Este documento describe los métodos utilizados en el pre-mejoramiento de recursos fitogenéticos. Explica que el pre-mejoramiento involucra la evaluación sistemática del germoplasma para características de valor agronómico antes de su uso en programas de mejoramiento. Luego resume proyectos como LAMP que evaluaron grandes colecciones de maíz de América Latina para adaptación y habilidad combinatoria. También resume la evaluación de frijol en CIAT para resistencia a plagas y enfermedades.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE AGRONOMIA TEMA: PRE - MEJORAMIENTO RECURSOS FITOGENETICOS PRESENTADO POR: SANABRIA QUISPE SAMUEL

2. PRE - MEJORAMIENTO La frecuencia del germoplasma que se utiliza en el mejoramiento genético es muy bajo, debido a las siguientes razones: El germoplasma no ha sido evaluado (existe la semilla pero no la información de su valor agronómico). Los caracteres que gobiernan la adaptación son muy complejos, difíciles de evaluar y seleccionar. En general, los métodos de mejoramiento son muy rígidos, requieren mucho tiempo y no permiten la incorporación de germoplasma una vez que la población básica que producen las variedades mejoradas ha sido formada. Los genes que se quieren transferir a las variedades o poblaciones adaptadas, están ligados (variedades nativas o especies relacionadas), a otros genes que desmejoran la variedad a mejorar, cuya eliminación es difícil y toma muchas generaciones. La semilla no esta disponible por la falta de procedimientos de acceso o por restricciones legales. Los métodos que se utilizan para solucionar esas limitaciones constituyen el Pre - mejoramiento. El germoplasma seria mas utilizado en el mejoramiento si fuese previamente evaluado. Por las características de valor agronómico. Para aquellas que gobiernan la adaptación a las condiciones limitantes de clima y suelo y la resistencia a las principales plagas y enfermedades.

3. ESTRATEGIA PARA FORMAR Y SELECCIONAR POBLACIONES HOMOGENEAS Y HETEROGENEAS POBLACIÓN Heterogénea Homogénea SELECCION NO RECURRENTE RECURRENTE HIBRIDACION MUTACION Perse Hibridación Selección SELECCIÓN Población Segregante Vigor Hibrido SELECCION SELECCION METODOS PRODUCTOS DE SELECCIÓN Línea Pura Clon Mezcla Líneas Línea Pura Hibrido Segrega Hibrido Estable Hibrido Variedad Mejorada

4. EL LIMITE ENTRE EL PRE – MEJORAMIENTO Y EL MEJORAMIENTO CONVENCIONAL. Cuando la Población es Homogénea: Hay dos posibilidades: la hibridación y la mutación. Los productos intermedios de la hibridación, la población segregante y los productos finales: Híbridos, líneas puras o mezclas de líneas, dependen de la calidad genética de los progenitores. Los progenitores pueden ser de la misma especie o de diferente especie. Cuando la Población es Heterogénea. El éxito depende de la variabilidad genética de la población base: La población base no solo debe ser variable. La frecuencia de genes favorables para la característica que se quiere mejorar debe ser suficientemente alta para que los genotipos superiores se recombinen. Si los productos de la selección son híbridos, en lugar de una sola población debe haber por lo menos dos poblaciones con buen nivel heterotico, para que los genotipos extraídos de una población tenga alta probabilidad de cruzar bien con los genotipos extraídos de la otra.

5. EL LIMITE ENTRE EL PRE – MEJORAMIENTO Y EL MEJORAMIENTO CONVENCIONAL. CUANDO LA POBLACIÓN ES HETEROGÉNEA. La selección de los progenitores y la obtención de progenies, desarrollo de progenies segregantes, son actividades muy costosas en tiempo y recursos, este proceso se denomina Pre - Mejoramiento. Si la población base va a servir para generar variedades adaptadas a condiciones limitantes de suelo y clima, lo mas probable que la frecuencia de genes para estas características seas baja. La selección intrapoblacional para elevar la frecuencia de genes favorables para esas características y la definición de l a metodología y técnicas para aplicar el estrés y hacer la evaluación, son actividades del Pre – Mejoramiento. En general los mejoradores trabajan con poblaciones básicas que casi no se modifican. De ellos se extrae los genotipos que se seleccionan. El énfasis se pone en los factores que afectan la ganancia de selección: intensidad de selección, varianza fenotípica y heredabilidad.

