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117
CARACTERIZACIÓN MOLECULAR DE 50 GENOTIPOS DE PAPA SOLANUM TUBEROSUM MEDIANTE LA TÉCNICA DE MICROSATÉLITES, DE LOS CUALES 2 SON VARIEDADES COMERCIALES QUE PRESENTAN ALTO GRADO DE SENSIBILIDAD A TECIA SOLANIVORA Y 48 ACCESIONES QUE PRESENTAN ALGÚN GRADO DE RESISTENCIA A ESTE INSECTO PLAGA, PARA ASÍ IDENTIFICAR CUÁLES SON LOS MÁS CONTRASTANTES A NIVEL MOLECULAR PARA QUE PUEDAN SER UTILIZADOS COMO PARENTALES EN PROGRAMAS DE MEJORAMIENTO GENÉTICO. LADY MARCELA CASTAÑEDA URREGO Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Profesional en Biología. Director VICTOR MANUEL NUÑEZ ZARANTES Investigador Líder Laboratorio de Genética Molecular Vegetal Centro de Biotecnología y Bioindustria Corpoica UNIVERSIDAD DEL TOLIMA FACULTAD DE CIENCIAS PROGRAMA DE BIOLOGÍA IBAGUÉ-TOLIMA 2013

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CARACTERIZACIÓN MOLECULAR DE 50 GENOTIPOS DE PAPA SOLANUM TUBEROSUM MEDIANTE LA TÉCNICA DE MICROSATÉLITES, DE LOS CUALES 2 SON VARIEDADES COMERCIALES QUE PRESENTAN ALTO

GRADO DE SENSIBILIDAD A TECIA SOLANIVORA Y 48 ACCESIONES QUE PRESENTAN ALGÚN GRADO DE RESISTENCIA A ESTE INSECTO PLAGA,

PARA ASÍ IDENTIFICAR CUÁLES SON LOS MÁS CONTRASTANTES A NIVEL MOLECULAR PARA QUE PUEDAN SER UTILIZADOS COMO PARENTALES EN PROGRAMAS DE MEJORAMIENTO GENÉTICO.

LADY MARCELA CASTAÑEDA URREGO

Trabajo de grado presentado como requisito parcial para optar al título de Profesional en Biología.

Director VICTOR MANUEL NUÑEZ ZARANTES

Investigador Líder Laboratorio de Genética Molecular Vegetal

Centro de Biotecnología y Bioindustria Corpoica

UNIVERSIDAD DEL TOLIMA

FACULTAD DE CIENCIAS PROGRAMA DE BIOLOGÍA

IBAGUÉ-TOLIMA 2013

4

ADVERTENCIA

La Facultad de ciencias de la Universidad del Tolima, el director del trabajo y el jurado

calificador, no son responsables de los conceptos ni de las ideas expuestas por el autor

del presente trabajo.

Artículo 16, Acuerdo 032 de 1976 y Artículo 29, acuerdo 064 de 1991, Consejo

Académico de la Universidad del Tolima.

5

La autora LADY MARCELA CASTAÑEDA URREGO, autoriza a la Universidad del

Tolima la reproducción total o parcial de este documento, con la debida cita de

reconocimiento de la autoría y cede a la misma universidad de los derechos

patrimoniales con fines de investigación, docencia e institucionales, consagrados en el

artículo 72 de la Ley 23 de 1982 y las normas que lo constituyan o modifiquen.

ACUERDO 0066 DE 2003 DEL CONSEJO DE LA UNIVERSIDAD DEL TOLIMA LADY MARCELA CASTAÑEDA URREGO

Autora

6

DEDICATORIA.

A Dios.

A mis padres.

Mis hermanos y amigos.

A Beto.

A todas las personas que de una u otra forma me apoyaron.

7

AGRADECIMIENTOS.

A la naturaleza…Por permitirme ver en ella la obra de Dios.

A mis padres por la paciencia y la constancia.

A mis hermanos por el entusiasmo.

A mis amigos por su colaboración y buenos deseos

A mis compañeros de laboratorio por enseñarme…y por los buenos momentos,

especialmente a Linda

A Víctor Núñez por darme la oportunidad de trabajar en este proyecto y por su inmensa

paciencia.

A CORPOICA por su apoyo logístico.

8

CONTENIDO

RESUMEN.

Pág.

ABSTRACT.

INTRODUCCIÓN.

18

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

20

2. OBJETIVOS. 22

2.1. OBJETIVO GENERAL. 22

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

22

3. JUSTIFICACIÓN.

23

4. MARCO TEÓRICO. 25

4.1. ORIGEN DE LA PAPA. 25

4.1.1. Clasificación taxonómica. 25

4.1.2. La planta de papa. 26

4.1.3. Flores. 27

4.1.4. Fruto. 28

4.1.5. Tubérculos. 29

4.2. EL CULTIVO DE LA PAPA EN EL MUNDO. 31

4.3. EL CULTIVO DE LA PAPA EN COLOMBIA. 32

4.4. COLECCIÓN CENTRAL COLOMBIANA DE PAPA (CCC). 32

4.5. POLILLA GUATEMALTECA TECIA SOLANIVORA

(LEPIDOPTERA: GELECHIIDAE).

33

4.5.1. Clasificación taxonómica. 33

4.5.2. Ciclo de vida. 34

9

4.5.2.1. Huevo. 35

4.5.2.2. Larva. 35

4.5.2.3. Pupa. 37

4.5.2.4. Adulto. 37

4.6. LA POLILLA GUATEMALTECA Y EL CULTIVO DE LA

PAPA.

39

4.7. RESISTENCIA DE LAS PLANTAS A LOS INSECTOS. 40

4.8. MARCADOR GENÉTICO. 41

4.9. MARCADORES MOLECULARES. 42

4.10. MICROSATÉLITES O SSR (SHORT SEQUENCE

REPEATS).

43

4.11. ESTADO DEL ARTE. 44

4.12. ANÁLISIS DE AGRUPAMIENTOS EN LAS ACCESIONES

OBJETO DE ESTUDIO.

46

4.12.1. Diversidad genética. 46

4.12.2. Heterocigosidad. 47

4.12.3. El índice de diversidad de Shannon y Wiener. 48

4.12.4. Uniformidad. 49

4.13. OBTENCIÓN HÍBRIDOS DE SOLANUM TUBEROSUM. 49

4.13.1 Ventajas de los cruces entre tetraploides.

5. METODOLOGÍA: MATERIALES Y MÉTODOS. 51

5.1. LUGAR DE ESTUDIO. 51

5.2. MATERIAL VEGETAL. 51

5.3. EXTRACCIÓN DEL ADN. 51

5.4. CUANTIFICACIÓN DEL ADN. 53

5.5. DILUCIONES DE TRABAJO. 53

5.6. 5.7.

SELECCIÓN DE MICROSATÉLITES

CONDICIONES DE PCR.

53

54

5.8. ELECTROFORESIS EN ACRILAMIDA. 56

5.9. PREPARACIÓN DE LA ACRILAMIDA. 56

10

5.10. LIMPIEZA Y ARMADO DE LA CÁMARA. 56

5.11. PREPARACIÓN DEL GEL DE POLIACRILAMIDA. 57

5.12. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS. 57

5.13. TINCIÓN DEL GEL. 58

5.14. DETERMINACIÓN DEL PESO DE LAS BANDAS CON

GENETOOLS.

59

5.15. OBTENCIÓN DE LA MATRIZ DE DATOS BINARIA. 59

5.16. ANÁLISIS DE CONGLOMERADOS. 59

5.17. ANÁLISIS DE AGRUPAMIENTOS EN LAS ACCESIONES

OBJETO DE ESTUDIO.

61

5.18. MATERIALES PARA LOS CRUCES. 61

5.19. OBTENCIÓN DEL POLEN Y CONSERVACIÓN. 61

5.20. SELECCIÓN DE LA FLOR RECEPTORA. 62

5.21. POLINIZACIÓN. 62

5.22. OBTENCIÓN DE LA SEMILLA. 63

5.23. GERMINACIÓN IN VITRO. 63

5.24. PROPAGACIÓN IN VITRO.

64

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 65

6.1. EXTRACCIÓN Y CUANTIFICACION DEL ADN. 65

6.2. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA PCR. 69

6.3. ELECTROFORESIS EN ACRILAMIDA. 70

6.4. DETERMINACIÓN Y PESO DE LAS BANDAS. 71

6.5. ANÁLISIS CON NTSYS PC 2.1. 72

6.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS ACCESIONES

EVALUADAS.

75

6.7. OBTENCIÓN DE LOS CRUZAMIENTOS. 78

6.8. GERMINACIÓN IN VITRO Y PROPAGACIÓN.

79

7. CONCLUSIONES.

80

11

RECOMENDACIONES.

82

REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍCAS. 83

12

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Duración del ciclo de vida de la polilla guatemalteca

(en días).

35

Tabla 2. Parte de la planta de donde se sacó la muestra

para la extracción de ADN.

52

Tabla 3. Condiciones de PCR 54

Tabla 4. Temperaturas a las que se trabajaron los

microsatélites.

55

Tabla 5. Soluciones utilizadas en el proceso de tinción y

tiempos de exposición del gel a las mismas.

58

Tabla 6. Concentración y pureza de las muestras de ADN

extraído.

66

Tabla 7. Resultados de Heterocigosidad en Solanum

tuberosum

76

13

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1 Clasificación de la papa. 26

Figura 2 Planta de la papa. 27

Figura 3 Flor de la papa 28

Figura 4 Fruto de la papa 29

Figura 5 Tubérculo de la papa 30

Figura 6 Ciclo de vida de Tecia solanivora 34

Figura 7 Daño a tubérculo de la papa por la larva de Tecia

solanivora

37

Figura 8 Dispersión geográfica de la polilla guatemalteca en

el período comprendido entre 1973 y 1996

39

Figura 9 Flor sin corola 62

Figura 10 Flor emasculada 62

Figura 11 Cruce cubierto con bolsa de tul y debidamente

etiquetado

63

Figura 12 Visualización de la concentración de ADN extraído

en Gel de Agarosa al 2%.

65

Figura 13 Promedio de ADN obtenido según la parte de la

planta de donde se realizó la extracción

68

Figura 14 Promedio del Ratio OD 260/280 según la parte de

la hoja de donde se realizó la extracción.

68

Figura 15 Confirmación visual en Agarosa de la amplificación

por PCR del Microsatélite STMS 1024

69

Figura 16 Imagen de PCR corrida en gel de poliacrilamida.

Microsatélite STMS 2022.

71

Figura 17 Dendograma de la relación entre accesiones

utilizando el método de agrupamiento UPGMA.

74

Figura 18 Heterocigosidad Esperada y la Heterocigosidad

14

Esperada Corregida por Tamaño de Muestra. 76

Figura 19 Índice de diversidad de Shannon – Wiener. 77

Figura 20 Uniformidad de los alelos por Locus. 78

Figura 21 Planta F1 germinada y propagada in vitro. 79

15

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Concentracion ADN 92

Anexo B. Diluciones de trabajo 95

Anexo C. Protocolo PCRS 97

Anexo D. Tabla de similaridad de JACCARD. 99

Anexo E. Peso de las bandas amplificadas. 114

Anexo F. Códigos y especies de las accesiones 115

Anexo G. Microsatélites evaluados inicialmente para determinar si

presentan polimorfismos en Solanum Tuberosum.

116

16

RESUMEN.

Utilizando la técnica de marcadores moleculares microsatélites se caracterizaron 50

accesiones de Solanum tuberosum, de los cuales 48 genotipos en estudios previos

presentaron algún nivel de resistencia a la polilla guatemalteca Tecia solanivora en

bioensayos de Desarrollo Biológico de no Elección y Severidad y 2 genotipos

comerciales altamente susceptibles en campo y en los bioensayos. El análisis se

realizó con 7 microstatélites que resultaron polimórficos en Solanum phureja en el

estudio de Ospina (2008) y se obtuvieron 27 alelos con los cuales se alimentó una

matriz de datos binaria de presencia/ausencia. El análisis estadístico se realizó

utilizando el método de agrupamiento UPGMA (Weighted Pair Group Method Using

Arithmetic Average). Así mismo se realizaron cruces entre materiales susceptibles y los

genotipos resistentes buscando que fueran lo más divergente posible a nivel molecular

para incluirlos como parentales en programas de mejoramiento genético que buscan

ofrecer resistencia al insecto plaga Tecia solanivora.

Palabras clave: microsatélites, susceptibles, resistentes, Solanum tuberosum, Tecia

solanivora.

17

ABSTRACT.

Using the technique of molecular markers microsatellites were characterized 50

accessions of Solanum tuberosum, of which 48 genotypes in previous studies showed

some level of resistance to the Guatemalan moth bioassays Tecia solanivora in

Biological Development and Severity Election not and 2 commercial genotypes highly

susceptible field and bioassays. The analysis was performed with 7 microstatélites that

were polymorphic in Solanum phureja in Ospina's study (2008) and 27 alleles were

obtained which were fed a binary data matrix of presence / absence. Statistical analysis

was performed using the UPGMA (Weighted Pair Group Method Using Arithmetic

Average) clustering method. Also crosses were made between materials susceptible

and resistant genotypes looking to be as divergent as possible at the molecular level to

include them as parents in breeding programs seeking to provide resistance to insect

pest Tecia solanivora.

Key words: microsatellites, resistance, susceptible, Solanum tuberosum, Tecia

solanivora.

18

INTRODUCCIÓN

La papa es el cuarto cultivo de importancia a nivel mundial después del trigo, arroz y

maíz (FAO, 2008). La papa ocupa el quinto lugar en la producción agropecuaria

nacional con 2.272.770 toneladas producidas por año, una extensión de 123.659 ha y

un rendimiento de 18.37 t/ha, el consumo per cápita anual es alrededor de 70 Kg

(FAO, 2009). En Colombia se presenta una amplia gama de sistemas agroecológicos y

de sistemas de producción; la producción comercial de papa está localizada entre los

2000 y 3500 m.s.n.m., con una zona óptima de producción entre 2500 y 3000 m.s.n.m.

El rango de temperatura va desde 10°C hasta 15°C y el de precipitación entre 500 y

2500 mm / año. (Cevipapa, 1999).

Es el cultivo que más demanda fungicidas e insecticidas (Minagricultura, 1999) y es

atacado por gran variedad de enfermedades ocasionadas por nematodos, virus,

hongos, oomicetos y bacterias (Mosquera, 2006) y por plagas como el gusano blanco -

Premnotrypes vorax (Hustache)- y la polilla guatemalteca Tecia solanivora, la cual es

considerada actualmente uno de los insectos plaga de mayor importancia económica

en el cultivo de la papa en Colombia (Espinal el al , 2005); está presente en más del

80% de las zonas productoras de papa, con pérdidas significativas en la disminución en

los rendimientos anuales superiores al 30% (Bosa et al., 2005) y es incluso la más

delicada por el desconocimiento existente sobre su biología y estrategias de manejo

(Minagricultura, 1999).

Generalmente el control de Tecia solanivora se realiza por medio de aplicación de

insecticidas, sin embargo, las aplicaciones frecuentes de estos productos pueden

producir riesgos de neurotoxicidad -a las personas que la aplican ya que en muchos

casos no utilizan los elementos de protección personal y eventualmente a los

consumidores si no se respeta el intervalo previo a la cosecha estipulado en las

instrucciones de uso de los plaguicidas - por exposición aguda y crónica, impacto sobre

la entomofauna benéfica e invertebrados acuáticos, causar problemas de resistencia

del insecto y de contaminación irreversible en suelos por la formación de residuos no

19

extraíbles (Bosa & Osorio, 2008.) Además al existir problemas de sobredosificación se

comprometen las posibilidades de ampliar e incluso mantener mercados

(Minagricultura, 1999).

