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UNIVERSIDAD CATOLICA AGROPECUARIA DEL TROPICO SECO UCATSE Pbro¨Francisco Luis Espinoza Pineda¨
FITOMEJORAMIENTO Y PRODUCCION DE SEMILLA
Unidad I.
Introducción al Mejoramiento Genético de las plantas
MSc. Martin Urbina
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UNIVERSIDAD CATOLICA AGROPECUARIA DEL TROPICO SECO UCATSE Pbro¨Francisco Luis Espinoza Pineda¨
Unidad I: Introducción al Mejoramiento
Genético de las plantas
Al finalizar la unidad el estudiante será capaz de:
Objetivos:
Analizar la base conceptual del Fitomejoramiento para destacar su importancia
en el mejoramiento genético de la plantas, tomando en cuenta su evolución,
finalidad y las ciencias relacionadas con la misma.
Demostrar una actitud reflexiva y analítica para la valoración de la importancia
de esta ciencia en la agricultura, respetando la opinión de sus compañeros.
Contenido:
1. Introducción al Mejoramiento Genético de las plantas
1.1. Concepto de Fitomejoramiento
1.2. Historia del Fitomejoramiento
1.3. Objetivos del Fitomejoramiento
1.4. Formación del Fitomejorador.
INTRODUCCION
En general, el mejoramiento genético de plantas tiene por finalidad la
obtención de variedades con características de mayor rendimiento, mayor
calidad comercial y nutritiva, mayor resistencia a factores abióticos y bióticos
adversos al cultivo. En otras palabras, el mejoramiento genético de un cultivo,
tiene por finalidad la generación de variedades más eficientes producir
productos aprovechables por el hombre como alimento, como materias primas
para la industria, como forraje para los animales domésticos, etc.
1.1. Concepto de Fitomejoramiento
La esencia del fitomejoramiento es el descubrimiento o la creación de una
variación genética en una especie vegetal y la selección, dentro de esa
variación, de plantas con características deseables que pueden heredarse de
manera estable.
El mejoramiento genético es el arte y la ciencia de incrementar el rendimiento
o la productividad, la resistencia a agentes abióticos y bióticos adversos, la
belleza, la calidad o el rango de adaptación de las especies animales y
vegetales domésticas por medio de los cambios en el genotipo (la constitución
genética) de los individuos.
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Fitomejoramiento se conoce tambien como :
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Fitogenetica aplicada
Mejoramiento de plantas
Genetica vegetal aplicada
Genotecnia vegetal o animal
FITOMEJORAMIENTO EMPIRICO TRADICIONAL
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Utilizado por los agricultores desde los orígenes de la agricultura, para
mejorar las características de los cultivos
Selección dirigida con fuerte influencia de la selección natural
Lenta pero segura
Origino diversidad de variedades
FITOMEJORAMIENTO CIENTIFICO
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Saltos espectaculares con nuevas variedades
Mayor rendimiento
Desarrollo de diversas tecnologias
DESVENTAJAS DEL FITOMEJORAMIENTO
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Perdidas de variedades tradicionales
Variedades adaptadas a las condiciones locales
Mas resistentes a condiciones adversas
Erosion genetica
RELACION CON OTRAS CIENCIAS
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Botánica
Parte de la biología que trata de los vegetales, y es la base científica de
la técnica moderna en agricultura, hoticultura, fruticultura, silvicultura y
farmacognosia. Las tres divisiones principales de la botánica son: la
taxonomía, la morfología y la fisiología vegetal. Hasta hoy se han
descrito y clasificado más de 300000 especies; el sistema de
clasificación y nomenclatura actual se basa en la obra del botánico
sueco Carolus von Linneo (s. XVIII), que se modifica constantemente, y
consisten en agrupar todos los seres vivos según ciertas características
comunes en reino, tipo, clase, orden, familia, género y especie.
Zoología
Ciencia que estudia los animales; empcon Aristóteles, cuya obra, Partes
de los animales, fue la base de todos los estudios posteriores en
morfología y anatomía.
