MEJORAMIENTO GENÉTICO

DE LA ESPECIE EUCALIPTO

MEDIANTE LA OBTENCIÓN

DE LÍNEAS HIBRIDAS

INTERESPECIFICAS

Master Internacional en: MEJORA GENETICA VEGETAL Zaragoza (España), 4 Octubre 2010 - 10 Junio 2011

CONTENIDO

1. MEJORAMIENTO GENETICO FORESTAL

2. EL GENERO EUCALIPTO

3. CLASIFICACIÓN DEL EUCALIPTO

4. DISTRIBUCIÓN NATURAL

5. CITOGENETICA

6. BIOLOGIA REPRODUCTIVA

7. HIBRIDACIÓN INTERESPECIFICA EN EL GENERO

8. BARRERAS PRE Y POST CIGOTICAS

9. CRUZABILIDAD AL INTERIOR DEL GENERO

10. PLAN DE MEJORA

1. MEJORAMIENTO

GENETICO FORESTAL

El mejoramiento genético de los árboles forestales fenómeno relativamente nuevo

Los programas de mejoramiento genético para especies forestales comerciales fueron relativamente pocos hasta la década de 1930 cuando la actividad empezó a aparecer en serio (Wright 1976).

Al inicio la investigación y la mejora realizada por universidades y sector publico

Hoy por día investigaciones en programas de mejora por parte de las empresas privadas es común por estas razones:

Evolución de plantaciones a gran escala con miles de hectáreas a menudo de propiedad y operadas por un solo procesador industrial

Mejoras en la silvicultura

Avance genético demostrado en el crecimiento y otras características

Documentado de las estrategias de mejoramiento que han llevado a la reducción en los tiempos de generación a través de una mayor atención en la selección temprana

Desarrollo de técnicas de propagación vegetativa, que permite la silvicultura clonal

Comercio internacional de semillas, propágulos seleccionados e información genética.

MEJORAMIENTO

GENETICO FORESTAL

2. EL GENERO EUCALIPTO

Eucalipto es el nombre común para especies de dos géneros, Eucalyptus y Corymbia, que dominan los bosques naturales de Australia y se extiende desde latitudes templadas (42°S) en Tasmania hasta tropicales (11°S) en Queensland.

Aproximadamente 900 especies han sido descritas y muchas especies exhiben una sustancial variación genética intraespecífica

Fuentes principales de materia prima para la industria papelera.

También es usada para obtener carbón vegetal o en proyectos de reforestación; siendo éste uno de los motivos de su amplia distribución a nivel mundial

3. CLASIFICACIÓN

EUCALIPTO

Según Pryor (1976), el género subdividido en ocho subgéneros informales.

El subgénero Symphyomirtus es el grupo que contiene la mayor parte de las especies cultivadas en el mundo, abarca 9 nueve secciones, 3 contienen prácticamente todas las especies más cultivadas como exóticas:

Sección Transversaria (E. pellita)

Sección Exsertaria (E. tereticornis)

Sección Maidenaria (E. globulus).

Gen

ero:

Euca

lyptu

s Subgenero: Blakella

Nombres vernáculos: Ghost Gum

Subgenero: Corymbia

Nombres vernáculos: BloodWoods

Subgenero: Monocalyptus

Nombres vernáculos: Stringybarks, Peppermints,

Ashes

Subgenero: Symphyomirtus

Sección: Transversaria

Nombres vernáculos: Flooded Gum, Red Mahogany, Grey

Gums E. pellita

Sección: Bisectaria

Nombres vernáculos: Malles

Sección: Dumaria

Nombres vernáculos: Malles

Sección: Exsertaria

Nombres vernáculos: Red Gums E. tereticornis

Sección: Maidenaira

Nombres vernáculos: Gums

Sección: Adnataria

Nombres vernáculos: Boxes tronbarks

Sección: Sebaria

Nombres vernáculos: Tallow Wood

Principales subgéneros del género Eucalyptus (Adaptado de Pryor 1976)

Filogenia de las principales secciones del

subgénero Symphyomyrtus

CLASIFICACIÓN

EUCALIPTO

4. DISTRIBUCIÓN NATURAL

Eucalipto tereticornis “Eucalyptus tereticornis Smith” Subgénero: Symphyomyrtus- USDA, 2011 Sección: Exertaria- USDA, 2011

Eucalipto pellita “Eucalyptus pellita F. Muell” Subgénero: Symphyomyrtus- Pryor y Johnson, 1971 Sección: Transversaria - Pryor y Johnson, 1971

Área de distribución natural . Fuente: Australiaˈs Virtual Herbarium

Área de distribución natural . Fuente: Australiaˈs Virtual Herbarium

5. CITOGENÉTICA DEL

GÉNERO EUCALYPTUS

Especie Nombre

vulgar

Nº de

Cromosomas

2n

Observaciones sobre bio1ogia

floral y notas de interés

fitogenético

Eucalyptus spp. Eucaliptos 22 Alógamas. Vigor hibrido

interespecífico.* * Salvo mención en contrario las flores son hermafroditas. Las especies con flores unisexuales

(monoicas, dioicas. etc.) se consideran alógamas, excepto los casos que se indican.