Debido a que la protección del cultivo por medio de agroquímicos es costosa y cada

vez hay mayores restricciones para su uso, el desarrollo de variedades resistentes es

la forma más razonable para reducir el problema ocasionado por plagas y

enfermedades (Mosquera T. , 2006). El primer paso en los programas de

mejoramiento genético es identificar materiales contrastantes en al menos una de sus

características, CORPOICA ya realizó una preselección de materiales al realizar

experimentos de Desarrollo Biológico de No Elección y Severidad del Daño donde se

seleccionaron materiales que presentaron algún grado de resistencia a Tecia

solanivora y dos materiales susceptibles comerciales. El paso a seguir es caracterizar

genéticamente a todas las accesiones, utilizando la técnica de los microsatélites se

puede encontrar cuales son más contrastantes y por lo tanto seleccionar de manera

confiable los progenitores que se incluirán en el programa de búsqueda de resistencia

genética a Tecia solanivora.

Una vez hallados los materiales más contrastantes se hace necesario hibridarlos para

evaluar en la progenie aquellos que contengan las características deseables, en este

caso el rendimiento del tubérculo comercial y la resistencia del tubérculo a Tecia

solanivora.

20

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

El cultivo de la papa es la principal actividad agrícola de las zonas andinas en

Colombia, la cual es desarrollada por cerca de 90.000 familias. Se caracteriza por ser

el cultivo que mayor demanda tiene en el país en fungicidas e insecticidas, el segundo

en fertilizantes de síntesis química, después del café; es un cultivo disperso, aislado, de

pequeños productores con limitado acceso a la tecnología. (Minagricultura, 1999). El

cultivo de la papa es atacado por gran variedad de enfermedades ocasionadas por

nematodos, virus, hongos, oomicetos y bacterias (Mosquera, 2006) y por plagas como

el gusano blanco Premnotrypes vorax (Hustache) y la polilla guatemalteca, Tecia

solanivora, la cual es considerada actualmente uno de los insectos plaga de mayor

importancia económica del cultivo en Colombia (Espinal el al, (2005) citados por

Rincon & García, (2007)) y el desconocimiento sobre su biología y estrategias de

manejo la hacen de gran importancia agronómica (Minagricultura, 1999). En Colombia

fue registrada por primera vez en 1985 en cultivos de papa de Chitagá (Norte de

Santander) donde las pérdidas ocasionadas en campo y almacén superaron el 50% de

la producción a finales de la década de los 80. Posteriormente, se propagó a Boyacá,

Cundinamarca y Antioquia, en donde se reportaron pérdidas hasta del 100% bajo

condiciones favorables a la plaga (Arias J. , 1997).

Para el manejo de esta plaga bajo condiciones de campo, sólo unos pocos insecticidas

químicos han sido aprobados por el Instituto Colombiano Agropecuario (ICA). Sin

embargo, las aplicaciones frecuentes de estos productos pueden producir riesgos de

neurotoxicidad por exposición aguda y crónica, impacto sobre la entomofauna benéfica

e invertebrados acuáticos, causar problemas de resistencia del insecto y de

contaminación irreversible en suelos por la formación de residuos no extraíbles (Bosa &

Osorio, 2008.) Además al existir problemas de sobredosificación se comprometen las

posibilidades de ampliar e incluso mantener mercados como el de exportación

(Minagricultura, 1999).

21

Como se expuso anteriormente, en el cultivo de papa, para el control tradicional de

Tecia solanivora se utilizan insecticidas que elevan los costos de producción, ponen en

riesgo la salud humana, contaminan el ambiente e inminentemente limitan el mercado

de exportación, debido al exceso de aplicación. Por lo tanto, se hace necesario buscar

alternativas que reduzcan los costos de producción, el impacto ambiental negativo y

los riesgos para la salud humana, una alternativa viable es desarrollar variedades

resistentes buscando genes que confieran resistencia entre el acervo genético que se

encuentra en los bancos de germoplasma; para hacerlo es necesario caracterizar,

identificar y por último introducirlos en variedades comerciales utilizando herramientas

biotecnológicas.

La evaluación fenotípica y caracterización molecular de genotipos que presentan algún

grado de resistencia al ataque de Tecia solanivora y de materiales altamente

susceptibles, puede arrojar información valiosa como base para la identificación

marcadores o genes asociados o relacionados a la resistencia para el establecimiento

posterior de esquemas de producción de variedades de interés comercial. En este

caso, los marcadores moleculares microsatélites resultan muy útiles para

caracterizaciones genotípicas de individuos y poblaciones, debido a sus características

de codominancia, reproducibilidad y alto polimorfismo. Con el desarrollo de este trabajo

se busca contribuir con la generación de información molecular de materiales

resistentes y susceptibles previamente evaluados por resistencia en condiciones de

laboratorio y casa de malla. Además se dio inicio a la conformación un grupo de

individuos F1 entre genotipos resistentes y susceptibles con el fin de sentar las bases

para futuras investigaciones en selección asistida por marcadores de ADN para

resistencia a Tecia solanivora.

Una vez obtenida la semilla F1 se debe evaluar si tienen el vigor híbrido que se está

buscando, si estos caracteres se encuentran suficientemente desarrollados en la F1 se

pueden reproducir por métodos asexuales para obtener un mayor número de plantas

con los caracteres deseados idénticos; de no ser así se puede recurrir a los retrocruces

para fortalecer alguna de las características presentes en los parentales.

22

2. OBJETIVOS.

2.1. OBJETIVO GENERAL.

Caracterizar molecularmente 50 genotipos de papa Solanum tuberosum

mediante la técnica de microsatélites, de los cuales 2 son variedades

comerciales que presentan alto grado de sensibilidad a Tecia solanivora y 48

accesiones que presentan algún grado de resistencia a este insecto plaga, para

así identificar cuáles son los más contrastantes a nivel molecular para que

puedan ser utilizados como parentales en programas de mejoramiento genético.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

Evaluar 48 genotipos de papa previamente seleccionados por resistencia a la

polilla guatemalteca Tecia solanivora y dos genotipos susceptibles comerciales

utilizando la técnica de microsatélites.

Determinar cuáles son los genotipos más contratantes a nivel molecular entre los

48 genotipos resistentes frente a los dos genotipos susceptibles comerciales

evaluados.

Generar cruzamientos entre los genotipos seleccionados en el segundo objetivo

específico para obtener plantas F1 como base para futuros estudios de mejoramiento

genético.

23

3. JUSTIFICACIÓN.

En la actualidad, en el Centro de investigación de CORPOICA Tibaitatá se encuentra la

Colección Central Colombiana de Papa que cuenta con 2.985 clones cultivados y

silvestres de papa y con ella se facilita el mejoramiento del cultivo de la papa en el

presente y el futuro, promoviendo el uso de genes valiosos que se encuentran en el

germoplasma silvestre y domesticado de la papa (Moreno & Valbuena, CORPOICA,

2006). Según Busso (1990) las bases genéticas son reducidas sobre todo en los países

tropicales y subtropicales donde se han utilizado cultivares europeos obsoletos como

progenitores de las variedades mejoradas.

Cuando se busca implementar programas de mejoramiento genético en especies

vegetales de alto interés agrícola, es de vital importancia conocer la variabilidad entre

especies y entre variedades de la misma especie. Para esto se hace necesario conocer

y entender la diversidad y estructura genética de las especies de interés. (Fonseca-

Trujillo, 2009). La caracterización varietal se realiza comúnmente a partir de la

utilización de un grupo de descriptores morfológicos (Cooke, 1995). Sin embargo la

expresión de estos descriptores es afectada en muchos casos por factores ambientales

y otros el número de descriptores de utilidad, es limitado (Rodriguez, Hernadez,

Delgado, & Cornide, 2005). Con la caracterización de los materiales de interés,

mediante la técnica de microsatélites se puede conocer el grado de polimorfismo y

determinar los más contrastantes para seleccionar de manera confiable los

progenitores que se incluirán en el programa de búsqueda de resistencia genética a

plagas, en este caso específico Tecia solanivora. Una de las formas más confiables de

obtener una variedad mejorada es la hibridación, cruzando dos variedades o especies

diferentes para conseguir reproducir en la descendencia, algunos de los caracteres

parentales; no obstante, con la hibridación se derivan también otros rasgos

indeseados, es por ello que tras la hibridación suele ser necesario realizar un proceso

de selección artificial durante varias generaciones, eliminando así aquellas plantas que

sostengan rasgos desfavorables para que predominen sólo los deseados, aunque el

24

alcance del presente trabajo llega únicamente hasta la obtención de plantas F1

obtenidas por cruzamiento entre las accesiones más contrastantes.

Este trabajo de grado es parte de la Meta 7 del Proyecto “Evaluación y Caracterización

de Materiales Genéticos Promisorios de la Colección Central Colombiana de Papa por

Resistencia a la Polilla Guatemalteca Tecia solanivora” que hace parte del Programa

Innovación Tecnológica en el Cultivo de la Papa a Través del Mejoramiento Genético

para Tolerancia a Insectos y Buenas Características de Procesamiento.

25

4. MARCO TEÓRICO.

4.1. ORIGEN DE LA PAPA.

Hasta el presente se reconocen 228 variedades silvestres y siete cultivadas. La

diversidad genética que tiene la papa en Colombia se expresa en un sinnúmero de

variedades que corresponden a las especies cultivadas Solanum tuberosum ssp

andigena y Solanum phureja. Sin embargo, solo unas 30 variedades entre las nativas

antiguas y las mejoradas genéticamente se explotan comercialmente según Cevipapa

(1999). Ñustez C. en 2010 elaboró un catálogo con variedades nativas y mejoradas

donde se incluyeron 24 variedades, cinco de las cuales son nativas.

4.1.1. Clasificación taxonómica.

Según Rodriguez (2009):

Existe controversia sobre la conveniencia de clasificar la papa como

varias especies, bajo la clasificación propuesta por Linneaus (1753) y

adoptada por el Código Internacional de Nomenclatura Botánica (ICBN-

International Code of Botanical Nomenclature), o como única especie con

diferentes grupos cultivados ubicados dentro de S. tuberosum, utilizando

la nomenclatura propuesta por el Código Internacional de Nomenclatura

de Plantas cultivadas(Icncp-International Code of Nomenclature of

Cultivated Plants) (Spooner y Hetterscheid, 2005). (p.25).

26

Para no confundir al lector en el presente documento se trabajará con la clasificación

de Hawkes (1990):

Figura 1. Clasificación de la papa.

Fuente: Rodriguez, 2009.

4.1.2. La planta de papa. La papa es una dicotiledónea herbácea con hábitos de

crecimiento rastrero o erecto, generalmente de tallos gruesos y leñosos, con

entrenudos cortos. Los tallos son huecos o medulosos, excepto en los nudos que son

sólidos, de forma angular y por lo general verdes o rojo púrpura. El follaje normalmente

alcanza una altura entre 0.60 a 1.50 m. Las hojas son compuestas y pinnadas. Las

hojas primarias de plántulas pueden ser simples, pero una planta madura contiene

hojas compuestas en par y alternadas. Las hojas se ordenan en forma alterna a lo largo

del tallo, dando un aspecto frondoso al follaje, especialmente en las variedades

mejoradas. (Pumisacho, 2002)

27

Figura 2. Planta de la papa.

Fuente: Pumisacho, 2002.

Las papas silvestres se mantienen por largos periodos debido al continuo rebrote de los

tubérculos. En contraste, las variedades cultivadas viven de cuatro a siete meses. Las

plantas provenientes de semilla sexual poseen un sistema radicular muy fibroso, con

raíz primaria, hipocotilo, cotiledones y epicotilo, a partir de los cuales se desarrolla el

tallo y el follaje. En cambio, las plantas de cultivo comercial se originan de un tallo

lateral que emerge de un brote proveniente de tubérculos usados como “semilla”. Las

raíces son adventicias. (Pumisacho, 2002)

4.1.3. Flores. Diversos factores climáticos, especialmente el fotoperiodo y la

temperatura, estimulan la floración. Las flores nacen en racimos y por lo regular son

terminales.

Cada flor contiene órganos masculino (androcéo) y femenino (ginecéo). Son

pentámeras (poseen cinco pétalos) y sépalos que pueden ser de variados colores, pero

comunmente blanco, amarillo, rojo y púrpura. Muchas variedades dejan caer las flores

después de la fecundación. La autopolinización se realiza en forma natural. En los

tetraploides la polinización cruzada es relativamente rara. (Pumisacho, 2002).

28

Figura 3. Flor de la papa.

Fuente: Pumisacho, 2002.

4.1.4. Fruto. El fruto de la papa es una baya pequeña y carnosa que contiene las

semillas sexuales. La baya es de forma redonda u ovalada, de color verde amarillento o

castaño rojizo. Posee dos lóculos con un promedio de 200 a 300 semillas. Cultivos

comerciales de papa pueden ser obtenidos a partir de híbridos provenientes de semilla

sexual, pero la semilla sexual se usa generalmente con propósitos de mejoramiento. En

la actualidad, los mejoradores esperan uniformizar la progenie con el fin de obtener una

papa con características determinadas (Pumisacho, 2002) y continúa diciendo:

La papa posee una serie de ploidias (múltiples pares de cromosomas, con

especies cultivadas desde el nivel diploide (2n=24 cromosomas), triploide

(2n=36), tetraploide (2n=48), pentaploide (2n=60) y hasta hexaploide

(2n=72) en las especies silvestres. Comúnmente las variedades nativas

del Ecuador (ej. Solanum phureja o Chaucha) son diploides, mientras que

las variedades cada vez más dominantes en el mercado son las

tetraploides, genéticamente mejoradas (p. 35).

29

Figura 4. Fruto de la papa.

Fuente: Pumisacho, 2002.

4.1.5. Tubérculos. Los tubérculos son tallos carnosos que se originan en el extremo del

estolón y tienen yemas y ojos. La formación de tubérculos es consecuencia de la

proliferación del tejido de reserva que estimula el aumento de células hasta un factor de

64 veces. El tejido vascular de los tallos, estolones y tubérculos toma inicialmente la

forma de haces bicolaterales, con grupos de células floemáticas de pared delgada en la

parte externa del xilema (floema externo) y hacia el centro en la parte interna del xilema

(floema interno). A medida que el estolón se alarga, el parénquima se desarrolla,

separando los haces vasculares de tal forma que el anillo vascular se extiende.

Mientras el tubérculo está en crecimiento, nuevos grupos de floema, incluyendo tubos

cribosos, células acompañantes y elementos del parénquima conductor, se forman.

Hidratos de carbono se almacenan dentro de las células del parénquima de reserva, de

la medula y la corteza en forma de gránulos de almidón con detalles característicos

(Pumisacho, 2002).

30

Figura 5. Tubérculo de la papa.

Fuente: Pumisacho, 2002.

La producción comercial de papa a través del mundo está prácticamente basada en la

propagación vegetativa. Se plantan los tubérculos y éstos producen nuevas plantas y

tubérculos que tienen un genotipo idéntico al de la planta madre. Sin embargo, el

sistema de multiplicación vegetativa no es ajeno a problemas, entre los cuales se

incluyen: la transmisión de enfermedades, el abultamiento, un radio de multiplicación

lento y la pudrición de los tubérculos de semilla (Redepapa, 2002).

