1. Mejoramiento Poblacional
en el CIAT
Cécile Grenier, Yolima Ospina, James Carabalí,
Edgar Torres, Jaime Borrero, Cesar Martínez
Taller de mejoramiento LAC – GRiSP – 21 de Febrero 2012

2. Mejoramiento poblacional en arroz en el CIAT
• Basado en la Selección Recurrente (SR) como fundación de un
programa de mejoramiento convencional
• Marco eficiente combinando el mejoramiento centralizado para
un numero limitado de características complejas, y el mejoramiento
descentralizado para características especificas de sitios
 Proyectos de colaboración GRiSP
 Desarrollo de herramientas de selección

3. Presentacion de hoy
Histórico
Mejoramiento Poblacional del Arroz
Presente
Mejoramiento para arroz de secano
Mejoramiento para arroz de riego
Futuro
Herramientas para el mejoramiento poblacional

4. Un método innovador de mejoramiento
aplicado al arroz
James Taillebois et al.
Pionero de la creación de poblaciones sintéticas
(gene de androesterilidad IR36 msms)
msms
Fécondación cruzada en planta msms
M. Châtel

5. Una red de fitomejoradores
www.grumega.org
M. Châtel

6. La capacitación
Cursos
1996: Colombia -CIAT/CIRAD & OEA
1998: Venezuela -DANAC/EMBRAPA/CIAT/CIRAD
2001: Cuba -IIA/CIAT/CIRAD
2006: Chile -INIA Quilamapu/CIAT/CIRAD/FAO
2007: Cuba -IIA/CIAT/CIRAD/FAO
2007: Nicaragua -IIA/CIAT/CIRAD/FAO
Talleres de selección
2000: Colombia -CIAT/CIRAD & EMBRAPA-
2002: Bolivia -CIAT Santa Cruz, JICA- EMBRAPA, CIAT/CIRAD
2003: Colombia -CIAT/CIRAD
2006: Colombia -CIAT/CIRAD/FAO
2007: Argentina -CIAT/CIRAD/FAO
Conferencias GRUMEGA
1995: Brasil -EMBRAPA & CIAT/CIRAD-
1999: Brasil -EMBRAPA, CIAT/CIRAD & FAO
2003: Venezuela -DANAC, CIAT/CIRAD & FAO
2006: Chile -INIA Quilamapu, CIAT/CIRAD, DANAC & FAO
M. Châtel

7. Manual Práctico
-1995- -1997-
CIAT No. 246 CIAT No. 276
ISBN 958-9183-67-0 ISBN 958-9439-90-X
M. Châtel

8. Publicaciones por y con los colaboradores
-1997- -2000- -2003- -2005-
CIAT No. 267 EMBRAPA CIAT No. 337 FAO Publication
ISBN 958-9439-56-X ISBN 85-7437-007-X ISBN 958-694-061-9 TC/D/Y5843E/1/01.5/1500
M. Châtel

9. Evaluación
Selección
Recursos
Geneticos
Población Sintética
C0 , C 1 , C 2
Nuevas Lineas
Recombinación
Creación de variedades Mejoramiento poblacional

10. Mejoramiento poblacional en arroz en el CIAT
• 40 poblaciones registradas de 1995 a 2006
– indica, indica/japonica, japonica
– Base genética variando de estrecha a amplia (4-40 padres)
• Ecosistemas varios:
– Tierras bajas tropicales, tierras altas, favorable, non-favorable
– Templado tierra bajas, secano, riego
– Mecanizado, manual
– Altitud alta, áreas costeras
• Poblaciones sintéticas de sitos específicos:
– Argentina, Chile, Cuba, France, Nicaragua, …
• Objetivos diversos:
– Potencial de rendimiento, tolerancia a suelos ácidos, tolerancia al frió,
tolerancia a enfermedades, cualidad de granos, precocidad, bio-fortificación
(Fe, Zn), …
(Châtel y Guimarães, 1997 publicacion CIAT)