Número de cromosomas (2n) y observaciones básicas para el mejoramiento de las principales especies de plantas cultivadas (Parodi, L., 1959) Todas las especies del género Eucalyptus hasta ahora descritas, tienen un número cromosómico básico x = 11

6. BIOLOGÍA REPRODUCTIVA

DEL GENERO EUCALYPTUS

Las flores de eucalipto generalmente, se encuentran agrupadas en una inflorescencia (Umbelas)

Las flores de eucalipto son normalmente bisexuales y tiene algunas de las características generales de las mirtáceas como el gran número de estambres y la disposición periginea de los verticilos florales. El ovario contiene 2-7 lóculos, cada uno contiene numerosos óvulos.

7. HIBRIDACIÓN INTERESPECIFICA

EN EL GENERO EUCALYPTUS

Los híbridos interespecíficos artificiales se han utilizado en el sector forestal en todo el mundo por muchas décadas con los géneros principales, incluyendo la Acacia, Larix, Picea, Pinus, Populus y Eucalyptus.

Clasificación de Pryor y Johnsons (FAO 1981)

Factibilidad de cruzamiento entre dos especies de Eucalipto

De acuerdo con esta clasificación, dentro de un mismo subgénero, los cruzamientos dentro y entre otras secciones son posibles y frecuentes tanto naturalmente como en forma controlada.

8. PROBLEMAS A ENFRENTARSE

BARRERAS PRE Y POST-CIGÓTICAS

EN HÍBRIDOS DE EUCALIPTO

BARRERAS PRE-CIGÓTICAS

Barrera estructural que es unilateral, tubos de polen de especies con flores pequeñas no pueden crecer la longitud del estilo de las especies de flores grandes

Barrera fisiológica que da lugar a anomalías del tubo polínico y la detención del tubo polínico en el pistilo

BARRERAS POST-CIGÓTICAS

Puede ser rápidamente manifestada:

Falta de desarrollo de hojas en las plántulas, o anormalidades de plántulas y enanismo

Existen informes de individuos F1 que mueren a los primeros 4-6 años, fenotipos anormales con vigor pobre.

Cruces intersecciones F1 exitosos han sido producidos en Symphyomyrtus. Sin embargo, la frecuencia de inviabilidad hibrida en cruzamientos de este tipo es a menudo alta y sólo después de una selección muy intensa se han encontrado híbridos adecuados para su uso en el sector forestal.

PROBLEMAS A ENFRENTARSE

BARRERAS PRE Y POST-CIGÓTICAS

EN HÍBRIDOS DE EUCALIPTO

9. CRUZABILIDAD ENTRE

SECCIONES DEL GENERO

EUCALYPTUS

Cruces satisfactorios y fallidos en hibridación inter-seccional manipulada en Symphyomyrtus.

Porcentaje de combinaciones exitosas en hibridación interseccional manipulada en Symphyomyrtus.

Reportado por Griffin et al. (1988).

10. PLAN DE MEJORAMIENTO GENÉTICO

OBJETIVOS DEL PLAN

DE MEJORAMIENTO

Incrementar el rendimiento y calidad de plantaciones comerciales con fines de producción de madera sólida para aserrío mediante la obtención de líneas hibridas interespecificas .

Estimación de la diversidad genética de la población base, agrupamiento posibles grupos heteroticos

Cruce dialélico parcial con el fin de obtener gran variedad de líneas hibridas

Test clónales de individuos F1 (Calculo de parámetros genéticos)

Selección de mejores líneas hibridas

Protección y registro.

DEFINICIÓN DEL IDEOTIPO PARA

LA PRODUCCIÓN DE MADERA DE

ALTA CALIDAD

Buena forma

Libre de ramas gruesas en una porción considerable del fuste

Excelente desrame natural

Fuste recto

Poca conicidad

Corteza delgada

Ramas pequeñas e insertas en ángulos de 90 grados

Densidad básica de madera no menor a los 500 kg/m3

Esto independiente de atributos de rendimiento como alto volumen comercial.