Durante la etapa de tuberización se puede formar un gran número de tubérculos,

siendo generalmente dos a cuatro por cada tallo, los que logran un tamaño comercial.

Los tubérculos pueden cosecharse inmaduros, obteniéndose papas llamadas

comúnmente “nuevas” o “pelonas”, las cuales se caracterizan por presentar un

periderma (piel) suelto y muy delgado. En la medida que avanza la madurez, los

tubérculos continúan creciendo y van afirmando progresivamente su periderma; éste se

va engrosando y adquiriendo un color cada vez más oscuro. Este crecimiento continúa

aún después que el follaje comienza a amarillear, alcanzándose el máximo rendimiento

en cada planta cuando un 50% de su follaje se encuentra seco (Redepapa, 2002).

Los tubérculos habitualmente se desprenden de los rizomas durante la cosecha,

quedando en evidencia un fragmento corto remanente o una pequeña cicatriz en su

31

extremo proximal. En cada nudo existen normalmente tres yemas, las cuales se ubican

en las axilas de hojas escamosas existentes en áreas deprimidas del tubérculo; cada

yema representa un potencial tallo no desarrollados. Sus desventajas radican en el alto

desperdicio y tiempo de pelado, debido al grosor de la piel y a la profundidad de los

ojos, aspectos que afectan el rendimiento y la presentación del producto terminado.

Igualmente la variación del contenido de azúcares reductores y de materia seca limita

su rendimiento en línea. Los tubérculos pueden presentar una forma alargada,

redondeada u oblonga; su color, en tanto, puede ser blanco, amarillo, violeta o rojizo.

Están constituidos externamente por el periderma, las lenticelas, los nudos, las yemas

y, eventualmente, por un fragmento o una cicatriz proveniente de la unión con el rizoma

del cual se originaron. Internamente se distingue la corteza, el parénquima vascular de

reserva, el anillo vascular y el tejido medular (Redepapa, 2002)

4.2. EL CULTIVO DE LA PAPA EN EL MUNDO.

El sector mundial de la papa atraviesa grandes cambios. Hasta inicios del decenio de

1990, casi la totalidad de las papas se producían y consumían en Europa, América del

Norte y en los países de la antigua Unión Soviética. Desde entonces se ha producido

un espectacular aumento de la producción y la demanda de papa en Asia, África y

América Latina, donde la producción aumento de menos de 30 millones de toneladas a

principios del decenio de 1960 a más de 165 millones en 2007. En 2005, por primera

vez, la producción de la papa del mundo en desarrollo excedida el del mundo

desarrollado. China se ha convertido en el primer productor mundial de papa, y poco

menos de una tercera parte de todas las papas hoy se cosechan en China y la India

(FAO, 2008).

32

4.3. EL CULTIVO DE LA PAPA EN COLOMBIA.

El cultivo de la papa es la principal actividad agrícola de las zonas andinas en Colombia

desarrollada por cerca de 90.000 familias. Se caracteriza por el uso intensivo de

fertilizantes y plaguicidas, alta demanda de mano de obra rural no calificada (entre 110

y 120 jornales por hectárea), y por ser un cultivo disperso, aislado, de pequeños

productores con limitado acceso a la tecnología. En la actualidad se cultivan en

Colombia alrededor de 110000 hectáreas se reporta en el Año Internacional de la Papa

(2008) el cultivo de la papa participa con el 7,1% de la superficie sembrada en cultivos

transitorios y aporta cerca de 7,8% de la producción agrícola, generando alrededor de

69.000 empleos directos, principalmente en los departamentos de Cundinamarca,

Boyacá, Nariño y Antioquia. En 2009, el área sembrada de papa fue de 128.701

hectáreas con una producción de 2.272.772 toneladas y un rendimiento de 18,4 t/ha.

La participación departamental en la producción nacional se encuentra distribuida de la

siguiente manera: Cundinamarca 37,8%, Boyacá 26,3%, Nariño 16,4%, Antioquia

6,5%, Santander 5,6% y otros departamentos participan con el 6,4% (Osorio et al

2012)

4.4. COLECCIÓN CENTRAL COLOMBIANA DE PAPA (CCC).

La papa es el cuarto cultivo en el mundo en términos de rendimiento y, por lo tanto, hay

una demanda significativa de recursos genéticos para mejoramiento del cultivo. La

base genética mundial de la papa es mantenida por aproximadamente 25 bancos o

colecciones en el mundo. Estos bancos están ubicados en la zona andina y en otros

centros de origen de materiales nativos y silvestres situados en Europa y Norte

América. El número de accesiones en Latinoamérica es de aproximadamente 18.293,

en Europa de 28.942, en Norte América de 5.778 y en Asía de 2.693. Las colecciones

están compuestas especialmente de especies silvestres, formas primitivas o

variedades nativas, cultivares sustituidos, nuevos y otros tipos de materiales (Moreno &

Valbuena, 2006).

33

La colección de campo se regenera cada año en el Centro de Investigación de

Tibaitatá y está conformada por los siguientes grupos: subespecie andigena, 664

accesiones; subespecie tuberosum, 84 accesiones; especie phureja, 52 accesiones;

chaucha, 48 accesiones; variedades comerciales, 32; 4 accesiones provenientes de

colectas del departamento de Boyacá en 1999 y 31 accesiones de especies cultivadas

y silvestres: jungadifolium, flahaultii, stoloniferum, estradae, colombianum, etc. para un

total de 915 accesiones en tubérculo-semilla. Con respecto a la colección, en

condiciones de conservación, propagación, introducción y recuperación existen 962

accesiones conformadas de la siguiente manera: subespecie andigena, 704 colectas;

Solanum phureja, 100; subespecie tuberosum, 23; Solanum chaucha, 47; Solanum sp.

(resistentes a virus y gota), 31; clones del Centro Internacional de la Papa –CIP-, 26;

variedades comerciales, 10 (andigena x tuberosum); especies silvestres y cultivadas,

21 colectas (colombianum y estradae). Bajo la forma de semilla botánica se mantienen

1.604 accesiones en cuarto frío (5ºC) de especies cultivadas y 185 colectas de 11

especies silvestres, para un total de 1.789 accesiones con 273 materiales duplicados

en conservación a largo plazo (-20º C). (CORPOICA, 2006)

En la búsqueda de resistencia genética a la polilla guatemalteca (Tecia solanivora) en

la Colección Central Colombiana de Papa, se evaluaron 842 accesiones de la

colección, discriminadas de la siguiente manera: 639 de la subespecie andigena, 78 de

la subespecie tuberosum, 45 de la especie Solanum chaucha, 49 de Solanum phureja y

31 variedades comerciales. Como resultado se seleccionaron 60 genotipos de las

subespecies andigena y tuberosum en los que se constató resistencia moderada.

(CORPOICA, 2006)

4.5. POLILLA GUATEMALTECA TECIA SOLANIVORA (LEPIDOPTERA:

GELECHIIDAE)

4.5.1. Clasificación taxonómica. Orden: Lepidóptera

34

Suborden: Dystrisia

Superfamilia: Tineoideae

Familia: Gelechiidae

Tribu: Gnorimoschemini

Género: Tecia

Especie: Solanivora

4.5.2. Ciclo de vida.

Figura 6. Ciclo de vida de Tecia solanivora.

Fuente: Mendiburu, (2002). Tecia solanivora: patata-ekoizleen amesgaiztoa.

Recuperado de http://zientzia.net/artikuluak/itecia-solanivorai-patata-ekoizleen-

amesgaiztoa/

35

El ciclo de vida depende de la temperatura ambiental, tal como lo muestra la siguiente

tabla.

Tabla 1. Duración del ciclo de vida de la polilla guatemalteca (en días).

La Selva-

Antioquia

2200 msnm

Pamplona – Norte de

Santander

2287 msnm

Tunja –

Boyacá

2787 msnm

Temperatura (oC) 16 12-20 12-14

Humedad relativa (%)

78-83 78-83 44-58

Huevo 10 8-10 13-15

Larva 20 22 30

Pupa 20 15-18 23

Huevo adulto 50 45-50 66-68

Longevidad Adulto 20-25 20 20-25

Total 70-75 60-70 86-93

Fuente: La Polilla Guatemalteca de la papa (1998).

4.5.2.1. Huevo. Al principio su color es blanco crema, luego se tornan amarillentos

y cuando están próximos a eclosionar su coloración es grisácea; esto es debido a la

esclerotización de la cápsula cefálica de la larva, visible a través del corión. La forma

de los huevos varía ligeramente; tiende a ser ovoide cuando son puestos en forma

individual y un poco más redondeada cuando son colocados en grupo. La longitud

promedio de los huevos es de 0,53 ± 0,04 mm para el primer caso y 0,41 ± 0,04 de

ancho para el segundo (Torres, 1989) En campo se encuentran en grupos de 2 a 4 o

aislados, sobre las hojas bajeras de la planta, en el cuello de la raíz, base del tallo y

sobre el área de tuberización. En este estado duran de 8 a 10 días en condiciones

ambientales de laboratorio (CORPOICA, 1999).

36

4.5.2.2. Larva. Pasa por cuatro instares larvales; las larvas de primer instar son

muy pequeñas de color blanco transparente y cabeza de color marrón oscuro, penetran

en el tubérculo haciendo orificios casi imperceptibles; este estado es muy sensible a la

luz solar, al agua y a polvos finos que se le puedan pegar y envolver su cuerpo

ocasionando su deshidratación. Las larvas de segundo instar son de color blanco

crema y hacen minas superficiales en el tubérculo. Las de tercer instar se caracterizan

por tener una coloración crema. El estado larval de Tecia solanivora se caracteriza por

presentar puntos o máculas de color negro en cada segmento torácico y abdominal lo

que la diferencia de las larvas de Phthorimaea operculella, principalmente en los tres

primeros instares. La larva es el estado que causa el daño (a la papa) y solo se

alimenta del tubérculo, dejando los excrementos esparcidos por la galería y cuando

termina el cuarto instar abandona el tubérculo dejando el orificio de salida libre de

estos, a diferencia de Phthorimaea operculella. Bajo las condiciones climáticas de

Pamplona y en laboratorio este estado dura 22 días en promedio (CORPOICA, 1999).

Los estudios de las poblaciones de larva en el campo, de acuerdo al desarrollo del

cultivo, indican que es posible el ataque del tubérculo semilla, pero en menor

proporción que los producidos por la planta. También se encontró que la infestación de

larvas se inicia con la tuberización de la planta de papa y se va incrementando

conforme aumenta el peso fresco del tubérculo. Se observó que la especie coloniza el

cultivo especialmente por los bordes, distribuyéndose en una forma agregada.

Posteriormente, a medida que se desarrolla el cultivo y las poblaciones de polilla se

incrementan sin ningún control, el ataque avanza hacia el centro de la parcela; no

obstante, los bordes mantienen los mayores daños al final de la cosecha. Estos

tubérculos infestados representan focos de infestación, cuando son utilizados como

semilla (Torres, 1989). Una vez abandonado el tubérculo la larva busca el sitio de

empupamiento que puede ser el suelo, almacén, empaques, encima de los tubérculos,

dentro de las galerías, etc., disminuye de tamaño y conserva el color del cuarto instar.

Este estado dura de 2 a 3 días (CORPOICA, 1999).

37

Figura 7. Daño a tubérculo de la papa por la larva de Tecia solanivora.

Fuente: Mendiburu, (2002). Tecia solanivora: patata-ekoizleen amesgaiztoa.

Recuperado de http://zientzia.net/artikuluak/itecia-solanivorai-patata-ekoizleen-

amesgaiztoa/

4.5.2.3. Pupa. La larva se envuelve en un capullo de seda dentro del cual se

forma la pupa. A la parte externa del capullo se le adhieren partículas de suelo y otros

materiales que están a su alrededor formando el cocon pupal. En este estado pueden

durar de 15 a 18 días bajo las condiciones ambientales en Pamplona (CORPOICA,

1999).

4.5.2.4. Adulto. Cabeza, tórax y tégula marrón claro en las hembras. La coloración

de las palpas labiales es más oscura en los machos que en las hembras y las puntas

de las escamas varían de marrón a marrón grisáceo en la mayoría de los casos. Las

alas anteriores son amplias de color marrón oscuro en los machos a marrón claro

brillante en las hembras y con tres manchas o estigmas muy visibles. Las hembras en

38

especial, presentan un patrón de líneas longitudinales nítidas en el ápice del ala y

terminan en forma de manchas marginales más o menos desarrolladas. El margen

costal es notablemente marrón más oscuro especialmente en los machos, similar a la

banda axial que se alarga y amplía desde el tercer estigma hasta el ápice del ala,

dónde finaliza en la forma de un ocelo oscuro. En los machos las alas posteriores son

de un gris oscuro difundido con escamas negruzcas a lo largo del margen costal y

venas; en las hembras las posteriores son gris claro, con similar difusión negruzca. En

ambos sexos los pelos marginales varían entre negro y gris. El abdomen dorsalmente

gris grafito y blanquecino, con las líneas longitudinalmente paralelas de color marrón.

La longitud promedio de las alas anteriores es de 7,2 mm en los machos y 10,6 mm en

las hembras. Presenta un dimorfismo sexual notorio, tanto en tamaño como en

coloración. Las hembras son visiblemente más grandes, en la mayoría de los casos de

color marrón claro brillante con un patrón de tres estigmas y una línea longitudinal muy

marcada. La longitud promedio observada fue de 12, 73 ± 1,20 mm en las hembras y

11,80 ± 0,75 mm en los machos. La hembra se reconoce a su vez por el abdomen

ligeramente abultado, debido al contenido de huevos y por la forma cónica del final por

la salida del huevo. El macho presenta un abdomen más corto y espatulado (Torres,

1989).

Los adultos permanecen durante el día escondidos entre las hojas de las plantas en el

campo y entre los tubérculos, sacos o huacales en el almacén. Cuando perciben cierta

luz y son perturbados, buscan esconderse rápidamente, observándose su vuelo

errático y corto. La mayor actividad de la polilla, específicamente la sexual, se observa

entre 5 y 6 a.m. La hembra, presenta un período de preoviposición promedio de 2,81 ±

1,28 días. El período de oviposición de 11,25 ± 3,60 días con un rango de 7 a 23 días,

observándose que 90% de los huevos son puestos en los siete primeros días, con un

pico máximo de oviposición entre el quinto y sexto día: El promedio de huevos puesto

por hembra /día de 23,80 ± 5,44 con rango de 1-107, siendo la fecundidad promedio de

la hembra de 209,4 ± 63,50 con rango de 86-279 huevos y con un porcentaje de

fertilidad de 94,7 %. La longevidad promedio de los adultos apareados es de 15,68 ±

3,71 días en los machos y 20 ± 4,11 días en las hembras. El ciclo total de T. solanivora

39

bajo condiciones de laboratorio a 15,53 °C y 65,58% de humedad relativa, fue en

promedio de 94,17 días. Sin embargo, a temperaturas más altas el ciclo es menor: se

observó que a 20°C el ciclo es de 55,3 días y de 41,7 días en promedio a 25°C de

temperatura constante. Por el contrario, a temperaturas más bajas el ciclo se alarga

(Torres, 1989).