6. EL LIMITE ENTRE EL PRE – MEJORAMIENTO Y EL MEJORAMIENTO CONVENCIONAL. VARIABILIDAD GENETICA Existen muchos mecanismos que tienen las plantas para conservar la variabilidad genética especialmente en el caso de las alogamas. Se requiere métodos especiales basados en el conocimiento de los sistemas y formas de reproducción para liberar esa variabilidad. La modificación de los mecanismos normales de reproducción, ejemplo (uso de la heterosis al cruzar individuos genéticamente diferentes). El estudio y la evaluación de la diversidad genética tanto entre especies como dentro de especies, hace mas laboriosa los trabajos del mejorador (caso de la zona andina donde en pequeñas extensiones es necesario cultivar eficientemente varias especies).

7. EVALUACION SISTEMATICA La evaluación sistemática facilita el proceso, como por ejemplo: El proyecto LAMP, que evaluó el germoplasma de maíz de 12 países americanos. En los centro internacionales del CGIAR (Grupo Consultivo De Investigación Agrícola Internacional). se puso mas énfasis en la evaluación de plagas y enfermedades. Formación de la población base ejemplos de los centros de CGIAR. Integración de todo el germoplasma disponible en un numero manejable de poblaciones básicas, denominadas “pooles” , formadas con criterios de adaptación, usos y ciclo vegetativo CIMMYT. Utilización de especies relacionadas para formar la población base, caso de la papa en CIP. Formación de poblaciones básicas en generaciones segregantes de cruces intervarietales, en el caso del garbanzo en ICRISAT e ICARDA El uso de la mayor cantidad de diversidad disponible para el mejoramiento genético, en el caso de la formación de poblaciones de trigo en CIMMYT, yuca y frijol en CIAT. La formación de la población básica de habas para la zona andina. Es un caso de la necesaria complementación entre el centro internacional y los programas nacionales para facilitar la adaptación de las poblaciones en ecorregiones especificas, como la zona andina.

8. EVALUACION SISTEMATICA En programas con menos capacidades y menos disponibilidad de germoplasma foráneo se puede usar los compuestos raciales en el caso de las alogamas y las mezclas varietales en el caso de las autogamas.. Cruces Interespecificos; son cuatro casos: La poliploidización en papa. La manipulación de la ploidía en banano. Uso de especies silvestres en tomate y frijol. Pre – Mejoramiento, Vía Domesticación de Plantas Silvestres. La mayoría de especies que se utilizaran en el futuro están todavía por domesticarse. Ejemplo la domesticación de dos especies arbóreas, por el Centro Internacional De Investigación de Agroforesteria (ICRAF).. Métodos Modernos Para Obviar la Producción de Semillas Sexuales en Cruzamientos Interespecificos. Son tres técnicas que pertenecen al campo de la biotecnología. Cultivo de células. Fusión de células. Transgénesis o ADN recombinante. La selección asistida por marcadores, usada ahora frecuentemente en mejoramiento genético se analiza para explorar la posibilidad de usarla en pre mejoramiento.

9. EVALUACION DEL GERMOPLASMA DE MAIZ DE LATINOAMERICA Para utilizar eficientemente las grandes aéreas agrícolas (contra los varios factores que la marginan). La orientación de la evaluación del germoplasma de maíz en Latinoamérica, estuvo enfatizada para adaptarla al medio ambiente. CARACTERES EVALUADOS EN LAMP. Por su Importancia Económica: La prolificidad, precocidad, altura de planta y mazorca, susceptibilidad al acame y al quebramiento del tallo, y el grado de macollamiento. Por la Diversidad de Usos y Preferencias: Aspecto y sanidad de la mazorca, tipo de grano. Todos esos caracteres se evaluaron en todas las accesiones y en todas las localidades. Con el material selecto se evaluó, en etapas avanzadas, la habilidad combinatoria, requisito indispensable para usar la heterosis.

10. SITUACIONES QUE DIFICULTAN LA EVALUACION SISTEMATICA DEL GERMOPLASMA Numero generalmente muy alto de accesiones. Falta de metodologías apropiadas para evaluar caracteres que gobiernan la adaptación (tolerancia a factores adversos de clima y suelo, resistencia a plagas y enfermedades). Los caracteres que condicionan la adaptación a ciertos ambientes, como la resistencia a plagas y enfermedades, y la tolerancia a factores de clima y suelo deben ser evaluados en las localidades donde se presentan los factores limitantes (generalmente lugares alejados y aislados). Errores en el muestreo, errores humanos en el registro de los datos, errores experimentales, efectos ambientales y de la interacción entre el genotipo y el ambiente hacen que los valores registrados sean distintos a los valores reales del germoplasma.

