Transferencia génica desde especies tetraploides apomícticas hacia híbridos tetraploides sexuales de origen experimental en el grupo Plicatula de Paspalum

Abstract

Paspalum pertenece a la familia Poaceae, subfamilia Panicoideae, tribu Paspaleae, subtribu Paspalinae. Comprende aproximadamente 400 especies casi exclusivamente de origen americano. Este género presenta una gran diversidad que le permite adaptarse a diferentes ambientes y posee diversas estrategias reproductivas (clonación, apomixis y sexualidad). Una gran proporción de las especies constituyen complejos agámicos donde el mismo taxón contiene citotipos diploides (2x) sexuales y poliploides apomícticos; los poliploides generalmente son tetraploides (4x). El grupo subgenérico Plicatula contiene unas 30 especies, todas integrantes importantes de las pasturas naturales sudamericanas. Para varias de ellas solo se conocen razas 4x apomícticas (4xA) y por lo tanto el mejoramiento genético está extremadamente restringido, ya que no existen en poblaciones naturales plantas 4x sexuales (4xS) que puedan usarse de madres en cruzamientos con 4xA. De acuerdo a estudios previos, es posible que los citotipos 4xA de todas estas especies sean autotetraploides, y más aún, es posible que exista un buen grado de homología entre los juegos cromosómicos básicos de todas ellas. A partir de semillas de un 2x de P. plicatulum ya se ha conseguido duplicar con colchicina su dotación cromosómica para producir dos genotipos 4xS (4PT y 7PT). El objetivo planteado en esta tesis fue crear familias híbridas usando de madre a estas plantas 4PT y 7PT y como padres a varias especies 4xA del grupo Plicatula. El objetivo final fue formar una población de híbridos en la cual contener la mayor cantidad de combinaciones génicas posibles que provengan de los padres apomícticos, pero no los factores que determinan la reproducción apomíctica; es decir, una población sintética de reproducción sexual. Esta población debía surgir de policruzamientos entre híbridos de reproducción sexual pertenecientes a la mayor cantidad posible de familias híbridas. Para eso se realizaron 21 cruzamientos (18 interespecíficos y 3 intraespecíficos), de los cuales fueron efectivos 15, dando lugar a 238 individuos. La obtención de estos híbridos fue progresiva durante casi todos los años que duró la realización de la tesis, aunque algunos ya habían sido logrados con anterioridad, varios se lograron en los dos primeros años, y el resto en los años subsiguientes. El desarrollo cronológico, y lógico, del desarrollo para llegar al objetivo final debía ser: cruzamientos, siembra de semillas logradas y obtención de híbridos, corroborar que las plantas logradas eran híbridos, clasificar los híbridos por sistema reproductivo (sexual o apomíctico), comprobar si eran fértiles (si producían semillas), grado de auto-fecundación (autogamia) o fecundación abierta (alogamia), seleccionar por producción de semillas y por vigor (visual) los mejores híbridos sexuales F1; clonar por división de matas a los híbridos selectos y formar la población de policruzamiento, aislar la población de posible polen extraño, controlar el policruzamiento y cosechar semillas y con esas semillas formar la población sexual sintética. Paralelamente, estudiar el apareamiento cromosómico de las especies 4xA que actuaron como padres y de sus respectivos híbridos. La madre 4PT es totalmente autoincompatible y 7PT lo es en gran medida. Por lo tanto, en los cruzamientos 4PT se polinizó sin castrar y 7PT fue castrada en cámara con niebla artificial antes de ser polinizada. No obstante, se tomaron 95 descendientes representativos de las 12 familias para estimar si realmente los 238 individuos surgieron de hibridaciones. Por medio de marcadores moleculares RAPDs específicos de los parentales masculinos en la descendencia se confirmó el origen híbrido de todos los 95 individuos analizados y se consideró que todos los descendientes se produjeron por hibridación. Además, esto se vio sustentado por el hecho de que todos ellos mostraron características fenotípicas semejantes a sus parentales masculinos, o intermedias entre ambos padres. Por citometría de flujo se determinó el modo reproductivo, en donde se analizaron 14 familias, en 11 se pudo determinar que hubo segregación para el modo reproductivo, observándose individuos sexuales y apomícticos (apomícticos obligados o facultativos). En los tres casos restantes no se pudo determinar si existía segregación, pero en estos casos el número de híbridos analizado fue pequeño. Mediante el análisis de las asociaciones cromosómicas en diacinesis y metafase I se pudo ver que P. chaseanum y P. oteroi, son de origen autotetraploide mientras que P. nicorae sería probablemente una especie alotetraploide segmentaria con dos genomas parcialmente homólogos. Estas afirmaciones se ven apoyadas por el apareamiento de los cromosomas en sus respectivos híbridos interespecíficos con la planta autotetraploide de P. plicatulum. Además, los resultados sugieren que P. chaseanum comparte en gran medida el mismo genoma básico del autotetraploide inducido 4PT de P. plicatulum, mientras que la homología del genoma de 4PT con el genoma aportado por el también autotetraploide P. oteroi debe ser parcial porque en general buena parte de los cromosomas de los híbridos forman bivalentes. Algo parecido sucede con P. nicorae, donde debe existir algún grado de homología entre los genomas parcialmente homólogos que aporta esta especie y el genoma de 4PT cuando se forman los híbridos. En general las asociaciones cromosómicas observadas en las progenies 4PT × P. oteroi y 4PT × P. nicorae fueron regulares considerando el alto porcentaje de cromosomas asociados como bivalentes y un buen grado de regularidad en la distribución de los cromosomas en anafase I. Esto explicaría la buena fertilidad manifestada en la mayoría de los híbridos. Por otro lado las asociaciones cromosómicas en la meiosis de Hojs388, un tetraploide silvestre apomíctico de P. plicatulum, sugieren primariamente que el mismo tiene un origen alotetraploide. Sin embargo, en sus híbridos intraespecíficos obtenidos con 4PT P. plicatulum, las asociaciones sugieren que debe haber un grado bastante importante de homeología entre los dos genomas que aporta Hojs388. Es decir, este tetraploide silvestre de P. plicatulum se pudo haber originado por hibridación entre especies con genomas parcialmente homólogos. Y posteriormente debe haber habido un proceso de diploidización. Considerando que el objetivo final fue formar una población sintética de reproducción sexual, esta se formó a partir de una población de policruzamiento, la que estuvo formada por 50 híbridos F1 sexuales, correspondientes a 9 familias híbridas. Los híbridos seleccionados por vigor y fertilidad fueron replicados ampliando a 132 individuos que fueron transplantados a campo. Se realizó simultáneamente la cosecha de todas las plantas de la parcela obteniéndose aproximadamente 50 gramos de semillas provenientes de la población de policruzamiento, una proporción de éstas fue sembrada obteniéndose 540 plantas que constituyeron la población sintética tetraploide sexual. La cual, se caracteriza por una amplia variabilidad fenotípica y se supone que tiene una amplia variabilidad genética heredada de seis especies silvestres apomícticas (P. chaseanum, P. guenoaraum, P. lenticulare, P. nicorae, P. oteroi y P. plicatulum). Esta población constituye la base para el programa de mejoramiento genético recientemente iniciado en la FCA-UNNE, la cual incluye especies del grupo Plicatula.