11. Material lanzado a partir de las poblaciones de selección recurrente
Fuente de
Año Variedades lanzadas País Ecosistemas
población
2002 TioTaka Brazil - Santa Catarina Subtropical CNA-IRAT4
2005 ACD 25-28 Colombia - Tolima Riego PCT-16
Manual y
2006 Esperanza Bolivia - Santa Cruz PCT-4
mecanizado
2008 Líneas aromáticas France - Camargues Templado riego PCAQ-1
2009 Zafiro Chile Templado riego PQUI-1
Tierras altas
2009 Paya Bolivia - La Paz pequeños PCT-11
agricultores
Tierras altas
2009 Yara Bolivia - La Paz pequeños PCT-11
agricultores
2011 Línea aromática elite France & Chile Templado riego PCAQ-1

12. Poblaciones del CIAT (1995 – 2006)
Poblaciones Ecosistemas Objetivos Germoplasma
PCT-4, -5 secano Tolerancia suelos ácidos precocidad, resistencia a pyri Japonica
PCT-6, -7, -8 tropical tierras bajas Potencial de rendimiento Indica
GPCT-9 tropical tierras bajas Calidad de grano, resistencia a pyri y escaldo Indica*WC 232*5
PCT-11 tropical secano Adaptación suelos ácidos, calidad de grano Japonica
PCT-12 riego templado tierras bajas Tolerancia a frio, calidad de grano Japonica
PCT-13 secano tierras altas Tolerancia a frio, calidad de grano Japonica
PCT-14 riego templado tierras bajas Tolerancia a frio, calidad de gran, resistencia a pyri Japonica
PCT-15 secano Tolerancia a suelos acidos, precocidad, calidad de grano, Japonica
resistancia a pyri, a Tagosodes orizicolus, a Hoja Blanca
PCT-16 tropical tierras bajas Calidad de grano, resistancia a pyri, a Tagosodes Indica
orizicolus, a Hoja Blanca
PCT-17 secano tierras altas Calidad de grano, tolerancia a frio, resistancia a pyri, Japonica
PCT-18 tropical secano Tolerancia a suelos ácidos, calidad de grano, resistencia Japonica
a pyri, tolerancia a sequia
PCT-19, -20, -21 tropical tierras bajas Calidad de grano, potencial de rendimiento Indica
PCT-22, -23, -24 tropical tierras bajas Potencial de rendimiento Indica
PCTBF-1, -2, -3, -4 tropical tierras bajas Biofortificacion Fe y Zn Indica
PCTNIC-1 secano favorecido, sistema Precocidad, resistancia a enfermedades, calidad de Indica/Japonica
mechanizado grano
PCTNIC-2 secano, semi-mecanizado o Adaptación a bajo insumos, vigor, calidad de grano, Japonica
sistema manual potencial de rendimiento
PCTNIC-3 secano sistema manual área Adaptación a bajo insumos y radiación solar, tolerancia Japonica
Atlántica a suelos ácidos, resistencia a Hoja Blanca, calidad de
grano y potencial de rendimiento

13. Mejoramiento genético del arroz de secano
Desde final de los años 80 desarrollo de germoplasma para las condiciones
de sabanas
Las principales carácterísticas:
- Tolerancia a suelos acidos
- Tolerancia a enfermedades
- Precocidad
- Calidad de grano
- Rendimiento de grano
- Tolerancia a la sequia
Las principales poblaciones:
- PCT-4 y PCT-11

14. Mejoramiento genético del arroz de secano
Lineas selecionadas del ensayo de rendimiento (estacion experimental de La Libertad, Villavicencio, Colombia, 2000-02)
Rendimiento de grano (kg/ha )
Lineas
Año
PCT-4SA11
2000 2001 2002 Ave % O.Sabana 6 % CIRAD 409 % O.Sabana 10
>975-M-2-M-3 3644 3333 2924 3300 1.35 1.5 2.13
>975-M-2-M-2 3275 3480 2669 3141 1.28 1.42 2.03
>975-M-3-M-2 3215 3439 2580 3078 1.26 1.4 1.98
>975-M-3-M-3 3367 3081 2529 2992 1.22 1.36 1.93
>982-M-3-M-5 3277 3240 2388 2968 1.21 1.35 1.91
>975-M-3-M-4 3321 3179 2375 2958 1.21 1.34 1.91
>1479-M-1-M-3 3028 3477 2271 2925 1.19 1.33 1.89
>1479-M-1-M-5 3016 3444 2306 2922 1.19 1.32 1.88
>1036-M-6-M-2 2868 3647 2206 2907 1.19 1.32 1.87
>1479-M-1-M-6 3265 3300 2142 2902 1.18 1.32 1.87
Testigo
O. Sabana 6 2139 3226 1978 2448 - 0.9 0.63
Línea 30 (CIRAD 409) 2332 3531 749 2204 1.11 - 0.7
O. Sabana 10 1240 2770 641 1550 1.58 1.42 -
PCT-4SA11: Nomenclatura para poblacion PCT-4, un ciclo de RS para suelos acidcos
Châtel et al., 2008. Pesquisa Agropecuária Tropical, v. 38, n. 1, p. 1-5

