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MEJORAMIENTO GENÉTICO Y BIOTECNOLOGÍA
herramientas para la adaptación de los cultivos al cambio
climático
Luis Inostroza
Ing. Agron., Dr. Cs.
INIA Quilamapu
o irrigadaa
(109 ha)
Rendiimiento d
de trigo (M
Mg ha-1)
Fertilizaante N (1006 ton)
Area araable
Pob
blación (m
miles de m
millones)
Mejoramiento genético y alimentación humana
Años
Slafer (2001)
“Diversidad Genética”
Fundamento del mejoramiento genético.
Consecuencias del mejoramiento
genético
•
Incremento de la productividad en ambientes ‘ideales’
•
Perdida de diversidad genética para caracteres que
confieren adaptabilidad (rendimiento potencial vs
estabilidad).
estabilidad)
• Ineficiencia de los métodos de selección
• Incorporación de nuevas herramientas (fenotípicas y
genéticas).
Nuevas herramientas disponibles
(genéticas)
GENOMAS SECUENCIADOS
6 especies cultivadas + arabidopsis
Diseño de ideotipos
Nuevas herramientas fenotípicas disponibles
G-4 Photo-Proteccion
•Leaf morphology:
-wax/pubescence
-posture/rolling
posture/rolling
-pale colour
•Anti-oxidants
-pigments
-enzymes
enzymes
G-1 precocidad vegetativa
•Assimilation
A i il ti rate
t
•stem carbohydrates
•Rapid ground cover
-protects soil moisture
•Emergence from deep-sowing
-Long coleoptile
-Large seed
G-3 Eficiencia en el uso del agua
•WUE of leaf photosynthesis
-low 12/13C discrimination
•Spike/awn
p
pphotosynthesis
y
•High harvest-index
G-2 acceso al agua (raíces)
•Favourable water relations:
-stomatal conductance
-Ψ
Ψ lleaff
-high RLWC
-cool canopy
-(osmotic
(
ti adjustment)
dj t
t)
Reynolds, 2003
Cambio climático y productividad de
los cultivos
Efectos directos (fisiología de planta)
–
–
>[CO2 amb]
–
Incremento capacidad fotosintética
f
é
de
plantas C3 (Trigo, cebada).
Estabilidad en C4 (maíz, sorgo).
Incremento en la eficiencia en el uso
d l agua en C3 y C4.
del
C4
Efectos indirectos (cambio climático)
–
–
Incremento de temperatura (2-3°C)
Cambio regimenes de precipitaciones
((sequías
q
e inundaciones).
)
Ceccarelli et al., 2010
“Proyecto
Proyecto integrado sobre Riesgo Climático y su
Prevención en el Sector silvoagropecuario”
Iniciativa priorizada por el MINIAGRI.
Considera dentro de sus líneas de trabajo
d
desarrollar
ll herramientas
h
i t ttecnológicas
ló i
para
adaptar los sistemas productivos a los
nuevos escenarios climáticos,
climáticos basadas en el
mejoramiento genético.
http://www.inia.cl/adaptacioncc/
Adaptación al cambio climático
Desarrollo de variabilidad genética
–
–
–
Ancestros silvestres
Poblaciones naturalizadas (landraces)
Bancos de germoplasma
Cultivos priorizados
p
•
•
•
Cereales ((trigo
g y cebada))
Solanáceas (Papa y tomate)
Praderas (trébol blanco y loteras)
Problemática abordada por un equipo
multidisciplinario (Mejoradores, agrónomos,
fisiólogos, bioquímicos, biólogos moleculares,
estadísticos y bioinformáticos)
Definiciones
•
•
•
VS
Mantención del estado
híd i
hídrico.
Mantención de las
funciones de la p
planta
con alteraciones del
estado hídrico.