DESCRIPCIÓN DE LA POBLACIÓN

BASE DE MEJORAMIENTO

Selección de 50 individuos o arboles plus de cada una de las especies objetivo “Eucalyptus tereticornis” y “Eucalyptus pellita” obtenidos a través de selección masal.

Para la selección masal se emplea método clásico de la comparación del árbol candidato con sus mejores 4 a 5 vecinos, en un radio entre 15 y 20 m de distancia (Zobel y Talbert 1984).

El método busca que las diferencias que se observen fenotípicamente, se puedan atribuir con mayor garantía a la expresión genotípica que al efecto del ambiente.

ANÁLISIS DE DIVERSIDAD GENÉTICA

•20 SSR

•Selección Parentales

ESTABLECIMIENTO PARQUE DE HIBRIDACIÓN

•Propagación M.V.

•Inducción Floral

CRUZAMIENTOS CONTROLADOS

•Técnica OSP

•Obtención Semilla F1

MULTIPLICACIÓN INDIVIDUOS F1

•Siembra semilla

•Formación Plantas madre y clonación

EVALUACIÓN Y SELECCIÓN DE HIBRIDOS

•Establecimiento de test clonales

•Evaluación, calculo parámetros genéticos

•Selección mejores líneas hibridas

CERTIFICACIÓN PUREZA HIBRIDA Y PROTECCIÓN VARIETAL

•Uso de marcadores SSR para creación de Fingerprinting, análisis de parentesco

•Protección varietal

PLA

N D

E M

EJO

RA

ANÁLISIS DE DIVERSIDAD GENÉTICA

DE LOS PROGENITORES

Análisis de diversidad genética mediante el uso de 20 marcadores moleculares tipo microsatelites (SSR).

Metodología

Material vegetal: hojas maduras visiblemente sanas, serán almacenadas a -20 º C para la posterior extracción de ADN

Extracción de ADN: Método de Doyle & Doyle (1990) con modificaciones.

Amplificación de fragmentos de ADN (SSR): 20 marcadores altamente polimórficos tipo SSR, desarrollados por la empresa brasileña EMBRAPA.

Análisis de datos: considerando 1 para la presencia y 0 para la ausencia de un fragmento de ADN, La similitud genética será calculada con el coeficiente de Jaccard.

El análisis de agrupamiento jerárquico se realizara mediante el método Unweighted Pair Group (UPGMA).

Para estimar la diversidad genética, empleara heterocigosidad promedio (H) y el porcentaje de loci polimórficos (P), los cuales se estimaran sobre todos los loci y el promedio de los mismos de acuerdo con la formula no sesgada de Nei (1978).

Se obtendrán dendrogramas, permitiendo agrupar a aquellos genotipos que exhiben mayor similitud genética en conjuntos coherentes

SELECCIÓN DE

PROGENITORES

Los valores de distancia genética entre los genotipos mediante marcadores moleculares se utilizaran para recomendar un sistema di alélico parcial circulante, dando prioridad a los más altos valores de diversidad genética entre las parejas de cruzamiento.

El Esquema de dialelo parcial circulante, sigue el algoritmo creado por Kempthorne y Curnow (1961).

p = número de progenitores que serán estudiados; s = número de combinaciones híbridas de cada progenitor, s < p-1 y s ≥ 3;

Dónde: PS/2 es el número total de cruces= 100*3/2=150 Cruzamientos.

HETEROSIS

DISTANCIAS GENÉTICAS

ENTRE PARENTALES

ESTABLECIMIENTO DE HUERTO

SEMILLERO O PARQUE DE

HIBRIDACIÓN

PROBLEMÁTICA 1. Altura de árboles selectos hace imposible la operación de cruzamiento. 2. Para evitar este inconveniente operativo, se debe establecer un parque de hibridación o huerto semillero.

Selección de árboles plus: Eliminación individuos replicados x SSR Reproducción de material: Injertación homoplástica Manejo del patrón: Plántulas de semilla clon resistente de cada especie Manejo de la púa: Árboles seleccionados, tercio superior de la copa, entre 15-20 cm Procedimiento de injertación: Método de hendidura terminal o Púa Selección del sitio: Recurso y acceso, aislado y condiciones homogéneas. Tamaño: Distancia de siembra 4x4m, mínimo 10 réplicas por parental.

ACTIVIDADES

Huerto de híbridos de especies: Se seleccionan árboles de 2 especies, las que se sabe que producen un efecto hibrido especial cuando se cruzan, tal como vigor hibrido.