4.6. LA POLILLA GUATEMALTECA Y EL CULTIVO DE PAPA.

La polilla guatemalteca es originaria de Centro América y llegó a América del Sur en

1983 en una importación de semilla de papa hecha por Venezuela, la cual fue

sembrada en la zona papera del estado de Táchira en límites con Colombia,

Posteriormente se reportó en 1985 en el municipio de Chitagá. Dicho municipio es el

principal productor de papa de la región Nororiental colombiana, además de ser el

principal productor de semilla para los Santanderes, motivo por el cual su diseminación

fue muy rápida en esta área. En 1990 fue reportada en el altiplano Cundiboyasence a

donde posiblemente fue llevada en sacos de fique usados por los comerciantes para el

empacado de semilla, luego apareció en Antioquia, Nariño y el vecino país de Ecuador

mediante la comercialización de semilla (CORPOICA, 1999).

Figura 8. Dispersión geográfica de la polilla guatemalteca en el período comprendido

entre 1973 y 1996.

Fuente: ICA, FEDEPAPA 1998.

40

Tecia solanivora es considerada una de las principales plagas del cultivo de la papa en

Colombia. En cerca de once años logró dispersarse por las zonas productoras de papa

causando pérdidas económicas anuales superiores al 20% en los departamentos de

Norte de Santander, Boyacá, Cundinamarca, Antioquia y Nariño (CORPOICA, 2006).

El daño económico lo causa la larva, la cual, una vez que eclosiona se orienta hacia el

tubérculo, raspa su superficie y penetra debajo de la epidermis y luego barrena más

profundamente hasta formar galerías dentro del tubérculo. El ataque puede ocurrir

tanto en campo como en almacén, constituyendo en este último caso un verdadero

problema para los agricultores. Las pérdidas oscilan entre un 20-50% en los países

centroamericanos y puede llegar al 100% si no se ejerce ninguna acción de control

(Alvarado et al 1992-1993).

4.7. RESISTENCIA DE LAS PLANTAS A LOS INSECTOS.

En el sentido más amplio, resistencia de la planta es definida por Teetes (1996) como

“la consecuencia de las cualidades heredables de la planta que resultan en que una

planta sea relativamente menos dañada que una planta sin esas cualidades” (Plant

Resistance to Insects: A Fundamental Component of IPM. Recuperado de

http://ipmworld.umn.edu/chapters/teetes.htm). En términos agrícolas prácticos, un

cultivar de un cultivo resistente a un insecto es uno que rinde más que un cultivar

susceptible cuando se enfrenta a la invasión de un insecto plaga. La resistencia de las

plantas es relativa y se basa en la comparación con plantas que carecen de los

caracteres de resistencia, es decir, las plantas susceptibles (Teetes, 1996). Plantas e

insectos llevan alrededor de 350 millones de años coexistiendo, durante este gran

lapso de tiempo han desarrollado diferentes tipos de interacciones (Gatehouse, 2002).

Las interacciones incluyen casos benéficos para las plantas como la polinización y

dispersión de semillas, pero otras veces son perjudiciales cuando las plantas son

atacadas por insectos herbívoros (Dicke y Van Poecke, 2002). Una manera sencilla

que la plantas utilizan para evitar ser comidas es ser tóxicas o menos palatables

41

(Pasteels, 2007). De esta forma las plantas han logrado desarrollar un extenso conjunto

de defensas químicas que son efectivas reduciendo drásticamente el ataque de

insectos, enfermedades y plagas en general. La activación de respuestas de defensa

específicas requieren reconocimiento eficiente del agresor, conversión de la señal

percibida y transmisión de estas señales, para dar lugar al comienzo de reacciones

apropiadas contra el enemigo (Walling, 2009).

Las estrategias que las plantas han desarrollado para defenderse ellas mismas contra

insectos fitófagos y nemátodos incluyen: las defensas que están constitutivamente

presentes como barreras físicas, y por medio de mecanismos de defensa que son

inducidos en el ataque como fitoquímicos ( Van Poecke, 2002).La defensa inducida

contra insectos herbívoros se activa al empezar el ataque y consta de dos

componentes: la defensa directa, con la producción de químicos que actúan como

toxinas o disuasorias para la alimentación (Kessler & Baldwin, 2002), y la defensa

indirecta, con la producción de una mezcla de volátiles que atraen a los enemigos

carnívoros de los herbívoros (Takabayashi y Dicke, 1996).

4.8. MARCADOR GENÉTICO.

Inicialmente los mapas genéticos consistían en una representación gráfica de la

ordenación y ubicación de los genes en cada cromosoma. Sin embargo actualmente se

incluyen en estos mapas no solo genes, sino otras regiones del DNA, de modo que

para englobar a ambos se emplea el término marcador genético; el papel de marcador

genético puede desempeñarlo cualquier característica física o molecular del ADN que

difiera entre individuos y sea detectable en el laboratorio para poder seguir su patrón de

herencia como marcadores genéticos , por tanto, se incluyen tanto regiones que forman

parte de un gen (marcadores génicos) como segmentos no codificantes (marcadores

no génicos). La gran mayoría de marcadores genéticos en los mapas actuales son

marcadores no génicos (Luque & Herraez, 2001).

42

Blanco et al (2007) definen un marcador genético como una secuencia de ADN con un

componente variable que permite identificar diferencias entre individuos y que puede

ser localizado en una posición concreta del genoma. Al componente variable de los

marcadores genéticos se le denomina polimorfismo. A cada una de las variantes de un

marcador genético se le llama alelo. Cuando un individuo tiene dos alelos iguales se

dice que es homocigoto para ese marcador genético y cuando tiene dos alelos

diferentes se dice que es heterocigoto.

Existen tres tipos de marcadores genéticos: Los primeros son los marcadores

morfológicos, el primer tipo de marcadores que fueron utilizados. Se consideran

marcadores morfológicos a los caracteres de un individuo que se expresan en un

ambiente específico y que se identifican, generalmente para estimar la variación

morfológica existente en una población. Sin embargo, hay varias limitaciones para su

uso, entre ellas la influencia del ambiente en que se desarrollan y que solo se pueden

identificar y medir en individuos completos o adultos Universidad Veracruzana (2005).

El segundo, según Collard et al (2005) citado por Ospina, (2008) se refiere a los

marcadores bioquímicos, los cuales incluyen variantes alélicas o enzimas llamadas

isoenzimas, que son detectadas por la diferencia en carga eléctricas mediante

electroforesis y el tercer tipo son los marcadores ADN, los cuales revelan sitios en la

variación del ADN. Un marcador molecular, entonces, es cualquier fenotipo molecular

originado de la expresión de un gen o de segmentos específicos de ADN que puede

ser detectado y heredado. La desventaja de los marcadores morfológicos y

bioquímicos es que se encuentran limitados por la influencia de factores ambientales o

por el estado de desarrollo de la planta.

4.9. MARCADORES MOLECULARES.

Los marcadores moleculares están constituidos por fragmentos de ADN de diferentes

tamaños, pueden ir desde pequeñas secuencias hasta grandes segmentos que pueden

contener algún gen, aunque no es relevante que contengan o no secuencias

43

codificantes (Cubero, 2003). Las principales ventajas de este tipo de marcadores con

respecto a los otros son:

Se pueden detectar variaciones con mínimas cantidades de material.

Pueden detectarse en cualquier estado de desarrollo, incluyendo el mismo

embrión.

Se distribuye a lo largo de todo el genoma. Esta característica es muy importante

para facilitar la construcción de mapas.

Entre estos marcadores los hay de carácter dominante y codominante.

No presentan epistasis ni pleitropía.

El número de variaciones entre individuos o polimorfismo es enorme.

La principal desventaja radica en el elevado costo dado que se requieren equipos de

laboratorio complejos y reactivos costosos. Los principales marcadores moleculares

son los siguientes: RFLP (Restriction Fragments length polymorphism), RAPD

(Random Amplified Polimorphic DNA), AFLP (Amplified Fragment length

polymorphism), SCAR (Sequence Characterised Amplified Region), SST (Sequence

Tagged Sites), microsatélites: STMS (Sequence Tagged Microsatellite Sites) y SSR

(Short sequence Repeats) (Cubero, 2003).

Los marcadores de ADN revelan diferencias entre individuos de la misma especie o de

diferentes especies; estos marcadores son llamados polimórficos, mientras que

aquellos que no discriminan entre genotipos se denominan monomórficos. Los

marcadores polimórficos pueden ser codominantes o dominantes. Los marcadores

codominantes son aquellos que discriminan los homocigotos y heterocigotos mientras

que los dominantes no discriminan (Collard et al, (2005) citado por Ospina, (2008)).

4.10. MICROSATÉLITES O SSR (SHORT SEQUENCE REPEATS).

Se basan en ADN, generalmente de un máximo de 100 pares de bases, formado por

secuencias repetidas de di a penta nucleótidos, por ejemplo (CA)8, (TCC)5 o (GACA)4.

44

Una vez localizados tales secuencias cortas de ADN, que son frecuentes en el

genoma, se secuencian las zonas que las flanquean y se construyen, a partir de estas,

cebadores que debido a los extremos serán de secuencia única, y debido al fragmento

repetido entre ellos, podrán aparearse a numerosos puntos del genoma, generando

innumerables loci. Los alelos de un mismo locus son secuencias con distinto número

de copias del motivo (GA, CAC, ATC, etc.) repetido; la combinación de numerosos loci

con innumerables alelos hace que el total de microsatélites sea ilimitado. El número de

polimorfismos a que dan lugar es muy elevado con ventajas sobre RAPD y AFLP: son

codominantes, de alta reproducibilidad y dan lugar a puntos fijos de mapa. Son ideales

para la identificación varietal (Cubero, 2003).

Los microsatélites además de ser extremadamente polimórficos (variables entre los

individuos) poseen una herencia mendeliana simple. Esto significa que para cada locus

todo individuo posee dos alelos, uno heredado de la madre y otro del padre. Los

descubridores de esta metodología consideraron que estos patrones serían

prácticamente específicos para cada individuo y los denominaron DNA fingerprint -

huella digital de ADN- (Gisbert, 2005). Debido a que los SSRs pueden diferir en unos

pocos pares de bases, el producto amplificado debe ser corrido usualmente en

poliacrilamida de alta resolución (Ospina, 2008).

4.11. ESTADO DEL ARTE.

Como ya se mencionó, el cultivo de la papa es de gran importancia y los cultivares son

atacados por diversos patógenos que elevan el costo de producción y causan

importantes pérdidas. Debido a que la mayoría de los rasgos deseables en un cultivar -

como producción, calidad y resistencia a enfermedades-, son controlados por genes

que pueden asociarse a marcadores moleculares, los Centros de investigación y

mejoradores de cultivos están utilizando estos marcadores en sus procesos de

selección de cultivares mejorados y élite (Collard et al, 2005).

45

En papa, al igual que en el resto de la plantas, la resistencia genética a patógenos

puede ser de dos tipos: la de hipersensibilidad (también llamada cualitativa,

monogénica ó vertical) es controlada por uno o unos pocos genes, por lo cual su acción

es muy específica y determina una clara incompatibilidad entre el hospedero y el

patógeno. Esto hace que la duración de la reacción incompatible sea limitada, por

cuanto se genera una presión de selección hacia genes de virulencia en el patógeno

que necesita sobrevivir y la resistencia es vencida cuando aparece o se selecciona

entre las existentes, una raza del patógeno que no encuentra barreras para

establecerse y alcanzar poblaciones altas. Este tipo de resistencia no es afectada por

condiciones ambientales por lo que su manifestación es plena y además es muy fácil

de incorporar a programas comunes de mejoramiento, por lo que es ampliamente

utilizada en estos procesos (Ospina, 2005).

En la resistencia horizontal, también llamada resistencia de campo, es un grupo de

genes los que rigen esta característica y por eso se le llama también resistencia

poligénica; el conjunto de genes participantes rigen diversos procesos fisiológicos en la

planta. Esto previene la pérdida de resistencia ya que el patógeno puede mutar uno o

varios genes al tiempo pero no todos a la vez, razón por la cual la RH es muy duradera.

Entre más rústica sea una variedad mayor es la RH, posiblemente desarrollada en un

proceso evolutivo de la planta, expuesta a muchos genotipos del patógeno. Cuando

una planta se somete a prolongados procesos de mejoramiento la RH se erosiona en

los cruces y retrocruces, conforme se estrecha la base genética. La RH confiere

resistencia contra todas las razas de un patógeno determinado permitiendo niveles de

daños muy leves que no amenazan la “convivencia” del hospedero y el patógeno,

lográndose así una menor presión de selección hacia nuevas razas. Las plantas con

resistencia RH pueden presentar lesiones pequeñas, poco inóculo, ciclos más largos,

etc., características que influyen directamente sobre la posibilidad de que la

enfermedad llegue a la categoría de epifitia. La RH es más influenciada por las

condiciones ambientales que pueden retardar o activar los genes según el estímulo

externo que reciba la planta. Desde el punto de vista genético este tipo de resistencia

es muy difícil de incorporar en variedades comerciales debido al gran número de genes

46

involucrados (Rivera, 1999). En papa se ha encontrado que 18 QTL contribuyen a

resistencia cuantitativa, aunque en cada caso solo actúan entre uno y cuatro QTL

(Mosquera et al, 2008).

En papa se han mapeado 20 genes de resistencia a virus, nematodos y oomicetos,

utilizando marcadores moleculares. La mayoría de estos genes R fueron introducidos

de especies silvestres. Otros genes de resistencia al nematodo de la agalla de la raíz,

Globodera pallida, patotipos Pa2 y Pa3, de S. spegazinii han sido y el gen R MC1, que

confiere resistencia a Meloidogyne chitwoodi, se localizó en el cromosoma XI. De los

20 genes R mapeados, catorce se encuentran en hot-spots para resistencia. Gebhardt

y Valkonen (2001) observaron que muchos genes R están organizados en clústeres de

genes de resistencia y que confieren resistencia a varios patógenos. A la fecha se han

identificado cinco clusters de resistencia:

• Los genes R1 (P. infestans), Rx2 y Nb (PVX), en la región proximal en el cromosoma

V.

• Los genes H1 y GroV1 (G. rostochiensis), en el brazo largo del cromosoma V.

• Los genes R3, R6, y R7 (P. infestans), en el brazo corto posición distal del

cromosoma XI.

• Los genes Ryadg (PVY), Naadg (PVA), RMcl (M. chitwoodi) y Sen1 (Synchytrium

endobioticum), en el brazo corto posición distal de cromosoma XI.

• Los genes Rx1 (PVX) y Gpa2 (G. pallida) (Gebhardt y Valkonen, 2001), en el brazo

largo posición distal del cromosoma XII. (Mosquera et al, 2008).

4.12. ANÁLISIS DE AGRUPAMIENTOS EN LAS ACCESIONES OBJETO DE

ESTUDIO.

4.12.1. Diversidad genética. Es la variación de los genes dentro de cada especie

y representa la variación heredable dentro y entre poblaciones de organismos.

47

Depende de las variaciones en la sucesión de los cuatro pares de bases nitrogenadas

que se constituyen el código genético induciendo así variaciones proteicas que pueden

derivar en cambios bioquímicos, morfológicos o de comportamiento que causan

diferencias en la tasa reproductiva, sobrevivencia o comportamiento individual

(Bioética, 2005)

La diversidad genética comprende la variación de los genes dentro de las especies

vivas. Cada ser vivo pertenece a una especie en particular, y una especie tiene muchos

individuos, que se diferencian genéticamente entre sí. La diversidad genética es

fundamental para que las especies se puedan adaptar a los cambios que ocurren en el

ambiente a través del tiempo (por ejemplo, en respuesta al enfriamiento de la Tierra

durante las épocas glaciares del pasado). Incluye a la variedad que existe dentro de

determinadas poblaciones de cada especie, como se observa en las muchas

variedades tradicionales de maíz que hay en los campos rurales de Mesoamérica, o en

los múltiples individuos de pino (Pinus occidentalis) en los bosques de coníferas de las

montañas de la República Dominicana. También cubre la variación genética de una

sola población como en el caso de una especie endémica conocida de un solo lugar.