Re hidratación y estado
Re-hidratación
hídrico y funciones de la
planta después de la des
Eficiencia de Uso del agua
Rendim
miento (R)
Tolerancia a sequía
EUA =
R
T
Transpiración (T)
De
e Witt (1958)
( 958)
Estrategias para el desarrollo de
germoplasma tolerante a sequía
Desarrollo de RCSLs de cebada
' Harrington
g ' × Caesarea 26 - 24
↓
F1 × ' Harrington'
↓
BC1 × ' Harrington'
↓
BC 2 × Selfing (6 generaciones)
Matus et al., 2003
Caracterización genética
Padre recurrente Padre donador
(H i
(Harrington)
)
(Caesarea
C
26
26--24 )
Caracterización fenotípica
Rendimiento de grano (Mg ha-1)
Localidad
Significancia
Media
Rango
Moro
**
2.1
1.3-2.6
Pendleton
**
4.4
2.9-5.0
Cauquenes
*
4.4
2.5-6.0
Santa Rosa
**
8.0
4.8-10.3
Media Localidades
4.7
**, * significativo con P < 0.01 y P < 0.05, respectivamente.
Mapeo asociativo como Herramienta
molecular para asistir la selección
ó de
genotipos tolerantes a sequía
• En las 4 localidades
se identificaron
id tifi
50
QTL
• En el 48% de los
QTL, el genotipo de
H. spontaneum tuvo
un efecto favorable
sobre la expresión
de los caracteres
fenotípicos.
Tolerancia a Sequía y Eficiencia en el
uso del agua en leguminosas
f
forrajeras
j
perennes
L t
Lotus
tenuis
t
i
Perenne.
Diploide.
Polinización cruzada.
Autofecundación incompatible.
Fija N, bajos requerimientos de P,
produce taninos condensados,
forraje de alta calidad.
En Chile no hay cultivares
comerciales.
Naturalizada en suelos marginales
=> Regiones de Valparaíso (32ºS)
y del Bíobío (38ºS).
Acuña et al., 2009
Esquema
q
de trabajo
j
1) Policruzamiento
2)) Prueba de progenies
p g
3) Desarrollo de sintéticos
Logros PMG Lotus
35 progenies caracterizadas agronómica
ó
y
morfológicamente
10 líneas
lí
avanzadas
d en evaluación
l
ió en tres
t
localidades.
2 poblaciones con tolerancia a la sequía
contrastante que serán caracterizadas
molecularmente con marcadores microsatélites
(Proyecto FONDECYT 2010-2013).
Identificación de Q
QTL q
que controlan la
tolerancia a sequía en L. tenuis (mapeo
asociativo).
Eficiencia en el uso del agua en
trébol
éb l bl
blanco
EVALUACIONES
Agua transpirada
Materia seca (tallos, hojas y raíces)
EUA (MS/agua transpirada)
PPH (MShojas/MSAt= g g-1)
PAF (AFE PPH=cm2 g-1)
CWSI
Δ13C
gs
Producción de MS, transpiración (T) y eficiencia en el uso del agua
(EUA) de once poblaciones de trébol blanco naturalizadas.
Poblaciones
Prod. MS
(g pot-1)
2-3-X
7-1-X
9-1-X
5-2-X
8-2-X
12-2-X
8-1-X
8
1X
9-2-X
6-1-X
Huia
Will
LSD
Significance
21,9
21,5
26,1
22,3
20,7
22,3
18 5
18,5
22,0
18,7
14,6
24 1
24,1
3.76
***
Tratamientos hídricos
SEH
24.6
CEH
17.7
LSD
1.6
Significance
***
T (kg of water) EUA
SEH
CEH
6.6
3.3
4.8
6.1
3.8
4.6
5.8
3.2
6.2
5.8
3.3
5.0
5.4
3.1
5.2
5.3
3.1
5.5
25-30%
%
61
6.1
31
3.1
42
4.2
5.6
3.2
5.3
4.6
3.3
4.8
5.4
3.6
3.4
86
8.6
43
4.3
39
3.9
0.73
0.6
1.03
***
*
***
4.2
5.4
0.43
***
Inostroza & Acuña, 2010.
Caracterización fenotípica de dos poblaciones con alta EUA para
selección de parentales.
parentales