permitiría sortear la frecuente barrera postcigótica a la hibridación interespecífica del aborto embrionario, mediante el rescate de embrión. En el segundo, permitiría extraer el embrión procedente de un fruto inmaduro, evitando tener que esperar su maduración, acortando el ciclo generacional del cultivo. De este modo, el primer objetivo de esta tesis fue aumentar la eficiencia de la germinación in vitro de embriones inmaduros del género Capsicum trabajando en los siguientes factores: i) una amplia diversidad de especies y genotipos, ii) los principales estadios inmaduros de desarrollo embrionario (globular, corazón, torpedo y cotiledonar temprano) y iii) diferentes combinaciones de medio de cultivo (sales MS, sacarosa, reguladores de crecimiento) y la incubación en oscuridad. Un segundo objetivo fue evaluar y clarificar las barreras interespecíficas que existen entre las especies Capsicum del complejo annuum-chinense-frutescens y de éstas con C. baccatum, valorando la utilidad de estrategias como el rescate in vitro de embriones y el cruzamiento con especies puente para la consecución de cruzamientos entre C. annuum y C. baccatum. Finalmente, el tercer objetivo consistió en valorar la utilidad del cultivo in vitro de embriones para acortar el ciclo generacional del pimiento común (C. annuum), permitiendo acelerar los programas de mejora de este cultivo. En este estudio fue posible germinar in vitro y obtener plantas desarrolladas y viables de las cinco especies estudiadas a partir de todos los estadios embrionarios, con la única excepción de los embriones globulares de C. chinense. En relación al estadio embrionario se observó un aumento gradual de la eficiencia promedio a medida que avanzaba el desarrollo del embrión: globular (5%), corazón (21%), torpedo (37%) y cotiledonar (69%). Esto coincide con la literatura revisada en otras especies, y se explicaría por una mayor dependencia alimenticia de los embriones precoces (etapa heterótrofa) frente a los avanzados (etapa autótrofa). Respecto a los medios de cultivo empleados, se observó que las dosis de sacarosa (4% y 8%) afectó notablemente a la eficiencia, mientras que el efecto de la dosis MS (1/2×MS y 1×MS) tuvo un efecto menor. Así, al contrario de las dosis de sacarosa recomendadas por la literatura para la germinación in vitro de embriones precoces de diversas especies (8-12%), nosotros demostramos que niveles del 4% ofrecen la mejor respuesta a la germinación en todos los estadios evaluados, con una tasa media de germinación de 43%. En el caso de las sales minerales, la dosis 1/2×MS presentó la mayor tasa promedio de germinación (48 v/s 38%). En consecuencia se decidió utilizar la formulación de sacarosa al 4% y sales minerales a 1/2×MS para continuar la optimización de medios. Fijados estos parámetros, se evalúo el efecto de los reguladores de crecimiento AIA y zeatina sobre la germinación de embriones inmaduros de cuatro accesiones de C. annuum en los cuatro estadios, encontrando que los reguladores a baja dosis (0,01 mg/L) permitieron las tasas medias más altas (33%), seguidos del medio en que estos reguladores estaban ausentes (24%), mientras que los reguladores a altas dosis (0,2 mg/L) afectaron negativamente a las tasas de germinación, especialmente en el caso de la zeatina, con tasas extremadamente bajas, comprendidas entre 0% y 6% en todos los genotipos y estadios de desarrollo. Finalmente, trabajando sobre el medio con bajos niveles (0,01 mg/L) de AIA y zeatina, la incubación en oscuridad durante un período de cinco días mostró ser, en todos los estadios, un factor positivo en la eficiencia de la germinación in vitro de embriones de pimiento (C. annuum), destacando los estadios corazón, en el que la tasa de germinación aumentó de un 17% a un 27% y, especialmente el estadio globular, cuya tasa de germinación media aumentó de un 3% a un 22%. Si bien estas tasas de germinación pueden parecer bajas, realmente debe ser considerada un éxito pues hasta ahora no se había descrito la germinación in vitro de los embriones más tempranos y delicados (globulares) de Capsicum. Asimismo, las tasas registradas para el siguiente estadio (corazón) son considerablemente más altas que las descritas hasta ahora por otros autores. Además, en ciertas hibridaciones interespecíficas, el aborto embrionario ocurre en un estadio temprano, por lo cual es necesario para los mejoradores disponer de protocolos que permitan rescatar el embrión en cualquier estadio, incluido los más precoces. Así, la mejor combinación de los factores estudiados para las máximas tasas de germinación sería: sacarosa 4%, 1/2×MS (alternativamente 1×MS para los embriones globulares de determinados genotipos), AIA a 0,01 mg/L, zeatina a 0,01 mg/L e incubación inicial de 5 días bajo oscuridad. Respecto a la transferencia de material genético de interés desde C. baccatum a C. annuum hemos validado ambas estrategias estudiadas. Por un lado, en la estrategia del puente genético hemos definido a C. chinense como la especie puente ideal, mientras que hemos descartado a C. frutescens por las anomalías de los híbridos obtenidos y/o su baja cruzabilidad con C. annuum y/o C. baccatum. Así hemos establecido, por el número de combinaciones obtenidas y la viabilidad de polen del híbrido a tres vías, el siguiente modelo para la consecución del cruce puente híbrido (o híbrido a tres vías): [C. baccatum × C. chinense] × C. annuum. Por otro lado, en la estrategia del cruce directo y rescate de embriones, debido a: i) el endurecimiento prematuro del endospermo el cual complica la extracción del embrión ii) el bajo número de combinaciones híbridas y iii) la imposibilidad de conseguir BC1 (retrocruzamiento 1), nosotros sugerimos el siguiente modelo para la consecución de poblaciones BC1: [C. annuum × C. baccatum] × C. annuum, aplicando la técnica del rescate al embrión F1. Respecto al acortamiento de ciclo generacional, nuestro estudio demostró que en pimiento se puede realizar un máximo de dos generaciones al año, donde la suma de los ciclos convencionales Otoño-Invierno (OI) + Primavera-Verano (PV) ascendió a un rango de 264 y 321 días en tipos varietales como Guindilla y Bola, respectivamente. En contraste, el cultivo de embriones permitió acortar la suma de los ciclos OI + PV a un rango de 183 y 240 días para las mismas accesiones. Así, estos resultados posibilitan alcanzar al menos tres generaciones por año en C. annuum (hasta 4 en tipos Guindillas o Cornicabra), permitiendo desarrollar programas de mejora que requieran F8-F10 en dos o tres años. Mediante este estudio hemos logrado optimizar la técnica del cultivo de embriones inmaduros de pimiento, a la vez que hemos validado esta técnica en dos importantes aplicaciones directas de mejora vegetal, como son la hibridación interespecífica y el acortamiento de ciclo generacional, dejando disponible para los mejoradores de pimiento una información de gran utilidad para el desarrollo de sus programas de mejora.