Fisiología
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Ciencia que estudia las funciones de los seres orgánicos y los
fenómenos de la vida. Se divide en:
Fisiología general: Estudia los fenómenos comunes a animales y
plantas
Fisiología animal o vegetal: Se limita a uno de estos dos reinos
Fisiología comparada: Es la que compara distintos animales o
vegetales, o especies de los primeros a especies de los segundos
Fisiología normal o patológica: Estudia las funciones del organismo
en la salud o enfermedad, respectivamente
Embriología
Rama de la biología que estudia el progreso de un organismo desde el
embrión hasta su completo desarrollo.
Física
Ciencia que estudia los fenómenos naturales para descubrir las leyes
que los rigen, y determinar la propiedades de la materia y sus relaciones
fundamentales con la energía.
Química
Ciencia que estudia la composición de la materia y la acción recíproca
de los átomos para formar nuevas moléculas; tal acción recíproca,
llamada reacción química, resulta de interacciones entre los
complementos electrónicos de los átomos; los cambios en el núcleo son
objeto de estudio de la física; las sustancias químicas se dividen en
simples, o elementos, que se representan por símbolos, y compuestas,
que se representan por fórmulas.
Bioquímica
Es la ciencia que estudia las transformaciones y aprovechamiento de las
materias orgánicas e inorgánicas por los seres vivos; constituye un
eslabón entre la química orgánica y la fisiología.
Matemáticas
Ciencia que estudia, mediante el uso de nùmeros y sìmbolos, las
cantidades y formas, sus propiedades y relaciones. Su mètodo es
estrictamente lògico: plantea explìcitamente una serie de supuestos
(axiomas y postulados), y de ellos deduce proposiciones que expresan
una relación (teoremas).
Anatomía
Ciencia que estudia la estructura, situación y relaciones de las partes del
cuerpo animal o vegetal; la palabra misma significa disección y éste ha
sido el método básico de la ciencia.
Citología
Parte de la biología que se encarga del estudio de las células orgánicas,
su estructura, desarrollo, funcionamiento y reproducción.
Histología
Rama de la anatomía que describe los elementos componentes de los
órganos y tejidos; nació con la invención del microscopio, y desempeña
un papel muy importante en la diagnosis médica y la investigación
científica.
HISTORIA
Genetica y evolucion de las plantas terrestres
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1. Etapa : Plantas y animales solo existian en los ecositemas acuaticos
2. Etapa : Evolucion se da hace 400 mil millones de años
3. Etapa: La evolucion dio gran diversidadde species y de otras categorias
taxonomicas
Fitogenetica
• 1. Cada célula de una planta tiene cromosomas apareados dentro de su
núcleo
• 2. La información de todos los caracteres de una planta esta contenida
en sus cromosomas.
• 3. Durante la fertilización, cada parental contribuye con un set de
cromosomas.
• 4. Cada célula tiene el set completo de la información genética de la
planta "su
Fitogenetica
• La información genética en los cromosomas consiste en cadenas
extremadamente largas de ADN
• Los genes son segmentos discretos de ADN, codificando para su
información específica.
• La expresión de un gen es controlada por secciones vecinas del ADN
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1.2. Historia del Fitomejoramiento
¿Cómo tomó forma la teoría cromosómica? Las pruebas se acumularon de
forma gradual a partir de distintas fuentes. Una de las primeras pruebas vino
del comportamiento de los cromosomas durante la división nuclear de las
células. En el período de tiempo entre las investigaciones de Mendel y su
redescubrimiento, muchos biólogos estaban interesados en la herencia,
aunque no eran conscientes de los resultados de Mendel y abordaban el
problema de una manera completamente distinta. Estos investigadores
prestaron atención a la naturaleza física del material hereditario. Un lugar obvio
para buscarlo eran los gametos, que constituyen los únicos elementos de
enlace entre las generaciones. Considerando que el óvulo y el
espermatozoide difieren en tamaño pero contribuyen por igual al legado
genético de los descendientes el citoplasma no parecía el alojamiento más
probable de las estructuras hereditarias. Se sabía, sin embargo, que los
núcleos eran aproximadamente del mismo tamaño en el óvulo y en el
espermatozoide, de modo que se consideraron buenos candidatos para
contener las estructuras hereditarias.