La diversidad genética puede ser muy alta para una especie con amplia distribución en

un país continental como México o Brasil, mientras que tiende a ser muy baja en una

especie endémica, aislada en una isla de las Antillas Menores. Jardines botánicos y

otras colecciones ex situ como bancos de semillas también utilizan cada vez más las

medidas de diversidad genética para conocer la variedad biológica en sus colecciones

de especies raras, útiles, claves y amenazadas. (Kappelle, M. 2009).

La diversidad genética es típicamente descrita usando polimorfismos, promedios de

heterocigosidad y diversidad alélica (Frankham et al., 2004 en (Cusba, 2010)).

4.12.2. Heterocigosidad. La medida que, probablemente, sea más útil para

estimar la diversidad genética dentro de una población es la heterocigosidad (H), que

48

se define como el porcentaje promedio de loci heterocigóticos por individuo (o de

manera equivalente, el porcentaje medio de individuos heterocigóticos por locus).

4.12.3. Índice de Shannon y Wiener. Este índice, se usa en ecología u otras

ciencias similares para medir la biodiversidad. Este índice se representa normalmente

como H’ y se expresa con un número positivo, que en la mayoría de los ecosistemas

naturales varía entre 1 y 5. Excepcionalmente puede haber ecosistemas con valores

mayores (bosques tropicales, arrecifes de coral) o menores (algunas zonas desérticas)

(Ministerio del Interior y de Justicia, 2009).

La fórmula del índice de Shannon es la siguiente:

Donde:

S – número de especies (la riqueza de especies)

pi – proporción de individuos de la especie i respecto al total de individuos (es decir

la abundancia relativa de la especie. pi, se expresa de la siguiente manera:

49

Donde

ni – número de individuos de la especie i

N – número de todos los individuos de todas las especies

4.12.4. Uniformidad. Es un indicador de lo uniformemente que están distribuidos

los genotipos dentro de una población. Un valor de 1 en la uniformidad indica que todos

los genotipos tienen la misma frecuencia. (Brussel, 2009) La uniformidad se calcula

como:

4.13. OBTENCIÓN HÍBRIDOS DE SOLANUM TUBEROSUM.

En documento de la UNAD (2004):

“Cuando el cruzamiento es factible, los híbridos suelen mostrar mayor

vigor que los parentales, es decir que la hibridación se utiliza para

aprovechar la heterosis mejor que cualquiera de los métodos de mejora

utilizados hasta ahora, lo que da lugar a un mayor rendimiento” (p. 40)

Teniendo en cuenta lo anterior y en concordancia con el tercer objetivo específico de

este trabajo, se seleccionaron los materiales que presentaron un mayor contraste a

nivel genético y se hicieron cruces recíprocos entre ellos para obtener semilla F1.

50

4.13.1. Ventajas de los cruces entre tetraploides. No es recomendable hacer

cruces entre especies tetraploides debido a que la mayoría de ellas no puede ser

usada en cruzamientos directos, ya que por lo general las semillas presentan un

desarrollo anormal del endospermo (International Potato Center, 1990) dificultando el

desarrollo del embrión en medios naturales; sin embargo actualmente se puede recurrir

a técnicas como el cultivo in vitro tanto para germinar las semillas de la F1 como para

propagar las plántulas de interés y dado que la papa se propaga comercialmente como

tubérculo el cuello de botella se puede superar fácilmente y, al usar tetraploides no se

perdería la mitad de la información genética –como ocurre cuando se hacen cruces con

haploides obtenidos por cultivo de anteras- sino que se conservaría en su totalidad, lo

cual daría como resultado mayor diversidad en la F1, ya que el nivel tetrasómico se

considera de mayor potencialidad productiva que el disómico, precisamente porque

puede albergar mayor diversidad genética por locus, lo cual genera la posibilidad de

promover respuestas heteróticas no alcanzables en un nivel de ploidía menor

(International Potato Center, 1990).

51

5. METODOLOGÍA: MATERIALES Y MÉTODOS.

5.1. LUGAR DE ESTUDIO.

Los análisis moleculares se realizaron en el Laboratorio de Genética Molecular Vegetal

del Centro de Biotecnología y Bioindustria- CBB de la Corporación Colombiana de

Investigación Agropecuaria (Corpoica), Km 14 vía Mosquera.

5.2. MATERIAL VEGETAL.

Las 48 muestras presuntamente resistentes se obtuvieron de la Colección Central

Colombiana, que según bioensayos previos presentaron algún grado de resistencia a la

polilla guatemalteca Tecia Solanivora, y dos materiales comerciales altamente

susceptibles correspondientes a Parda Pastusa y Diacol Capiro.

5.3. EXTRACCIÓN DEL ADN.

Se tomaron hojas jóvenes disponibles de cada accesión, sin embargo de aquellas

accesiones de las que no se pudo obtener hojas jóvenes ni brotes se tomó cáscara de

tubérculo. La extracción del ADN se llevó a cabo mediante la técnica de fenol-

cloroformo modificada por CORPOICA en su “Protocolo de Extracción de ADN de

Especies Vegetales del Laboratorio de Genética Vegetal Molecular” CORPOICA

Tibaitatá. Código: IN-R-12. Versión: 1. Fecha de aprobación: 8/09/2009.

52

Tabla 2. Parte de la planta de donde se sacó la muestra para la extracción de ADN.

Registro Parte de donde se sacó la muestra

Registro Parte de donde se sacó la muestra

Registro Parte de donde se sacó la muestra

15060027 Hoja 15062152 Hoja 15062581 Hoja

15060121

Hoja 15062384 Hoja Parda Pastusa

Cáscara

15060191 Cáscara 15062387 Hoja 15061815 Hoja

15060303 Hoja 15062388 Hoja 15062060 Brote

15060907 Cáscara 15062391 Hoja Diacol capiro

Cáscara

15061202 Hoja 15062394 Hoja 15062500 Hoja

15061213 Cascara 15062395 Hoja 15062506 Hoja

15061235 Hoja 15062406 Hoja 15061648 Hoja

15061286 Hoja 15062407 Hoja 15061676 Hoja

15061287 Brote 15062419 Hoja 15062467 Hoja

15061290 Hoja 15062420 Hoja 15062497 Hoja

15061331 Hoja 15062427 Hoja 15062498 Hoja

15061333 Hoja 15062430 Hoja 15061604 Hoja

15061338 Hoja 15062443 Hoja 15061612 Hoja

15061340 Hoja 15062446 Hoja 15061630 Hoja

15061522 Hoja 15062453 Hoja 15062464 Hoja

15061539 Hoja

53

5.4. CUANTIFICACIÓN DEL ADN.

La cuantificación se realizó en el espectrofotómetro del Laboratorio de Genética

Molecular Vegetal. Se seleccionaron los siguientes parámetros: ADN de doble cadena,

dilución 1:50 y rango λ 260-280. El blanco utilizado fue H2O desionizada y destilada.

Cada 10 muestras leídas se realizó un lavado con ddH2O a la columna de cuarzo. Se

tomaron los datos de concentración en ng/µl y el Ratio de λ 280/260 los resultados se

muestran en el Anexo 1.

5.5. DILUCIONES DE TRABAJO.

Una vez conocidas las concentraciones del ADN obtenido se procedió a realizar las

diluciones de trabajo, que según el protocolo del laboratorio para la amplificación de

microsatélites deben ser de 10ng/µl. Para hacer el cálculo se utilizó la información del

Anexo 1 y la fórmula V1C1=V2C2 y se preparó un volumen final de 100 µl completado

con dH2O, Tal como lo muestra el Anexo 2. Posteriormente se realizó la confirmación

visual de las diluciones en gel de agarosa al 2%.

5.6. SELECCIÓN DE MICROSATÉLITES.

Se hizo una preselección de los microsátelites basándose en los 17 reportados por

Ospina (2008) que presentaron polimorfismos en Solanum phureja (Anexo 7) de éstos

sólo 7 presentaron polimorfismos en Solanum tuberosum y por lo tanto fueron los

seleccionados para buscar polimorfismos en las accesiones evaluadas en el presente

trabajo.

54

5.7. CONDICIONES DE PCR.

Las condiciones de PCR para los 7 microsatélites se muestran en la Tabla 3 y fueron

iguales para los microsatélites evaluados, exceptuando la temperatura.

Tabla 3. Condiciones de PCR.

Reactivo Concentración 1

Volumen 1

Concentración 2

Volumen 2

Volumen para 52 tubos

Buffer 10X 2µ 1X 20 µl 104 µl

MgCl2 50X 1µ 2.5 mM 20 µl 52µl

dNTPs 10 mM 0.4µ 0.2 mM 20 µl 20.8µl

Cebador forward

5mM 2µ 0.5 mM 20 µl 104 µl

Cebador reverse

5mM 2µ 0.5mM 20 µl 104 µl

Taq polimerasa

5U/µl 0.3µ 0.075 U/µl 20 µl 15.6 µl

ddH2O - 7.3µ - 20 µl 379.6

El volumen final de la reacción fue de20µl, para lo cual se agregaron 15µl del mix y 5µl

de ADN de interés a una concentración de 10ng/µl. El cálculo para el mix se realizó con

la fórmula V1C1=V2C2.

Las temperaturas a las cuales se trabajaron los microsatélites son las reportadas por

Ospina 2008 como se indica en la Tabla 4.

55

Tabla 4. Temperaturas a las que se trabajaron los microsatélites.

Marker Secuencia primer Tm (ºC)

STMS 2022

F GCGTCAGCGATTTCAGTACTA

R TTCAGTCAACTCCTGTTGCG

60

STMS 1024

F ATACAGGACCTTAATTTCCCCAA

R TCAAAACCCAATTCAATCAAATC

60

STMS

0051

F TACATACATACACACACGCG

R CTGCAACTTATAGCCTCCA

54

STMS 3009

F TCAGCTGAACGACCACTGTTC

R GATTTCACCAAGCATGGAAGTC

64

STMS 1049

F CTACCAGTTTGTTGATTGTGGTG

R AGGGACTTTAATTTGTTGGACG

60

STMS 0038

F AACTCTAGCAGTATTTGCTTCA

R TTATTTAGCGTCAAATGCATA

54

STMS 3016

F TCAGAACACCGAATGGAAAAC

R GCTCCAACTTACTGGTCAAATCC

64

Estos marcadores, reportados por Milbourne et al (1998) y Ghislain et al (2006), fueron

previamente probados en Solanum phureja por Ospina (2008) en el laboratorio de

Genética Vegetal Molecular de CORPOICA. Para este estudio, se realizó un ensayo de

reproducibilidad de los resultados de amplificación haciendo tres repeticiones por cada

microsatélite evaluado.

Antes de correr las muestras en el gel de acrilamida se confirmaron los productos

amplificados por PCR en agarosa al 2% con Bromuro de Etidio.

56

5.8. ELECTROFORESIS EN ACRILAMIDA.

Para la verificación del producto amplificado de SSR se realizó una electroforesis en

gel denaturante de poliacrilamida al 6% y 5M de urea, el cual tiene la ventaja de

poseer propiedades tales como trasparencia, elasticidad, porosidad controlable y

compatibilidad con una gran variedad de compuestos químicos que lo hace un

excelente medio de soporte para separaciones electroforéticas. Los geles de

poliacrilamida son el resultado de la polimerización del monómero de acrilamida y la

bis-acrilamida (N-N´ Metil- bisacrilamida) en presencia de persulfato de amonio y la

tetrametiletiléndiamina (TEMED). El persulfato de amonio activa el TEMED, el cual a su

vez activa al monómero de acrilamida para que polimerice. Las cadenas de

poliacrilamida son entrecruzadas al azar por la bis-acrilamida, formándose así una red

de porosidad uniforme (Switzer, 1999).

5.9. PREPARACIÓN DE LA ACRILAMIDA.

Se preparó inicialmente una solución de acrilamida al 30%, la cual contenía acrilamida

y N-N-Metil bis acrilamida en una relación de 19:1 respectivamente. La solución de

acrilamida al 6% 7M de urea se preparó adicionando 20ml de acrilamida al 30%; 42 gr

de urea y 20 ml de buffer TBE5X hasta completar un volumen de 100ml con agua

destilada desionizada.

5.10. LIMPIEZA Y ARMADO DE LA CÁMARA.

El lavado de los vidrios y la cámara de secuenciación Sequi-Gen 38x30 se realizó con

abundante agua y jabón líquido y luego se pusieron a escurrir. La cámara se limpió con

etanol al 70% tres veces dejando evaporar el exceso cada vez, luego se aplicó silicona

en espray y se esparció con una servilleta y se dejó secar. El vidrio se limpió con etanol

57

al 70% tres veces dejando evaporar el exceso cada vez, luego se le aplicó la solución

de pegado que contiene 1 ml de solución de ácido acético glacial 5% y etanol 95% y 1µ

de Bind Silane, se esparció sobre una cara del vidrio y se dejó secar, luego se retiró el

exceso con etanol al 70% y una servilleta limpia tres veces. Finalmente se armó la

cámara según las especificaciones de la misma.

5.11. PREPARACIÓN DEL GEL DE POLIACRILAMIDA.

En un vaso de precipitado que contenía 60ml de poliacrilamida se adicionó 100 µl de

TEMED y 500 µl de persulfato de amonio 10% (p/v). La solución se sirvió en la

cámara cuidadosamente con una jeringa de 100 ml dejando un poco de la preparación

en el vaso de precipitado para confirmar la polimerización. Posteriormente se sirvieron

30 ml de Buffer de corrido TBE 0.5X precalentado en la cubeta inferior de la cámara y

aproximadamente 1500 ml del mismo en la cubeta del gel. Se retiró el peine y se

limpió el frente de corrido disparándole un chorro del mismo buffer con una jeringa

suavemente para no dañarlo, se limpió el peine y se procedió a colocarlo con los

dientes hacia el gel y que penetraran aproximadamente 1mm en el. Luego se realizó

otra limpieza similar a cada pozo y se procedió a sembrar el buffer de carga 2X (95%

de formamida, 0.05% de azul de bromofenol y 0.05% de xilene cyanol) en pozos

intercalados para verificar el estado de los mismos y se puso a correr la fuente de

poder a 80W por 15 minutos a una temperatura no superior a los 45°C. Una vez

verificado que la cámara estaba corriendo correctamente se procedió a sembrar las

muestras.

5.12. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS.

A 20 µl de la muestra se le adicionaron 5µl del buffer de carga 2X. Las muestras se

denaturaron a 94°C en el termociclador durante 3 minutos y fueron transferidas al hielo

inmediatamente. Se sirvieron 2 µl de la muestra preparada de esta manera en cada

58

pozo y flanqueando cada extremo del gel se sembraron 2 µl de marcador de peso de

10pb. La duración de la electroforesis fue de 45 minutos aproximadamente bajo las

mismas condiciones de precorrido.