11. METODOLOGIA APLICADA POR EL LAMP PARA LAS EVALUACIONES DE LOS GERMOPLASMAS Metodología En la Primera Etapa. Las pruebas se hicieron con dos repeticiones en cada localidad, agrupando las colecciones por: Precocidad, morfología de la planta, o raza, para evitar competencia interparcelaria. Las parcelas fueron de 10 m2, donde se evaluó algunas características como: Floración y altura de la planta, (se hizo sobre plantas competitivas). En la Segunda Etapa. se sembró el 20% superior seleccionado en la primera etapa, en 2 localidades para controlar parcialmente la interacción genotipo ambiente. En algunos casos se probaron las accesiones superiores en 2 ambientes distintos dentro de una localidad. Los testigos fueron convenientemente dispuestos dentro de cada grupo o repetición y se usaron los diseños experimentales mas apropiados para controlar el error.

12. LOCALIDADES DONDE SE EVALUÓ EL GERMOPLASMA Ecológicamente muy variables desde: Sitios muy tropicales, como Turipaná en la costa Atlántica de Colombia. Sitios muy altos, como Jauja en el Perú, a 3300 msnm. Sitios desde los 41 grados de Latitud Norte en Ames, Iowa, hasta los 34 grados de Latitud Sur, en Santiago de Chile. Ejecucion del LAMP Primera Etapa: Se ejecuto en 32 regiones (1 localidad / región). Y las accesiones evaluadas en total fueron: 14847. Después de completar la primera etapa, el numero de accesiones se redujo a 2311. Segunda Etapa: Se ejecuto en 64 localidades, es decir, dos localidades dentro de cada región. Después de completar la segunda etapa el numero se redujo a 270 accesiones (accesiones superiores).

18. LOGROS DE LAMP Cada país selecciono las mejores accesiones adaptadas a cada una de sus regiones. Publicación de un catalogo con información de 12113 accesiones evaluadas en la etapa 1, y de 2794 accesiones selectas evaluadas en la segunda etapa. En cada región se han identificado las accesiones que cruzan mejor con los probadores que se utilizan en la formación de híbridos. Se han detectado nuevos patrones heteroticos, y se ha definido las áreas de adaptación del germoplasma de altura de Latinoamérica. Se ha precisado el concepto de raza con 2 factores discriminantes: el patrón heterotico, y la adaptación. Se regenero el germoplasma superior, cerca de 3000 accesiones, y se tiene suficiente semilla fresca de las 268 accesiones superiores.. Se ha definido los criterios para que cada país escoja las accesiones para hacer una colección núcleo. Asimismo se potencio a cada país para que maneje su propia colección activa. En las AHs 2, 3, 4 se experimento con las dificultades de evaluación por tolerancia a factores adversos de clima y suelo, y resistencia a plagas y enfermedades. Sin embargo se hicieron notables avances en la selección para la tolerancia al frio, resistencia a plagas (Heliothis zea), enfermedades (Fusarium moniliforme) y virosis. Los resultados de LAMP incentivaron e uso de germoplasma foráneo, caso USA por ejemplo.

19. EVALUACION DEL FRIJOL EN CIAT PARA RESISTENCIA A PLAGAS Y ENFERMEDADES En la década del 80 se caracterizo al frijol, donde se evaluó 27 características morfológicas y agronómicas. El color del grano recibió mayor importancia por estar muy ligada a la preferencia de los consumidores. Se ha caracterizado el 100 % de las accesiones para color de grano. La mayoría son blancos, rojos, negros o cremas. Las colecciones no son homogéneas con relación al color: El 35 % presenta mas de un color,. Mas del 50 % de las colecciones tienen granos con varios combinaciones de colores. Otro descriptor evaluado en casi el 100 % del germoplasma es el habito de crecimiento Por su importancia en la adaptación a las tecnologías de producción. Hay casi 10000 accesiones evaluadas para esas características. Actualmente, el CIAT mantiene la mayor colección mundial de frijol, cuenta con mas de 40000 entradas provenientes de 50 países. Siendo casi el 90 % de esas entradas de Phaseolus vulgaris.

20. EVALUACION DEL GERMOPLASMA DE FRIJOL PARA ENFERMEDADES Y PLAGAS (CIAT, 1982) Evaluación del Germoplasma para Resistencia a Enfermedades: CIAT, da énfasis a la resistencia horizontal. En el caso de la roya se ha encontrado mucha inestabilidad de la resistencia, así como una considerable interacción con localidades. Por lo tanto se están evaluando además de la reacción de la planta, los componentes de la resistencia horizontal como tamaño de la pústula, periodo de latencia, etc. Metodología: En campo con infestación natural, caso del virus del mosaico común (BCMV). En campo con inoculación artificial, para evaluar la roya y la antracnosis En invernadero con inoculación artificial, para la Bacteriosis común. Para el caso de la roya, y para el virus del mosaico dorado, CIAT ha organizado la evaluación a nivel internacional en pruebas especiales denominadas IBRN e IBGMV respectivamente, que se conduce donde la enfermedad es endémica.