15. Mejoramiento genético del arroz de secano
Calidad de grano de las mejores líneas y testigos (2000, 2001 and 2002)
Centro Blanco % Amilosa
Líneas Año
2000 2001 2002
PCT-4SA11>975-M-2-M-3 0.6 0.3 0.7 25.4
PCT-4SA11>975-M-3-M-3 0.5 0.3 0.6 26.4
PCT-4SA11>975-M-2-M-1 0.9 0.4 0.7 25
Testigo
Línea 30 (CIRAD/CIAT 409) 0.4 1 0.8 25.5
Oryzica Sabana 6 0.6 0.7 0.4 25.2
Oryzica Sabana 10 0.8 0.5 0.8 24
PCT-4SA11: Nomenclatura para poblacion PCT-4, un ciclo de RS para suelos acidcos
Châtel et al., 2008. Pesquisa Agropecuária Tropical, v. 38, n. 1, p. 1-5

16. Mejoramiento genético para tolerancia a sequia
Control de la variabilidad ambiental –
monitoreo de humedad de suelo
Evaluación de plantas S0
Imagen de temperatura foliar para selección Recombinación de las mejores
de líneas con eficiencia de transpiración bajo Ciclo de selección para tolerancia a sequía
estrés se sequia PCT-4/TEA/0/0

17. Mejoramiento genético del arroz de riego
Desde los años 2000 desarrollo de germoplasma para las condiciones de
riego
Las principales carácterísticas:
- Calidad de grano:
centro blanco
longitud de grano
temperatura de gelatinización
contenido de hierro y zinc
Las principales poblaciones:
- PCT-6 y PCT-8
- PCTBF-1, -3, -6, -8

18. Mejoramiento genético para contenido de hierro
Distribución del contenido de hierro en el grano pulido (mg/kg) de las familias
evaluadas en la población PCTBF-1 y PCTBF-3, en dos ciclos consecutivos
PCTBF-1 PCTBF-3
30 40
N 139 35 N 89
25
Ciclo 1 Mean 3.62 Ciclo 1 Mean 3.46
30
Std Deviation 0.44 Std Deviation 0.48
20 Normal 25 Normal
15 20
Fedearroz 50 15 Fedearroz 50
10
10
5
Percent
Percent
5
0 0
30 40
N 182 N 144
25 Mean 6.36 35 Mean 6.65
Ciclo 2 Ciclo 2 Std Deviation 0.57
Std Deviation 0.61 30
Normal Normal
20
25
15 20
10 15
10
5
5
0 0
2.55 3.15 3.75 4.35 4.95 5.55 6.15 6.75 7.35 7.95 8.55 2.2 2.6 3 3.4 3.8 4.2 4.6 5 5.4 5.8 6.2 6.6 7 7.4 7.8 8.2 8.6 9.0
Fe (mg/kg) Fe (mg/kg)