Pronto se hizo evidente que los componentes más conspicuos eran los
cromosomas, los cuales resultaron poseer propiedades únicas que los
diferenciaba del resto de estructuras celulares. Lo que intrigaba a los biólogos
era la constancia del número de cromosomas de una célula a otra dentro de un
organismo, de un organismo a otro de la misma especie y de generación en
generación en esa especie. ¿Cómo se mantiene el número de cromosomas?
La respuesta surgió observando con el microscopio el comportamiento de éstos
en la división celular. De ahí surgió la hipótesis de que los cromosomas eran
los portadores de los genes.
¿Qué
es lo que impide la duplicación del número de cromosomas en cada
generación? Este enigma se resolvió tras la predicción de un tipo de división
especial que reducía a la mitad el número de cromosomas. Dicha división se
denomina meiosis.
Gregor Mendel (1.822 – 1.884)
Monje Agustiniano austriaco nacido de una familia de campesinos estudia
botánica y matemáticas en la Universidad de Viena. Fracasó en 2 ocasiones
para obtener el certificado de docencia. Entro a un monasterio en Brünn (Hoy
Checoslovaquia) donde llegó a ser abad. Comunicó sus experimentos en 1.865
ante la sociedad de Historia Natural de Brünn •Al año siguiente se publica el
manuscrito en las Actas de la sociedad. La información genética proviene la
mitad del padre y la otra mitad de la madre •Los caracteres se expresan en las
nuevas generaciones según el Principio de Segregación •Acuñó los conceptos
de: Alelo, dominancia y recesividad.
Johan Friedrich Miescher ( * 13 de agosto de 1844, Basilea - 26 de agosto
de 1895)
fue un biólogo suizo. Aisló varias moléculas ricas en fosfatos, a las cuales llamó
nucleínas (actualmente ácidos nucleicos), a partir del núcleo de los glóbulos
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blancos en 1869, preparando el camino para su identificación como los
portadores de la información hereditaria, el ADN.
Walter Stanborough Sutton (* 5 de abril de 1877 - 10 de noviembre de 1916)
fue un médico y genetista estadounidense cuya contribución más significativa a
la biología fue su teoría de que las leyes mendelianas de la herencia podían ser
aplicadas a los cromosomas a nivel celular.
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1882: Walter Flemming descubre los cromosomas
1888: Wakdeyer introduce el término cromosoma
Finales de 1800 se describen la mitosis y la meiosis
Durante la década de 1880 se relaciona la herencia con los cromosomas
1900: Se revive el mendelismo por Hugo de Vries
1903: Sutton une la teoría del mendelismo con los cromosomas
Principios de 1900 Bateson no apoya las ideas de Mendel para sus
medidas Biométricas
1918: Fisher reconcilia las posturas con la idea de los caracteres
cuantitativos
Thomas Morgan: Ligamiento en moscas - Premio Nobel en 1933
1927 Hermann Muller: Demuestra el aumento de las mutaciones por
radiaciones ionizantes
Flemming : 1882 descubre los cromosomas
1923: Painter describe los 48 cromosomas normales
1946: El mismo Painter describe 46 y el par sexual
1949: Murray Barr describe la cromatina sexual (Corpúsculo de Barr)
Técnicas entre los 50 y 60:
Hsu: Choque hipotónico del nucleo
P. Nowell: Fitohemaglutinina
Uso de la colchicina para detener la mitosis
1901: Landsteiner descubre los grupos ABO
1927: Grupo MN por Landsteiner y Levine
1908: Hardy - Weinberg describen la base de la genética de poblaciones
Fisher, Haldane y Wrigth: Deriva Genética, cuantificación de los
caracteres humanos (Teoría sin aplicación)
1867: Miescher describe la nucleina
1944: Oswald Avery describe la bioquímica del DNA y su relación con
los “genes”
1952: Primeros renacuajos clónicos
1953: Watson y Crick describen la estructura del DNA
1961: Nierenberg describe el código de tres letras
1970: Arber y Hamilton descubren las enzimas de restricción
1972: Primera molécula de DNA recombinante entre dos especies
1977: Sanger propone el método para secuenciar las moléculas de DNA
HISTORIA DEL GENOMA
 1978: 1ª hormona humana hecha con técnicas de DNA recombinante
1980: 1ª fábrica industrial de insulina recombinante •1983: Kary Mullis
idea la técnica de la Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR)
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HISTORIA DEL PROYECTO GENOMA HUMANO
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1985: Walter Gilbert propone el proyecto a nivel mundial
Charles DeLisi del Departamento de Energía (DOE) lo organiza
1990: El NIH y el DOE lanzan el proyecto oficialmente a 15 años
1990: Craig Venter propone patentar secuencias al azar de DNA
1.3. Objetivos del Fitomejoramiento
El constante crecimiento de la población y la creciente demanda de alimentos
para sostenerla han hecho necesario disponer de alimentos y materias primas
industrializables en mayor cantidad, por unidad de superficie cultivable.