INDUCCIÓN DE FLORACIÓN

TEMPRANA MEDIANTE EL USO DE

PACLOBUTRAZOL

Tres problemas principales en mejoramiento de especies forestales:

Largo tiempo transcurrido entre generaciones (Ciclos)

Gran tamaño de los árboles en floración

Irregularidad y variación en la abundancia de la floración

El Paclobutrazol es un regulador del crecimiento que reduce la biosíntesis de muchas giberelinas que promueven el crecimiento e inhiben la floración en las angiospermas Método de aplicación Localizado en la proyección de la copa, Dosis: 0.8 gr i.a. /cm circunferencia Aspersión foliar, Dosis: 250 ppm i.a.

CRUZAMIENTOS

CONTROLADOS

La metodología basada en la técnica OSP “One Step Polinization” Polinización en un Solo Paso.

Los sistemas tradicionalmente usados en la polinización artificial demandaban al menos tres visitas al árbol:

La primera para determinar la receptividad del estigma para efectuar la polinización.

La segunda para emascular, polinizar y aislar la flor y

La tercera para retirar los aislantes de la flor para evitar contaminación.

El desarrollo de una nueva tecnología, iniciada en Chile y simultáneamente en Australia en la década de los noventa (Harbard et al, 1999) William et al, 1999), permitió reducir a una sola visita.

CRUZAMIENTOS

CONTROLADOS

La tecnología OSP se sustenta en lo siguiente:

a) No es necesario espera el proceso natural de maduración del estigma para la receptividad del grano de polen y asegurar el éxito de la fertilización de los ovulos y

b) El uso de bolsas aislantes no es la única forma de proteger las flores de la contaminación por los insectos.

Metodología

Recolección de polen y almacenamiento

Polinización

Desarrollo del ovulo y la capsula

Cosecha de semilla hibrida

CRUZAMIENTOS

CONTROLADOS

Método OSP demostrado sobre una flor de E. globulus. La flor ha sido emasculada durante la antesis e inmediatamente se le ha hecho un corte en el estilo con una hoja de bisturí (A). Esto es seguido por aplicación de polen al el corte en estilo (B). El polen se adhiere al corte del estilo dándose la polinización (C). Finalmente el estilo polinizado es aislado con un tubo de 1.2 cm de longitud (D). Barra de escala = 1cm.

Las técnicas de multiplicación agámica se encuentran desarrolladas para varias especies de eucalyptus mediante la utilización de estaquillas (macropropagación ) o por medio del cultivo de tejidos (micropropagación).

La presencia de individuos “difíciles” para su multiplicación (como puede ser por problemas de enraizamiento), torna a éstos no aptos para su utilización a escala productiva.

Método de producción o multiplicación

Producción plántulas con semilla hibrida

Manejo de plantas fines planta madre

Enraizamiento de miniestaquillas

MULTIPLICACIÓN DE LOS

HIBRIDOS F1 OBTENIDOS

EVALUACIÓN Y

SELECCIÓN DE HIBRIDOS

Metodología fase de selección

Los ensayos clónales serán establecidos en 3 sitios representativos de las áreas a reforestar.

En cada sitio de evaluación se empleara un diseño experimental de bloques completos al azar, con 20 repeticiones y parcelas de 1 árboles por clon, los clones serán establecidos con un espaciamiento de 3×3 m equivalente a una densidad de 1111 árboles por hectárea.

Criterios de evaluación

Porcentaje de enraizamiento en invernadero.

Comportamiento en campo (sobrevivencia, rectitud, forma y crecimiento).

Susceptibilidad a plagas y enfermedades.

RESULTADOS DE LA

SELECCIÓN

Como resultado del proceso de selección se busca la identificación de por lo menos 10 híbridos interespecificos que posean características deseables de rendimiento, cálculo de capacidad combinatoria general y específica, parámetros genéticos.

Debido a que estas líneas hibridas serán elegidas por características de expresión temprana, existe la necesidad de continuar con las evaluaciones y observar su comportamiento, tanto en etapas juveniles, intermedias y adultas.

ANÁLISIS DE PARENTESCO,

REGISTRO Y PROTECCIÓN

VARIETAL

En Colombia, la legislación en materia de semillas

y creaciones fitogenéticas se rige por la Ley 243 de 1.995, Decreto N° 533 de 8 de marzo de 1994, por el cual se reglamenta el régimen común de Protección de los Derechos de los Obtentores de Variedades Vegetales; miembro UPOV tratado 1978.

Con base en la metodología aplicada para la estimación de la diversidad genética en la que se emplearon 20 microsatelites tipo SSR para la construcción de los “fingerprinting” huellas genéticas de los parentales

MUCHAS GRACIAS POR SU ATENCIÓN!!

اهتمامكملكم على شكرا