19. Mejoramiento genético para contenido de hierro
Reacción a estrés Calidad Grano Fe Zn
Pedigrí
Vg Bl1 Bl2 Bl3 Fl Ls BS NBl Gd Tag Clk Len Amy (mg/Kg)
PCTBF-8>58-3-1-4-1-3-1-1-1 3 3 2 1 83 3 3 3 1 3 0.2 L 25.2 7.03 13.90
PCTBF-8>59-4-3-1-3-1-1-1-2 3 3 2 2 85 3 3 3 1 3 0.2 L 29.3 6.85 16.78
PCTBF-6>39-4-3-1-3-1-1-2-2 3 3 2 2 85 3 3 3 1 3 0.2 L 28.0 6.43 16.02
PCTBF-6>81-3-1-5-1-4-1-1-2 3 3 2 2 87 3 3 3 1 3 0.2 L 28.0 5.96 15.51
PCTBF-3>53-3-1-1-1-2 3 5 5 4 87 3 3 3 1 1 0.4 L 25.8 5.41 16.83
PCTBF-3>53-3-1-1-1-1 3 5 5 4 87 3 3 3 1 1 0.2 L 24.3 4.98 18.69
PCTBF-1>4-4-1-2-2 3 3 2 1 90 1 5 3 3 3 0.4 L 24.0 4.31 13.34
Azucena 3 5 5 5 130 - 3 5 5 - - - - 4.60 20.60
Fedearroz 50 3 5 5 3 91 1 5 5 1 5 0.4 L 29.0 5.30 14.90
IR64 3 3 3 2 92 1 7 3 3 - 0.3 L 32.6 5.20 12.50
Vg = Vigor vegetativo, Bl = Piricularia en hoja, Fl = Días al 50% de floración, Ls = Escaldado de la hoja, BS = Helmintosporiosis,
NBl = Piricularia en cuello, Gd = Manchado de grano, Tag = Sogata, Clk = Centro Blanco, Len = Longitud de grano, Amy = Amilosa,
Fe (mg/kg) = Contenido de hierro en el grano, Zn (mg/kg) = Contenido de zinc en el grano

20. Mejoramiento genético del arroz de riego
Desarrollo de germoplasma para las condiciones de riego
Las principales carácterísticas:
- Potencial de rendimiento
Las principales poblaciones:
- PCT-8 recombinada con 15
materiales elites de FLAR y
Fedearroz

21. Mejoramiento genético del potencial de rendimiento
Constitucion de la población
Padres PCT-8 Nombre Pedigrí
Fuente Araure 3
esterilidad CNA IRAT 4/2/1 Centauro
Oryzica 3 Colombia 21
BG 989 Fedearroz 733
Perla Fedearroz 174 FL03174-8P-7-2P-2P-M
EL Paso 144 Fedearroz 60 FL03188-7P-5-3P-1P-M
B4353C-KN-7-0-0-2 RD2007/12 FL02764-3P-3-4P-2P-M-1P-F12
Oryzica Llanos 4 Linea elite FL03323-5P-11-1P-2P-M
PCT-8 (msms) para cruces simples y VF2005/9 FL04577-3P-11-4P-2P-M
retrocruces con padres elites VF2006/14 FL05372-7P-4-4P-2P-M
VF2007/215 FL06613-20P-2AI-2P-2P-M
VF2008/42 FL07175-1P-1-3P-3P-M

22. Mejoramiento genético del potencial de rendimiento
Porcentajes de participación de los parentales en la población
Nombre Pedigree Participación
PCT-8 CT 13426, CT 13427, CT 13428, CT 13429, CT 13430, CT 13431 0,250
Araure 3 0,028
Centauro 0,046
Colombia 21 0,065
Fedearroz 733 0,046
Fedearroz 174 FL03174-8P-7-2P-2P-M 0,046
Fedearroz 60 FL03188-7P-5-3P-1P-M 0,074
RD2007/12 FL02764-3P-3-4P-2P-M-1P-F12 0,037
Linea elite FL03323-5P-11-1P-2P-M 0,093
VF2005/9 FL04577-3P-11-4P-2P-M 0,056
VF2006/14 FL05372-7P-4-4P-2P-M 0,093
VF2007/215 FL06613-20P-2AI-2P-2P-M 0,093
VF2008/42 FL07175-1P-1-3P-3P-M 0,074

23. Uso de marcadores para la SR
Marcadores neutrales
• Cuantificación y manejo de la diversidad neutra in poblaciones de SR
• Estudio del DL en una población y definición de densidad de marcadores para estudio de
genética de asociación y selección genómica
• Identificación de los “hot spot” de recombinación
Marcadores funcionales
• Describir y usar la diversidad funcional en la poblaciones de SR
 Buscar alelos específicos dentro de poblaciones
Enriquecer una población para características de interés (SRAM)
Extraer líneas con características de interés
• Selección plantas estériles para recombinación
• Selección contra esterilidad macho en las líneas en desarrollo