Por lo tanto, el objetivo principal del fitomejoramiento genético es incrementar
la producción y la calidad de los productos agrícolas por unidad de superficie,
en el menor tiempo, con el mínimo esfuerzo y al menor costo posible.
Esto se logrará mediante la obtención de nuevas variedades o híbridos de alto
potencial, es decir, que produzcan más grano, más forraje, más fruto, o más
verduras en la menor Área de terreno posible, y que se adapten a las
necesidades del agricultor y consumidor.
Incremento de la producción agrícola, el cual está dado
por:
– Mayor eficiencia fisiológica por planta y por hectárea.
– Mayor adaptación a determinada región agrícola o amplia adaptación a
diversos ambientes.
– Mejores características agronómicas (resistencia al acame, desgrane,
buena cobertura, etc.).
– Resistencia a plagas y enfermedades.
– Resistencia a la sequía, temperaturas bajas o altas, etc.
Mejoramiento para la calidad de los productos:
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Alto valor nutritivo (proteínas y vitaminas).
Mayor coloración, sabor y/o tamaño de los frutos.
Resistencia al transporte y almacenamiento.
Reducción de la cantidad de ciertas sustancias indeseables en los
productos, etc.
Diferencia entre genética y Biotecnología
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Selección Natural
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Es la base principal de la evolucion de las especies
Acatado desde que estas existen
Las especies se multiplican siguiendo una progrecion geometrica
Si una planta produce 10 semillas , estas a suves 10 semillas cada una.
Pero todas se convierten en plantas aunque no todas produciran
semillas
Como actúa la selección natural
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A través de todos los factores ecológicas
Suelo, clima, temperaturas, lluvias, vientos, humedadad
Insectos, virus, bacterias
Sobreviven las mas adaptadas
Seleccionan y transmiten características genéticas mas eficaces
Las inadaptadas tienden a morir o con descendencias débiles
La selección dirigida
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Actúa sobre los mismos principios de la selección natural
Ventaja por la intervención del hombre
Existen
interrogantes
– Que se selecciona?
– Como se selecciona?
– Sobre que material se selecciona
OMESTICACION DE ESPECIES VEGETALES
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VARIEDADES CULTIVADAS VARIEDADES SILVESTRES
Semillas indehiscentes
Semillas descentes
Mayor peso de la semilla
Menor peso de la semilla
Germinabilidad simultanea
Germinabilidad despues de
latencia
Maduracion simultanea
prefijada
Maduracion a distintos
tiempos
Reduccion de ramas laterales Ramificacion menos
controlada
1.4. Formación del Fitomejorador.
Los mejoradores
en particular ensayan
numerosas estrategias para
aprovechar los conocimientos acerca de la herencia. El arte de reconocer las
características valiosas e incorporarlas en las generaciones futuras es muy
importante en el fitomejoramiento.
Los mejoradores tradicionalmente han examinado sus campos y viajado a
países extranjeros en busca de plantas individuales que presenten
características deseables. Esas características en ocasiones surgen
espontáneamente a través de un proceso llamado mutación, pero el ritmo
natural de la mutación es demasiado lento y poco confiable para producir todas
las plantas que les gustaría ver a los mejoradores.
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