5.13. TINCIÓN DEL GEL.

Una vez terminada la electroforesis se procedió a retirar el vidrio con el gel de la

cámara de acrilamida y se realizó la tinción como de describe en la Tabla 5.

Tabla 5. Soluciones utilizadas en el proceso de tinción y tiempos de exposición del gel

a las mismas.

Solución Tiempo Composición

Fijadora 10 minutos 150 ml etanol absoluto

15 ml ácido acético

1335 ml ddH2O

Lavado de 1 minuto con ddH2O Oxidación 3 minutos 22,5 ml ácido cítrico

1477,5 ml ddH2O

Lavado de 1 minuto con ddH2O

Nitrato de plata 20 minutos 3 gramos de Nitrato de plata

1.8 ml formaldehido

1500 ml ddH2O

Lavado de 10 segundos con ddH2O

Revelado Hasta que aparezcan las bandas del

Marcador de Peso Molecular.

30 gramos carbonato de sodio.

540 ml formaldehido.

1000 ml ddH2O

Lavado de 1 minuto con ddH2O

59

Parada 4 minutos 75 ml ácido acético

1425 ml ddH2O

Lavado de 1 minuto con ddH2O

Se dejó secar el gel de un día para otro y se procedió a registrar las imágenes en un

escáner HP ScanJet XPA en formato .JPEG para ser analizadas posteriormente.

5.14. DETERMINACION DEL PESO DE LAS BANDAS CON GENETOOLS.

Para determinar el peso molecular de las bandas se comparó la movilidad de éstas en

el gel de acrilamida con el marcador de peso molecular de 10 pares de bases de DNA

Ladder de INVITROGEN, al cual se le asignó el peso molecular en su carril

correspondiente y por comparación el programa de Genetools determinó el peso de

todas las bandas presentes.

5.15. OBTENCIÓN DE LA MATRIZ DE DATOS BINARIA.

Una vez conocidos los pesos de las bandas se seleccionaron aquellas que presentaron

una mejor definición en el gel y que fueron reproducibles en las 3 repeticiones. Una vez

determinadas las bandas de interés se procedió a organizar los datos en una matriz

binaria donde 1 es presencia y 0 es ausencia. Los datos faltantes se consignaron como

333 según las especificaciones del programa. En las columnas se ubicaron a los alelos

y las accesiones en las filas.

5.16. ANÁLISIS DE CONGLOMERADOS.

Se procedió a utilizar los datos ingresados en el NTedit como datos de entrada y se

abrieron por medio del programa NTSYSpc 2.1 y se analizaron bajo los siguientes

parámetros:

60

SimQual: NTSYSpc 2.11L, (C) 2000-2002, Applied Biostatistics Inc.

Input parameters

Read input from file: C:\Users\Desktop\TESIS MARCELA\NTSYS\Datos

completos\Matriz de datos completa .NTS

Compute by: cols

Save results in output file: coeficiente de jaccard.NTS

Coefficient: J

Positive: 1.0000

Negative: 0.0000

Matrix type = 1, size = 27 by 50, missing value code = 333 (rectangular)

Dis/Similarity matrix (50 by 50) saved in file: coeficiente de jaccard.NTS

Para obtener el dendrograma se utilizaron los datos obtenidos y se corrieron con el

programa NTSYSpc 2.1 en el sub-menú CLUSTERING. Los parámetros para analizar

los datos fueron los siguientes:

SAHN: NTSYSpc 2.11L, (C) 2000-2002, Applied Biostatistics Inc.

----------------------------------------

Input parameters

Read input from file: C:\Users\Rodrigo Ivan\Desktop\TESIS MARCELA\NTSYS\Datos

completos\coeficiente de jaccard.NTS

Save result tree in output file: Dendograma.NTS

Clustering method: UPGMA

In case of ties: WARN

Comments:

SIMQUAL: input=C:\Users\Rodrigo Ivan\Desktop\TESIS MARCELA\NTSYS\Datos

completos\Matriz de datos completa .NTS, coeff=J

61

by Cols, += 1.00000, -= 0.00000

Matrix type = 3, size = 50 by 50, missing value code = "none" (similarity)

Results will be stored in file: Dendograma.NTS

** Warning - at least one tie found that can influence clustering **

5.17. ANÁLISIS DE AGRUPAMIENTOS EN LAS ACCESIONES OBJETO DE

ESTUDIO.

Se utilizó el software ATetra-Version 1.2a, diseñado específicamente para analizar los

datos de microsatélites que se obtengan a partir de especies o de especies

autotetraploides o alotetraploides con patrones de herencia inciertos o desconocidos.

Se calculó la heterocigosidad esperada, la heterocigosidad esperada corregida por

tamaño de la muestra, la diversidad de Shannon-Wiener y la uniformidad.

5.18. CRUZAMIENTO.

Para cumplir con el tercer objetivo de este trabajo se realiza el cruzamiento entre las

variedades Diacol capiro y la accesión 15060303, con el fin de confirmar si es posible el

cruce sexual entre dos papas tetraploides sin hacerla pasar por estado diploide y

evaluar la viabilidad de las semillas producidas. El material para los cruces fue cedido

por el Laboratorio de Manejo Integrado de Plagas que mantenían el material vegetal en

la casa de malla de CORPOICA. De acuerdo con el objetivo se realizaron cruces

recíprocos entre la Parda Pastusa susceptible y la accesión N° 15060303 resistente.

5.19. OBTENCIÓN DEL POLEN Y CONSERVACION.

Para obtener el polen se cortaron 15 flores por cada accesión. Se tuvo especial

cuidado en escoger aquellas que tenían anteras maduras y bien formadas. Se pusieron

62

en bolsas plásticas, se etiquetaron y posteriormente se llevaron al laboratorio donde se

les extrajo el polen por agitación con la ayuda de una aguja de disección. El polen se

recogió en papel aluminio, luego se guardó en un tubo eppendorf de 150 ml. Se

etiquetó y se llevó a congelación a -20°C hasta su utilización.

5.20. SELECCIÓN DE LA FLOR RECEPTORA.

Se escogieron flores que aún no estaban abiertas. Se les retiró parte de la corola y se

emascularon. Luego se sumergió el pistilo en un beaker con agua oxigenada para

determinar si estaba o no receptiva: si se producían burbujas se consideraba receptiva

y se seguía con el siguiente paso, si no se producían burbujas se eliminaba (Keans &

D.W, 1993).

5.21. POLINIZACIÓN

Cuando se seleccionaba una flor receptiva se polinizaba introduciendo el pistilo dentro

del tubo eppendorf con el polen hasta que quedaba completamente cubierto y luego se

realizó un suave masaje con la aguja de disección. Los primeros cruces se cubrieron

Fuente: El Autor.

Figura 10. Flor emasculada para facilitar la polinización artificial y evitar autofecundación.

Figura 9. Flor sin corola. Se pueden observar los estambres inmaduros aún.

Fuente: El Autor.

63

con bolsas de parafina, posteriormente se protegieron con bolsas de tul para evitar la

humedad excesiva.

Figura 11. Cruce cubierto con bolsa de tul y debidamente etiquetado.

Fuente: El Autor.

5.22. OBTENCIÓN DE LA SEMILLA.

Durante todo el proceso se mantuvieron cubiertos los cruces, al comienzo para

protegerlos y garantizar que no recibieran aportes de polen de otras flores y una vez

formados los frutos para evitar que cayeran al piso y se confundieran.

5.23. GERMINACIÓN IN VITRO DE LA SEMILLA OBTENIDA.

Debido al éxito en la obtención de la semilla se prosiguió con la germinación in vitro, la

cual se llevó a cabo en las instalaciones del laboratorio de Cultivo de tejidos Vegetales

de CORPOICA Tibaitatá. Las semillas obtenidas se desinfectaron en una solución de

hipoclorito de cloro al 0,5% durante 10 minutos y se lavaron con ddH2O tres veces y

luego se realizó un lavado con alcohol al 70 % durante 30 segundos seguidos por tres

lavados con ddH2O. Posteriormente se sembraron en medio M&S modificado. Los

64

procesos de desinfección y siembra se llevaron a cabo íntegramente dentro de la

cámara de flujo laminar para evitar la contaminación dentro de los medios.

Posteriormente se rotularon y se mantuvieron en la oscuridad durante 30 días.

5.24. PROPAGACIÓN IN VITRO.

Con el fin de aumentar el número de individuos por cruzamiento se realizó la

propagación de cada planta derivada de cada semilla, cuando las plantas alcanzaron

un tamaño aproximado de 4 cm. El proceso consistió en retirar las raíces y dejar

explantes de aproximadamente 1cm y sembrarlos teniendo en cuenta la dominancia

apical. Nuevamente se sembraron en medio M&S pero esta vez no se dejaron en la

oscuridad sino con el fotoperiodo que maneja el laboratorio de Cultivo de tejidos

Vegetales de CORPOICA Tibaitatá.

65

6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

6.1. EXTRACCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL ADN.

Según la confirmación visual en agarosa, todas las muestras mostraron buena cantidad

y calidad de ADN, lo cual concuerda perfectamente con el resultado obtenido en la

cuantificación por espectrofotometría tal como se muestra en la Tabla 6. Aunque el

protocolo de extracción utilizado es para muestras de hojas jóvenes, también funcionó

para muestras de brotes y cáscaras de tubérculo, confirmando lo dicho por Cubero

(2003) quien afirma que se puede trabajar con microsatélites incluso con poca cantidad

de material genético, aunque los mejores resultados respecto a la cantidad y calidad

del ADN se obtuvieron con muestras de hojas jóvenes, como era esperado.

Figura 12. Visualización de la concentración de ADN extraído en Gel de Agarosa al

2%.

Fuente: El Autor.

66

Tabla 6. Concentración y pureza de las muestras de ADN extraído.

Muestra Concentración ng/µl

Ratio

Explante

Muestra Concentración ng/µl

Ratio

Explante

15060027

1486.2 1.80

4

Hoja 15062384

708.86 1.79

8

Hoja

15060121

2107.2 1.78

8

Hoja 15062387

1295.7 1.71

3

Hoja

15060191

343.61 1631 Cáscara 15062388

1364.3 1.77

2

Hoja

15060303

2101.4 1.71

4

Hoja 15062391

1185.9 1.77

6

Hoja

15060907

370.61 1.58

7

Cascara 15062394

1335.7 1.75

5

Hoja

15061202

1181.9 1.73

0

Hoja 15062395

1381.6 1.78

5

Hoja

15061213

544.65 1.59

5

Cáscara 15062406

1727.7 1.75

0

Hoja

15061235

726.58 1.68

4

Hoja 15062407

1146.3 1.71

2

Hoja

15061286

1078.7 1.76

2

Hoja 15062419

1497.4 1.75

6

Hoja

15061287

725.27 1.75

7

Brote 15062420

1638.6 1.78

0

Hoja

15061290

1429.0 1.77

6

Hoja 15062427

1521.0 1.73

0

Hoja

15061331

1349.8 1.77

1

Hoja 15062430

1573.6 1.81

5

Hoja

5061333 1065.3 1.78 Hoja 1506244 1175.5 1.76 Hoja

67

2 3 0

1506133

8 908.24 1.76

2

Hoja 1506244

6 2445.4 1.78

2

Hoja

15061340

1161.1 1.77

1

Hoja 15062453

1387.1 1.68

9

Hoja

15061522

2017.5 1.77

1

Hoja 15062464

1724.4 1.73

3

Hoja

15061539

1509.8 1.78

4

Hoja 15062467

1206.8 1.56

6

Hoja

Muestra Concentración ng/µl

Ratio

Explante

Muestra Concentración ng/µl

Ratio

Explante

15061604

1299.3 1.64

2

Hoja 15062497

1386.7 1.63

8

Hoja

15061612

672.87 1.70

8

Hoja 15062498

805.04 1.04

0

Hoja

15061630

1446.2 1.75

3

Hoja 15062500

1347.6 1.73

2

Hoja

15061648

1023.3 1.75

0

Hoja 15062506

1410.6 1.79

6

Hoja

15061676

1447.0 1.74

6

Hoja 15062581

2096.7 1.79

2

Hoja

15061815

1618.8 1.76

4

Hoja Parda Pastusa

664.22 1.39

5

Cascara

15062060

670.13 1.72

3

Brote Diacol capiro

684.3 1,38

2

Cascara

15062152

1354.4 1.77

8

Hoja

69

Como se puede observar en la Figura 14 la calidad del ADN está relacionada con la

edad del tejido de la que ha sido extraído, se puede ver que tejidos jóvenes - hojas- y

en desarrollo –brotes- el Ratio OD 260/290 tiene un valor por encima de 1,7 rango que

es aceptado como indicador de una alta pureza y fiabilidad para su posterior análisis.

Valores por debajo de 1,5 o encima de 2.0 indican que el ADN está contaminado y su

análisis podría inducir a errores (Vitagenes, 2012). En contraste se observa que el

valor del Ratio para las muestras extraídas de cáscara de los tubérculos se aproxima a

1,5, probablemente debido a la presencia de otras sustancias como el almidón. Como

regla general un buen método de extracción debe mantener la integridad física y

bioquímica del ADN e incrementar sus rangos de pureza y concentración (Rocha,

2002).

6.2. REACCIÓN EN CADENA DE LA POLIMERASA PCR.

Los siete marcadores utilizados amplificaron en los 50 individuos evaluados,

independientemente del tejido de de donde se extrajo el ADN. Y se encontró que la

reacción de amplificación funcionó mejor en los tubos eppendorf que en placas de 96

pozos al evitar la evaporación de las muestras, lo que implica ahorro de tiempo y

reactivos.

Figura 15. Confirmación visual en Agarosa de la amplificación por PCR del

Microsatélite STMS 1024.

Fuente: El Autor.

70

M= Marcador de peso 1KB. L11= Control positivo. C- = Control negativo. 22, 42, 52 y

56 corresponden a las muestras experimentales15061340, 15062419, 15062498 y

parda pastusa. El marcador de peso en esta ocasión se usa como control positivo para

comprobar que la agarosa y la cámara de corrido estén funcionando de manera

adecuada.

6.3. ELECTROFORESIS EN ACRILAMIDA.

Las condiciones en las que se utilizó la acrilamida sirvieron para separar las bandas

amplificadas según su peso, incluso cuando las diferencias entre ellas fueran de menos

de 10 pares de bases, confirmando que los geles de poliacrilamida en vertical son el

método de elección más efectivo en la separación de pequeños fragmentos de ADN

desde 5 a 500 pb, los resultados de pesos de bandas se pueden observar en el Anexo

6.

En las indicaciones de uso de la cámara de electroforesis se recomienda retirar el

exceso de silicona de la cámara con tres limpiezas con alcohol al 70%, pero se

presentaban problemas de contaminación con Bind xilane por lo que se decidió no

retirar la silicona de la cámara de electroforesis y funcionó bien en varios aspectos: no

interfirió con el proceso de corrido; el gel no se pegó a la cámara quedando

íntegramente adherido al vidrio y como consecuencia la cámara se podía utilizar con

mayor frecuencia porque no se necesitaba el proceso de descontaminación que dura

24 horas y se ahorra en reactivos de limpieza.

71

Figura 16. Imagen de PCR corrida en gel de poliacrilamida. Microsatélite STMS 2022.

M= Marcador de peso de 10 pb.; C+= Control positivo y C-= Control negativo.

Fuente: El Autor.