21. EVALUACIÓN DEL GERMOPLASMA PARA RESISTENCIA A ENFERMEDADES: Logros: La roya y antracnosis, requiere inoculación artificial en campo, por eso es menor el numero de colecciones evaluadas para esas enfermedades. El virus del Mosaico común, no requiere inoculación artificial, por eso, todas las colecciones se han evaluado, donde muchas colecciones han demostrado resistencia aun en condiciones de ataques muy severo.. El germoplasma evaluado para resistencia sirve principalmente como progenitores para los programas de hibridación: caso del germoplasma evaluado para el virus del mosaico dorado: En los primeros años de trabajo de evaluación en el CIAT, toda la evaluación para la resistencia a este virus se hacia en las accesiones del banco; las resistes se usaron como progenitores. Actualmente menos del 10 % del material evaluado es germoplasma del banco; el resto es segregante y otros materiales de mejoramiento. Se dio difusión de los germoplasmas evaluados para integrarlos a los programas de mejoramiento que están produciendo materiales mejorados para los países productores de frijol.

24. EVALUACION DEL GERMOPLASMA DE ARROZ EN EL INSTITUTO DE INVESTIGACION EN ARROZ (IRRI) La diseminación de las variedades de arroz de tallo corto logro dio lugar a la revolución verde. Un solo gen recesivo proveniente de la variedad china Dee-geo-woo-gen, introducido a la variedad “Peta” de indonesia, dio lugar a la variedad IRB8, responsable del extraordinario incremento de rendimiento en muchos países Asiáticos y Latinoamericanos. Todas las variedades del IRRI tienen la variedad “Peta” como progenitor común: por ejemplo, las variedades creadas con un amplio rango de adaptación como IR 28 se han formando combinando fuentes de resistencia basadas en un solo gene. Para evitar el peligro que significa uniformizar el germoplasma mejorado a nivel mundial, IRRI ha organizado su programa de mejoramiento para hacer el uso de todo el germoplasma de arroz disponible. Énfasis del IRRI: Evaluación de muchas características en diferentes etapas del mejoramiento. Quince características morfológicas evaluadas rutinariamente así como cinco enfermedades, cinco plagas y varios problemas del suelo.

25. EVALUACION SISTEMATICA DEL IRRI El IRRI evalúa sistemáticamente el germoplasmas del banco donde conserva mas de 80000 accesiones de materiales genéticos muy diversos, que pueden ser: Especies silvestres, malezas, variedades primitivas, cultivares comerciales, cultivares modernos mejorados, variedades menores, materiales de mejoramiento, tipos esenciales, tipos obsoletos y mutantes. PROGRAMAS DE EVALUACIÓN EXTENSIVOS QUE USA EL IRRI Para Seleccionar Variedades Resistentes a la Pudrición Bacteriana (Xanthomonas oryzae). Gran porcentaje de accesiones del banco se ha evaluado para esta enfermedad. Las mejores accesiones sirven como progenitores que se cruzan entre ellos y con los mejores materiales del IRRI. Las evaluaciones comienza en la poblaciones segregantes en muchos cruzamientos múltiples. A partir de la F2 se distribuyen los mejores materiales a los programas nacionales de arroz para que puedan seleccionar los segregantes resistentes.

26. Para Seleccionar Variedades Resistentes a la Pudrición Bacteriana (Xanthomonasoryzae). El desarrollo de variedades con resistencia estable es un problema muy difícil que se esta resolviendo con cooperación internacional, para lo cual se ha implementado el vivero internacional de Pyricularia (IRBN), de manera de determinar la estabilidad de la resistencia contra muchas razas de Pyricularia en todo el mundo.

27. EVALUACION DEL MANÍ EN ICRISAT (Instituto Internacional de Investigación en Cultivos para los Trópicos Semiáridos) El ICRISAT 2000, esta buscando fuentes de resistencia para dos de las principales enfermedades. El virus de la roseta del Maní (GRV). La mancha foliar temprana (Cercosporaarachidícola). Evaluacion para resistencia a essas dos enfermedades en dos campos de Malawi (Sudeste de Africa): Mas de 4000 accesiones de Arachishypogaea y 80 accesiones de otras especies de Arachis. Se evaluo la incidencia y severidad en el estado de llenado de vaina y en la madurez. Se identificaron 35 fuentes de resistencia para Cercosporaarachidicola, 30de sudamerica, principalmente de Perú y Bolivia. Once accesiones de Arachis silvestres fueron muy resistentes. La incidencia del virus GRV fue casi 100 % en la mayoria de los genotipos probados. Sin embargo hay especies silvestres que mostraron alta resistencia. Cruzamientos entre plantas resistentes y suceptibles a GRV mostraron que la resistencia esta gobernada por dos grandes genes recesivos complementarios.

28. FORMACION DE LA POBLACION BASE RECOMBINACION Y SELECCIÓN