24. Uso de marcadores para la SR – Diversidad Genetica
Percentages of Molecular Variance
Entre
poblaciones
Riqueza alélica y variabilidad genética (16 loci SSR) Among Pops
3%
3%
Pop N Na I Porcentaje de
PCT-4003 2-6 Media 3.188 0.717 variancia molecular
SE 0.379 0.107
PCT-4SA81 2-8 Media 3.250 0.719 Dentro Pops
Within de
97%
poblaciones
SE 0.496 0.101 97%
PCT-4SA21-Bo41 2-9 Media 3.688 0.804
0.6
SE 0.568 0.115
PCT-11002-Bo41 2-9 Media 3.500 0.706
SE 0.532 0.111 0.4
N = numero de alelos total por locus
Na = promedio de numero de alelos 0.2
I = índice de diversidad genética pop4
I pi ln pi pop4SA
0.0
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6 pop4SABo
pop11SABo
-0.2
-0.4
-0.6

25. Herramientas para la SR – Selección Genómica
0.6
Población de
0.4
Formación 2
0.2
0.0
-0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-0.2
-0.4
~ 400 S4 líneas de 4
poblaciones de SR
-0.6
Población de
Recombinacion de 30
Formación 1
lineas
Población
200 accessions de
de un Panel de Associacion Selección
Tropical Japonica
“An alternative to tracing a limited number of QTL with markers is to trace all the QTL.” Hayes, 2011

26. Herramientas para la SR – Selección Genómica
Colombia
CIAT
Philippines
IRRI
Heat
Población de
Formación 1 Rough
Montpellier
Hot
Root vigour
& architecture
phenotyping Base Temperature
200 accesiones
Tropical Japonica
Población
de Genotipos Fenotipos
Selección (1M SNPs) Drought
Modelo de Formación 1
200 S0 plantas fértiles
Selección Genómica
Genotipos sobre el genoma entero basada en los Valores Genómico
Estimados (VGEs) en los genotipos de la
Población de Selección

27. Herramientas para la SR – Selección Genómica
0.6
0.4
0.2
Población de 0.0
Formación 2 -0.6 -0.4 -0.2 0.0 0.2 0.4 0.6
-0.2
400 S1familias de 4 -0.4
poblaciones de SR -0.6
Población ~400 S4 lineas
de Genotipos Fenotipos
Selección (k SNPs)
Modelo de Formación 2
200 S0 plantas fértiles
Selección Genómica
Genotipos sobre el genoma entero basada en los Valores Genómico
Estimados (VGEs) en los genotipos de la
Población de Selección

28. Aplicación y validación de los modelos de SG
Panel de Asociación
Japonica Tropical Modelo de Formación 1
(200 accesiones), DL bajo
Potencial de Rendimiento
Tolerancia a Sequia
Genotipo
Población de Formación
Población sintética Modelo de Formación 2
(~400 S4), DL Medio
Población de Selección Potencial de Rendimiento
(200 S0), DL Medio Tolerancia a Sequia
Validación de Modelo*
Genotipo VGEs
Selección Genómica
* Validación de modelo a través de la correlación entre VGEs y los Valores Reales (VR)

29. Gracias a…
Los pioneros y sus seguidores;
Elcio Guimarães, James Taillebois, Marc Châtel, y
mucho mas en LAC
Los que apoyarons para las evaluaciones y las
actividades de manejo de poblaciones; Francisco
Rodriguez, Daniz Guzman, Rodrigo Salazar, Sory
Sanchez, Victor Hugo Lozano, Alain Audebert, …
Los que estan en el laboratorio para
genotipificacion; Constanza Quintero, Mabel
Velasquez, Yaneth Gutierrez, Yamid Sanabria
Los que piensan genoma entero; Nour Ahmadi,
Brigitte Courtois, Vi-Cao Tuong
Los co-autores, y los que quieren devenir
co-autores