6.4. DETERMINACIÓN Y PESO DE LAS BANDAS.

Para seleccionar los alelos se tomaron en cuenta factores como la reproducibilidad y

nitidez de las bandas. De los 7 SSRs se obtuvieron en total 27 alelos, lo cual arroja un

promedio de 3.85 alelos por locus a diferencia de los 9,86 encontrados por (Pérez,

2004), algunos marcadores arrojaron 6 ó más bandas pero sólo se tomaron en cuenta

las bandas con las mejores cualidades de reproducibilidad y lectura, además “el

número de alelos va a ser dependiente de la cantidad de individuos analizados, puesto

que aumenta la probabilidad de encontrar nuevos alelos que pudieran estar en una

frecuencia más bajas detro de una población” Pérez (2004), el promedio bajo de lelos

por locus también puede deberse a la intervención antropogénica, ya que como es un

cultivo de interés comercial la propagación es clonal por medio de tubérculos semilla. El

peso de las bandas osciló entre 62 y 190 pares de bases –ver el Anexo 6-, fragmentos

considerados pequeños en comparación con trabajos similares, como el de (Orona,

2006) donde los fragmentos oscilaban entre 150 a 850 pares de bases.

72

6.5. ANÁLISIS CON NTSYS PC 2.1.

Los datos se introdujeron en el NTedit y luego se abrieron con el programa NTSYSpc

2.1 y se analizaron bajo los parámetros ya mencionados en la metodología: La tabla de

resultados se encuentran en el Anexo 4 y el dendrograma obtenido se puede apreciar

en la Figura 17.

Como se puede apreciar en el dendograma, los marcadores utilizados en este trabajo

diferenciaron a 48 de los 50 individuos tratados cumpliendo así con el primer objetivo

específico de este trabajo, solo las accesiones 15062152 y 15062384 aparecen con

una similaridad del 100%, lo cual puede indicar una de tres posibilidades: que por error

humano sean una misma muestra marcada con códigos diferentes, que sean diferentes

accesiones pero que falten descriptores para diferenciarlas o que sean clones pero que

muestren diferencias en su fenotipo.

Las cincuenta accesiones tenidas en cuenta para este estudio se agruparon en siete

diferentes grupos, de los cuales sólo uno es homogéneo de la sub-especie Solanum

tuberosum ssp. andigena, el resto son heterogéneos; esto puede deberse a que existe

correlación entre sus ancestros y refleja afinidad en su pedigrí (Demeke et al,1996). La

variabilidad entre las accesiones es baja, si bien es lógico concluir que este resultado

se debe a que la papa es un cultivo de propagación mayormente clonal y por lo tanto la

variabilidad es menor que las especies que se propagan por reproducción sexual

(Barbosa & Bered, 1998) y sumado a esto que eran materiales pre-seleccionados que

cumplían la característica de presentar algún grado de resistencia a tecia solanivora, se

esperaba mayor variabilidad dado que es un planta originaria de los Andes y su cultivo

en esta zona se remonta a más de 7.000 años (CIP, 2006).El hecho de que la variedad

Diacol Capiro se desligara de los demás materiales es un indicador de la distancia

genética de este cultivar con el resto y que pudiera ser explotada en programas de

mejoramiento donde se incluya esta variedad como progenitor susceptible pero con

características comerciales deseables, de ésta manera se da cumplimiento al segundo

objetivo específico de este trabajo.Se debe considerar que la papa es una especie

73

tetraploide (4 juegos de cromosomas), por lo tanto se asume que en cada locus pueden

existir hasta cuatro alelos distintos, lo que da lugar a múltiples estados de

heterocigocis, como AAAB; AABB; AABC o heterocigotos completos ABCD (Thrall &

Young, 2000) por lo tanto no se puede afirmar que al visualizar una banda se esté

amplificando un solo locus: dos individuos pueden ser heterocigotos pero diferir en su

composición (por ejemplo A1A1A2A3 vs A1A2A3A4) y probablemente por esa misma

razón algunas bandas presenten resoluciones tan nítidas al revelarlas en el gel de

poliacrilamida si se toma en cuenta métodos de cuantificación cualitativa de ácidos

nucleicos.

74

Figura 17. Dendrograma de la relación entre accesiones utilizando el método de agrupamiento UPGMA.

Andígena Tuberosum ICA Huila Nueva San Pedro Corpoguata 1 ICA Morita ICA Nariño Boyacá Comerciales susceptibles

Fuen

te: E

l Aut

or.

6

5

4

3

2

1

7

75

Los resultados indican que la Parda pastusa comparte más características genéticas

con el resto de las accesiones que la Diacol Capiro que tiene una rama única en el

dendrograma con más del 50% de dis-similaridad con el resto de las accesiones

incluida la Parda Pastusa. Según estos datos sería más apropiado utilizar la Diacol

capiro como progenitor susceptible en los programas de mejoramiento genético que

buscan resistencia a Tecia solanivora, pues presenta diferencias en cuanto a

susceptibilidad al patógeno y polimorfismo molecular. Este resultado concuerda con la

búsqueda y confirmación de individuos contrastantes, tanto en fenotipo como en

genotipo para la generación de poblaciones F1 segregantes en relación la resistencia al

insecto.

Sin embargo los resultados obtenidos en este trabajo son sólo una hipótesis de cómo

son las relaciones filogenéticas entre las accesiones estudiadas (Knapp et al., 2004)

debido a que cada estudio utiliza diferentes descriptores puede darse el caso de

trabajos que apoyen los resultados obtenidos o que los refuten.

El ADN obtenido a partir de brotes y tubérculos sirvió para el objetivo de amplificar

marcadores microsatélites tipo SSR´s, lo cual puede ser empleado en estudios

posteriores cuando no se disponga de material de hojas jóvenes.

6.6. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE LAS ACCESIONES EVALUADAS.

El cálculo de la Heterocigosidad Esperada y la Heterocigosidad Esperada Corregida

por Tamaño de Muestra arrojó valores similares para todos los Locus, por lo tanto los

datos presentan alta confiabilidad. El resultado se puede apreciar en la Figura 18.

76

Figura 18. Heterocigosidad Esperada y la Heterocigosidad Esperada Corregida por Tamaño de Muestra.

Fuente: El Autor.

La heterocigosidad se encuentra en todos los Locus por encima del 0,55, lo cual indica

una alta heterocigosidad; en la Tabla 7 se puede observar datos de estudios similares.

Tabla 7. Resultados de Heterocigosidad en Solanum tuberosum.

Autor Año Técnica Tamaño de la muestra Valor

Huamán et al. 2000 ISOENZIMAS 306 accesiones 0,46 -0,52

Raker y Spooner 2002 MICROSATELITES 36 accesiones 0,51 – 0,57

Pérez 2004 2004 MICROSATÉLITES 273 accesiones 0,88

La diferencia entre el estudio actual y Huamán et al (2000) se debe a la diferencia entre

las técnicas utilizadas, pues se ha demostrado que los microstaélites tienen una mayor

capacidad de discriminar heterocigosidades (Coombs et al., 2004). En el estudio de

Raker y Spooner sólo se incluyeron 36 accesiones, a diferencia de las 50 del presente

77

estudio y las 273 de Pérez, lo cual puede indicar una relación directamente

proporcianal entre el tamaño de la muestra y el porcetaje de heterocigocis encontrado.

La alta hererocigosidad encontrada en papa puede atribuirse a su autoincompatibilidad,

la cual hace contrapeso a la reproducción asexual por medio de tubérculos y ha sido

clave en su supervivencia (NSF Potato Genome Project, 2004)

Figura 19. Índice de diversidad de Shannon – Wiener.

Fuente: El Autor.

Para cada Locus analizado el índice de Shannon-Wiener oscila entre 0,9 y 1,3 valores

considerados bajos y que dado que la heterocigosidad es alta puede deberse al

tamaño de la muestra. En cuanto a la Uniformidad se nota que las heterocigocis estan

uniformente distribuidas entre los locus.

78

Figura 20. Uniformidad de los alelos por Locus.

Fuente: El Autor.

6.7. OBTENCIÓN DE LOS CRUZAMIENTOS.

Se realizaron cruces recíprocos entre la Parda Pastusa y las accesiones 15060303 y

15061235 que fueron las más contrastantes, el único que llegó a producir semilla viable

fue el cruce entre Parda Pastusa (Masculino) y la accesión 15060303 (Femenino) que

se realizó protegiendo el cruce con bolsas de tul de factores ambientales como el

viento y permitió mantener un microclima más favorable para los frutos en formación;

los demás se vieron afectados por la alta humedad que hubo dentro de las bolsas de

papel parafinado lo que produjo el marchitamiento por el ataque de hongos y por la

muerte de las plantas receptoras debido al virus del entorchamiento de las hojas. Por

tal razón sólo se obtuvo un fruto que produjo 42 semillas, considerado un valor bajo

porque los frutos de las papas por lo general producen entre 200 y 400 semillas por

fruto (Redepapa, 2002), similar a lo descrito por Gonzalez el al (2001). Generando este

cruce se da por cumplido el tercer objetivo específico de este trabajo. Aunque en la

semilla obtenida por cruzamiento de parentales tetraploides el porcentaje de

79

producción de semilla fue de 25%, Bradshaw & Mackay (1984) afirman que

tretraploides como Solanum tuberosum se pueden cruzar pero resulta dificultoso,

apoyándose en la técnica de cultivo de tejidos in vitro se pudo aumentar el porcentaje

de germinación y multiplicar los individuos tal como lo demuestra el presente estudio.

6.8. GERMINACIÓN IN VITRO Y PROPAGACIÓN.

Las 42 semillas obtenidas se pusieron a germinar y de éstas al cabo de 30 días habían

germinado y alcanzado una altura aproximada de 4 cm 34 de ellas, lo cual equivale a

un 80,95% de germinación, lo que reduce la cantidad de tiempo empleado para obtener

los cruces y permite que se conserven las características deseables y el vigor híbrido

sin necesidad de pasar los posibles parentales por etapas 2n.

Figura 21. Planta F1 germinada y propagada in vitro.

Fuente: El Autor.

80

7. CONCLUSIONES.

Los siete marcadores microsatélites utilizados en este trabajo fueron lo bastante

informativos para la detección de polimorfismos entre las accesiones permitiendo

diferenciar completamente 48 de las 50 accesiones, sin embargo no diferenciaron

claramente entre contrastantes y susceptibles.

Se logró diferenciar entre los grupos susceptibles y resistentes los genotipos más

contrastantes, siendo la Diacol Capiro la variedad susceptible que presenta mayor

contraste a nivel molecular con el resto de las accesiones teniendo una rama única en

el dendrograma y una dis-similaridad de aproximadamente 48% con el resto de las

accesiones; en el grupo de las resistentes fueron las accesiones 15060303 y 15061235

las escogidas como más contrastantes para realizar los cruces en búsqueda que

semillas F1.

Se generó un cruzamiento exitoso entre la variedad Parda Pastusa y la accesión

15060303 obteniendo un fruto con 42 semillas, de las cuales el 80,95% fueron viables.

Se confirmó que los marcadores STMS 2022, STMS 1049, STMS 0038 son de gran

ayuda en la caracterización de las diferentes especies de papas de la colección central

de papa existente en los bancos de germoplasma administrados por Corpoica.

En general la similaridad entre las accesiones es alta, esto puede deberse a que la

propagación es clonal.

El ADN extraído de cáscaras y de brotes funciona perfectamente para el objetivo de

análisis con microstatélites.

81

Se puede obtener semillas viables por cruce directo entre especies de papa

tetraploides apoyándose en técnicas de cultivo in vitro para mejorar el porcentaje de

germinación.

82

RECOMENDACIONES.

• Utilizar más y diferentes descriptores microsatélites con el fin de diferenciar

completamente las accesiones susceptibles y las contrastantes.

• Amplificar con marcadores diferentes las accesiones 15062152 y 15062384 para

determinar si existe variabilidad o si son la misma accesión.

• Utilizar la variedad Diacol capiro como progenitora susceptible en los cruces.

• Evaluar las características de resistencia y rendimiento del tubérculo en la F1

para confirmar vigor híbrido.

83

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91

ANEXOS

92

ANEXO A. Concentración ADN

Muestra Concentración

Ratio

Explante

Muestra Concentración

Ratio

Explante

ng/µl ng/µl

15060027

1486.2 1.80

4

Hoja 15062384

708.86 1.79

8

Hoja

15060121

2107.2 1.78

8

Hoja 15062387

1295.7 1.71

3

Hoja

15060191

343.61 1631 Cáscara 15062388

1364.3 1.77

2

Hoja

15060303

2101.4 1.71

4

Hoja 15062391

1185.9 1.77

6

Hoja

15060907

370.61 1.58

7

Cascara 15062394

1335.7 1.75

5

Hoja

15061202

1181.9 1.73

0

Hoja 15062395

1381.6 1.78

5

Hoja

15061213

544.65 1.59

5

Cáscara 15062406

1727.7 1.75

0

Hoja

15061235

726.58 1.68

4

Hoja 15062407

1146.3 1.71

2

Hoja

15061286

1078.7 1.76

2

Hoja 15062419

1497.4 1.75

6

Hoja

15061287

725.27 1.75

7

Brote 15062420

1638.6 1.78

0

Hoja

93

15061290

1429.0 1.77

6

Hoja 15062427

1521.0 1.73

0

Hoja

15061331

1349.8 1.77

1

Hoja 15062430

1573.6 1.81

5

Hoja

15061333

1065.3 1.78

2

Hoja 15062443

1175.5 1.76

0

Hoja

15061338

908.24 1.76

2

Hoja 15062446

2445.4 1.78

2

Hoja

15061340

1161.1 1.77

1

Hoja 15062453

1387.1 1.68

9

Hoja

15061522

2017.5 1.77

1

Hoja 15062464

1724.4 1.73

3

Hoja

15061539

1509.8 1.78

4

Hoja 15062467

1206.8 1.56

6

Hoja

15061604

1299.3 1.64

2

Hoja 15062497

1386.7 1.63

8

Hoja

15061612

672.87 1.70

8

Hoja 15062498

805.04 1.04

0

Hoja

15061630

1446.2 1.75

3

Hoja 15062500

1347.6 1.73

2

Hoja

15061648

1023.3 1.75

0

Hoja 15062506

1410.6 1.79

6

Hoja

15061676

1447.0 1.74

6

Hoja 15062581

2096.7 1.79

2

Hoja

94

15061815

1618.8 1.76

4

Hoja Parda Pastusa

664.22 1.39

5

Cascara

15062060

670.13 1.72

3

Brote Diacol capiro

684.3 1,38

2

Cascara

15062152

1354.4 1.77

8

Hoja

95

ANEXO B. Diluciones de trabajo.

Muestra Volumen 1 (µl)

concentración 1 (ng/µl)

Volumen 2 (µl)

concentración 2 (ng/µl)

15060027 0,67285695 1486,2 100 10

15060121 0,4745634 2107,2 100 10

15060191 2,91027619 343,61 100 10

15060303 0,47587323 2101,4 100 10

15060907 2,69825423 370,61 100 10

15061202 0,84609527 1181,9 100 10

15061213 1,83604149 544,65 100 10

15061235 1,37631094 726,58 100 10

15061286 0,92704181 1078,7 100 10

15061287 1,37879686 725,27 100 10

15061290 0,69979006 1429 100 10

15061331 0,7408505 1349,8 100 10

15061333 0,93870271 1065,3 100 10

15061338 1,10103056 908,24 100 10

15061340 0,86125226 1161,1 100 10

15061522 0,49566295 2017,5 100 10

15061539 0,66233938 1509,8 100 10

15061604 0,76964519 1299,3 100 10

15061612 1,48617118 672,87 100 10

15061630 0,69146729 1446,2 100 10

15061648 0,97723053 1023,3 100 10

15061676 0,691085 1447 100 10

15061815 0,61774154 1618,8 100 10

15062060 1,49224777 670,13 100 10

15062152 0,73833432 1354,4 100 10

15062384 1,4107158 708,86 100 10

96

15062387 0,77178359 1295,7 100 10

15062388 0,73297662 1364,3 100 10

15062391 0,84324142 1185,9 100 10

15062394 0,74867111 1335,7 100 10

15062395 0,72379849 1381,6 100 10

15062406 0,57880419 1727,7 100 10

15062407 0,87237198 1146,3 100 10

15062419 0,66782423 1497,4 100 10

15062420 0,61027707 1638,6 100 10

15062427 0,6574622 1521 100 10

15062430 0,63548551 1573,6 100 10

15062443 0,85070183 1175,5 100 10

15062446 0,40893105 2445,4 100 10

15062453 0,72092856 1387,1 100 10

15062464 0,57991185 1724,4 100 10

15062467 0,82863772 1206,8 100 10

15062497 0,72113651 1386,7 100 10

15062498 1,2421743 805,04 100 10

15062500 0,74205996 1347,6 100 10

15062506 0,70891819 1410,6 100 10

15062581 0,47693995 2096,7 100 10

Parda Pastusa

1,50552528 664,22 100 10

97

ANEXO C. Protocolo PCRS

AMPLIFICACIÓN DE MARCADORES SSR (REPETICIONES DE SECUENCIA

SIMPLE)

OBJETIVO: Amplificar fragmentos de ADN mediante marcadores SSRs en plantas.

ALCANCE: El siguiente procedimiento establece el protocolo para la amplificación de

segmentos de ADN mediante marcadores tipo SSR en plantas.

CÓDIGO: IN-R-05

VERSIÓN: 1

MATERIALES Y EQUIPOS

Buffer de PCR

Cebador

Centrífuga

ddH2O

dNTPs

Gradillas frías y normales

MgCl2

Micropipetas de volúmenes variables de 0,5 a 10 microlitros, 20 a 200 microlitros

y 200 a 1000 microlitros y sus respectivas puntas.

Taq polimerasa

Termociclador

Tubos de pared delgada 0,2 mililitros.

Neveras

METODOLOGÍA

Descongelar los reactivos: buffer de PCR, MgCl2, dNTPs, ddH2O, cebador y ADN

a trabajar.

En gradilla fría colocar todos los componentes anteriores descongelados y la

Taq polimerasa.

98

En un tubo eppendorf estéril en gradilla fría adicionar los reactivos para el master

mix dando vórtex a cada uno antes de adicionarlo pero excluyendo la Taq

polimerasa. (Anexo 1).

En gradilla fría ubicar los tubos de PCR debidamente marcados,

correspondientes al número de muestras que desea amplificar y colocar 5

microlitros de ADN molde en una concentración final de 50 nanogramos.

Agregar 15 microlitros de máster mix sobre cada muestra de ADN.

Dar un spin a cada tubo.

Colocar los tubos en el termociclador previamente programado y dar inicio al

proceso.Condiciones de amplificación: Una denaturación inicial a 94°C por 3

minutos, luego se repite 30 veces una denaturación de 94°C por 1 minuto,

anillamiento de acuerdo al cebador usado y extensión a 72°C por 1 minuto y 30

segundos. Una extensión final a 72°C por 5 minutos. Por último hay un paso a

4°C, a esta temperatura las muestras pueden permanecer por varias horas.

Al finalizar el programa de PCR guardar las muestras a 4°C±2°C ó -20°C ±5°C.

PREPARACIÓN DE REACTIVOS:

ADN molde: A partir de la fórmula C1*V1=C2*V2 se halla la cantidad total de ADN total a

tomar para diluirlo en ddH2O para obtener una concentración final de 50 nanogramos

en el volumen final deseado. Siendo C1 la concentración inicial de la solución de ADN

obtenida por espectrofotometría o cuantificación con marcador de masa; C2 es la

concentración final deseada; V1 el volumen de ADN a tomar de la solución inicial y V2 el

volumen final deseado.

99

ANEXO D. Tabla de similaridad de JACCARD.

" SIMQUAL: input=C:\Users\Desktop\TESIS MARCELA\NTSYS\Datos completos\Matriz

de datos completa .NTS, coeff=J

" by Cols, += 1.00000, -= 0.00000

3 50L 50 0

C1 C2 C3 C4 V5 V6 V7 V8 V9 V10 V11 V12 V13 V14 V15 V16 V17 V18 V19 V20 V21

V22 V23 V24 V25 V26 V27 V28 V29 V30 V31 V32 V33 V34 V35 V36 V37 V38 V39 V40

V41 V42 V43 V44 V45 V46 V47 V48 V49 V50

1.00000000000000E+000

7.05882352941177E-001 1.00000000000000E+000

6.00000000000000E-001 6.87500000000000E-001 1.00000000000000E+000

5.33333333333333E-001 5.29411764705882E-001 6.15384615384615E-001

1.00000000000000E+000

4.66666666666667E-001 4.70588235294118E-001 5.38461538461538E-001

5.83333333333333E-001 1.00000000000000E+000

5.00000000000000E-001 5.00000000000000E-001 5.55555555555556E-001

4.21052631578947E-001 3.68421052631579E-001 1.00000000000000E+000

6.25000000000000E-001 7.05882352941177E-001 8.46153846153846E-001

5.33333333333333E-001 5.71428571428571E-001 5.78947368421053E-001

1.00000000000000E+000

6.42857142857143E-001 6.25000000000000E-001 7.50000000000000E-001

8.18181818181818E-001 5.83333333333333E-001 4.21052631578947E-001

6.42857142857143E-001 1.00000000000000E+000

5.00000000000000E-001 5.00000000000000E-001 5.62500000000000E-001

3.33333333333333E-001 3.52941176470588E-001 8.23529411764706E-001

5.00000000000000E-001 4.11764705882353E-001 1.00000000000000E+000

6.00000000000000E-001 7.50000000000000E-001 5.00000000000000E-001

3.80952380952381E-001 4.73684210526316E-001 5.65217391304348E-001

6.00000000000000E-001 4.50000000000000E-001 5.71428571428571E-001

1.00000000000000E+000

100

5.88235294117647E-001 7.64705882352941E-001 5.62500000000000E-001

5.00000000000000E-001 3.52941176470588E-001 5.50000000000000E-001

5.88235294117647E-001 5.00000000000000E-001 4.73684210526316E-001

7.36842105263158E-001 1.00000000000000E+000

6.11111111111111E-001 6.00000000000000E-001 5.00000000000000E-001

5.29411764705882E-001 4.70588235294118E-001 5.00000000000000E-001

6.11111111111111E-001 6.25000000000000E-001 4.28571428571429E-001

6.66666666666667E-001 5.00000000000000E-001 1.00000000000000E+000

6.87500000000000E-001 7.64705882352941E-001 5.62500000000000E-001

5.62500000000000E-001 5.00000000000000E-001 4.76190476190476E-001

6.87500000000000E-001 6.00000000000000E-001 4.00000000000000E-001

7.36842105263158E-001 6.47058823529412E-001 7.64705882352941E-001

1.00000000000000E+000

6.11111111111111E-001 7.77777777777778E-001 5.00000000000000E-001

4.44444444444444E-001 5.62500000000000E-001 4.34782608695652E-001

6.11111111111111E-001 5.29411764705882E-001 4.28571428571429E-001

8.42105263157895E-001 6.66666666666667E-001 6.84210526315789E-001

8.75000000000000E-001 1.00000000000000E+000

6.87500000000000E-001 7.64705882352941E-001 7.85714285714286E-001

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6.66666666666667E-001 6.00000000000000E-001 6.00000000000000E-001

6.19047619047619E-001 6.00000000000000E-001 6.00000000000000E-001

7.61904761904762E-001 7.27272727272727E-001 7.27272727272727E-001

5.00000000000000E-001 8.09523809523810E-001 1.00000000000000E+000

5.23809523809524E-001 5.90909090909091E-001 4.28571428571429E-001

3.18181818181818E-001 3.33333333333333E-001 7.14285714285714E-001

5.23809523809524E-001 3.18181818181818E-001 5.71428571428571E-001

7.27272727272727E-001 6.81818181818182E-001 5.90909090909091E-001

5.71428571428571E-001 5.90909090909091E-001 5.71428571428571E-001

5.90909090909091E-001 7.14285714285714E-001 4.76190476190476E-001

4.54545454545455E-001 5.65217391304348E-001 5.90909090909091E-001

6.81818181818182E-001 8.09523809523810E-001 7.27272727272727E-001

6.36363636363636E-001 6.36363636363636E-001 5.45454545454545E-001

5.90909090909091E-001 5.00000000000000E-001 5.45454545454545E-001

113

5.45454545454545E-001 6.36363636363636E-001 4.54545454545455E-001

6.19047619047619E-001 6.36363636363636E-001 6.66666666666667E-001

6.36363636363636E-001 5.71428571428571E-001 5.71428571428571E-001

5.90909090909091E-001 5.71428571428571E-001 5.71428571428571E-001

7.27272727272727E-001 7.72727272727273E-001 7.72727272727273E-001

6.36363636363636E-001 7.72727272727273E-001 7.61904761904762E-001

1.00000000000000E+000

5.62500000000000E-001 4.73684210526316E-001 4.37500000000000E-001

3.75000000000000E-001 4.00000000000000E-001 5.26315789473684E-001

5.62500000000000E-001 3.75000000000000E-001 4.44444444444444E-001

5.50000000000000E-001 5.78947368421053E-001 5.55555555555556E-001

6.87500000000000E-001 5.55555555555556E-001 6.25000000000000E-001

4.73684210526316E-001 5.26315789473684E-001 4.70588235294118E-001

5.62500000000000E-001 5.26315789473684E-001 4.73684210526316E-001

5.78947368421053E-001 6.31578947368421E-001 5.50000000000000E-001

5.26315789473684E-001 5.26315789473684E-001 5.00000000000000E-001

4.00000000000000E-001 6.00000000000000E-001 5.00000000000000E-001

5.00000000000000E-001 5.26315789473684E-001 5.62500000000000E-001

5.00000000000000E-001 5.26315789473684E-001 6.47058823529412E-001

6.11111111111111E-001 5.29411764705882E-001 4.44444444444444E-001

4.73684210526316E-001 4.44444444444444E-001 4.44444444444444E-001

5.50000000000000E-001 5.23809523809524E-001 5.23809523809524E-001

5.26315789473684E-001 5.23809523809524E-001 6.66666666666667E-001

5.90909090909091E-001 1.00000000000000E+000

114

ANEXO E. Peso de las bandas amplificadas.

Peso bandas

en pb

Alelo Marcador

83 alelo 1 STMS 0038

90 alelo 2 STMS 0038

95 alelo 3 STMS 0038

104 alelo 4 STMS 0038

108 alelo 5 STMS 1024

112 alelo 6 STMS 1024

105 alelo 7 STMS 1024

123 alelo 8 STMS 1024

164 alelo 9 STMS 1049

180 alelo 10 STMS 1049

190 alelo 11 STMS 1049

200 alelo 12 STMS 1049

105 alelo 13 STMS 0051

112 alelo 14 STMS 0051

120 alelo 15 STMS 0051

134 alelo 16 STMS 0051

113 alelo 17 STMS 2022

120 alelo 18 STMS 2022

138 alelo 19 STMS 2022

140 alelo 20 STMS 2022

60 alelo 21 STMS 3009

68 alelo 22 STMS 3009

100 alelo 23 STMS 3009

124 alelo 24 STMS 3009

105 alelo 25 STMS 3016

110 alelo 26 STMS 3016

126 alelo 27 STMS 3016

115

ANEXO F. Códigos y especies de las accesiones.

Registro Especie/subespecie Registro Especie/subespecie

15060027 Andígena 15062152 Andígena

15060121 Andígena 15062384 Andígena

15060191 Tuberosum 15062387 ICA Huila

15060303 Andígena 15062388 Nueva

15060907 Tuberosum 15062391 Tuberosum

15061202 Andígena 15062394 San Pedro

15061213 Andígena 15062395 Corpoguata 1

15061235 Andígena 15062406 Tuberosum

15061286 Andígena 15062407 Tuberosum

15061287 Andígena 15062419 Tuberosum

15061290 Andígena 15062420 ICA Morita

15061331 Andígena 15062427 ICA Nariño

15061333 Andígena 15062430 Tuberosum

15061338 Andígena 15062443 Tuberosum

15061340 Andígena 15062446 Tuberosum

15061522 Andígena 15062453 Tuberosum

15061539 Andígena 15062464 Tuberosum

15061604 Andígena 15062467 Tuberosum

15061612 Andígena 15062497 Tuberosum

15061630 Andígena 15062498 Tuberosum

15061648 Andígena 15062500 Tuberosum

15061676 Andígena 15062506 Tuberosum

15061815 Andígena 15062581 Boyaca

15062060 Andígena Parda

Pastusa

Andígena-Tuberosum

116

ANEXO G. Microsatélites evaluados inicialmente para determinar si presentan

polimorfismos en Solanum Tuberosum.

Características de los SSR

Marcador Sentido amplificación

Secuencia Temp. (°C)

STM 0001 F AGTATTCAACCCATTGACTTGGA 60

R TAGACAAGCCAAGTCGGAGAA

STMS 0014

F CAGTCTTCAGCCCATAGG 54,3

R TAAACAATGGTAGACAAGACAAA

STMS 0024

F CATTACCTTGTGAGATTAGATTG 53,4

R CATATAAGTAGGAATAGGAGGTTT

STM 0038 F AACTCTAGCAGTATTTGCTTCA 54

R TTATTTAGCGTCAAATGCATA

STMS 0047

F AATTATATGCTATCCAACACA 48,6

R ACTTCATTGACCACTACG

STM 0051 F TACATACATACACACACGCG 54

R CGCAACTTATAGCCTCCA

STMS 1002

F TATTCCCCCTTCCTACTCAA 56,2

R TCTTCCACATTCCTAACCTG

STMS 1003

F CACTTAATATGGAATAGAGGAAGTA 54

R GAACTTATGCTTTATCATTCA

STM 1008 F GTTCATGATTGTGAATGCTC 56

R TAGACACTCTCACATCCACT

STM 1024 F ATACAGGACCTTAATTTCCCCAA 60

R TCAAAACCCAATTCAATCAAATC

STM 1041 F GTTGAGTAGAAGGAGGATT 52

R CCTTTGTCTTCTGCTTTTG

STM 1049 F CTACCAGTTTGTTGATTGTGGTG 60

R AGGGACTTTAATTTGTTGGACG

117

STM 1106 F TCCAGCTGATTGGTTAGGTTG 60

R ATGCGAATCTACTCGTCATGG

STM 2022 F GCGTCAGCGATTTCAGTACTA 60

R TTCAGTCAACTCCTGTTGCG

STM 3009 F TCAGCTGAACGACCACTGTTC 64

R GATTTCACCAAGCATGGAAGTC

STM 3016 F TCAGAACACCGAATGGAAAAC 64

R GCTCCAACTTACTGGTCAAATCC

STMS 3018

F CCAAAAGTCCGGCAAACTT 60

R CCATATGAGGCCGCTTTTTAC