Author: JOSÉ MANUEL ALCALÁ RODRÍGUEZ

Parámetros genéticos y desarrollo de radícula en maíces poliembrónicos

JOSÉ MANUEL ALCALÁ RODRÍGUEZ (2009)

"La raíz es un órgano esencial en el desarrollo y producción de los cultivos agrícolas. Por tiempo prolongado los fitomejoradores han enfocado su atención en las cualidades aéreas de las plantas y han ignorado el desarrollo del sistema radical; esto debido en parte a la dificultad de observar el desarrollo de la raíz bajo condiciones naturales. Por otro lado, el desarrollo de variedades de maíz de alto rendimiento es un proceso largo y costoso; esto hace que los fitomejoradores busquen o exploren métodos rápidos y accesibles que involucren el comportamiento de genotipos durante etapas tempranas de desarrollo, los cuales ayuden a predecir el establecimiento y producción de híbridos sobresalientes. En concordancia con lo anterior, este trabajo de investigación propone el estudio de nueve genotipos de maíz evaluados en tres diferentes etapas de desarrollo: el primero corresponde a un estudio histológico de radícula de tres días post-germinación; el segundo aborda características de plántula a los 21 días de edad bajo condiciones de invernadero; y el tercero califica el comportamiento productivo de estos genotipos en estado adulto, en dos localidades de prueba. Los nueve genotipos utilizados se describen como sigue: tres poblaciones de maíz con características especiales i.e. dos de ellas poseen alta frecuencia poliembriónica (PE), denominadas NAP o C (normal de alta poliembrionía) y BAP o D (braquítica de alta poliembrionía), ambas generadas en el Instituto Mexicano del Maíz “Dr. Mario E. Castro Gil” (IMM) en Saltillo, Coah. México; la tercera población, exótica a las dos primeras, abiertamente No-PE, denominada Tuxpeño (E), muestra otorgada por CIMMYT, y que cuenta entre sus principales características el alto contenido de aceite en grano; los otros seis genotipos se refieren a las cruzas directas y recíprocas entre las tres poblaciones, generadas de acuerdo al método I de los diseños dialélicos de Griffing (1956). La aplicación de éste, permitió estimar parámetros genéticos como aptitud combinatoria general y específica, efectos recíprocos y heterosis. El desarrollo del primer experimento permitió observar la aparición de radícula en todos los genotipos; esto permitió también documentar la presencia de radículas individuales y múltiples por semilla en las poblaciones PE y los genotipos híbridos generados al cruzarse entre ellas. La frecuencia PE y de radículas múltiples se presentó en el orden de 60 % y 14% respectivamente; mas esta característica se perdió por completo en híbridos F1 con Tuxpeño, viii manifestándose de este modo la PE como un carácter recesivo. Las variables relativas al estudio histológico longitudinal (número de primordios de radícula y longitud de células corticales) y transversal (número de capas del córtex), se vieron favorecidas por la hibridación entre genotipos PE y E. En específico, los mejores genotipos en estas variables fueron los híbridos D x E y C x E, en tanto, para el número de metaxilemas, la combinación C x D resultó ser la más sobresaliente. En este estudio, se logró documentar al menos tres diferentes versiones en la formación de radículas múltiples individualizadas o con cierto grado de fusión exclusivos de genotipos PE. En el estudio de plántula de 21 días de edad, se validó el fenómeno de radículas múltiples influido por la poliembrionía (PE), observándose en proporciones de 7 a 18%; mientras que la frecuencia de la PE se presentó en el orden de 62%. Adicional a esto, se corroboró que la PE se comporta como carácter recesivo en F1. A la edad señalada, los genotipos alcanzaron diferente estado de desarrollo (V3 y V4); la mayoría de las variables estudiadas mostraron que las hibridaciones de PE con Tuxpeño resultaron ser las más eficientes. La producción de materia seca radical solo representó el 60% del aporte total de la parte aérea de los genotipos en general; por tal motivo la condición de dos radículas y número de tallos presentes por plántula en maíces PE, no confirió ventaja aparente en esta etapa de desarrollo. El estudio de comportamiento productivo en plantas adultas permitió establecer que los genotipos No-PE mostraron mejor comportamiento agronómico, por arriba de los PE en las dos localidades de evaluación; estas características se vieron reflejadas en precocidad, menor acame de raíz y, por ix ende, mayor rendimiento de mazorca. Los genotipos de mejor respuesta en esta etapa de evaluación fueron C x E y D x E. La estimación de parámetros genéticos en las tres etapas de estudio permiten señalar que los efectos genéticos aditivos se presentaron sólo en la variable longitud de células corticales LCC (primer estudio), número de hojas NH (en segundo estudio), y para todas las variables agronómicas (ensayo de producción); en tanto, los efectos recíprocos se presentaron en número de células corticales NCC, número de metaxilemas (NMX), peso seco de raíz (PSR) y peso seco de parte aérea (PSPA). La población E resultó el mejor genotipo para heredar características en etapa de plántula y características agronómicas por sus valores de ACG. Los híbridos con los mayores estimados de ACE fueron C x E y D x E, mismos que presentaron los mejores estimados de heterosis en la mayoría de las características estudiadas en las tres etapas de evaluación. La correlación de caracteres estudiados en las tres etapas de desarrollo mostró una asociación inconsistente entre variables; sin embargo, se registró correlación positivas y negativa baja pero significativa en plántula de 21 días en cuanto a número de hojas (NH) con todas las variables agronómicas. Esto indica que un buen establecimiento de plántula pudiera tener una influencia determinante en el desarrollo del cultivo, rendimiento incluido. Los genotipos C x E y D x E presentaron el mejor comportamiento a través de las tres etapas de evaluación."

"The root is an essential organ in crops development and production in agriculture. For many years plant breeders have focused their attention to the canopy part and ignored the development of the radical system, this because of the difficulty of observing the root development under natural conditions. On the other hand, the development of high yield maize varieties is a long and expensive process. However, this can be seen as an opportunity to explore quick and accessible methods where the evaluation of genotypes in early stages of development can help to predict the establishment and production of outstanding hybrids. In agreement with all of that, this research work proposes the evaluation of nine maize genotypes in three different developmental stages: the first one corresponds to a histological study of radicle of three days postgermination; the second undertakes the evaluation of seedlings traits at 21 days of age under greenhouse conditions; and the third stage refers to run two performance assays for agronomical evaluation of the genotypes under study, two locations. The nine maize genotypes used are described as follows: three populations with special characteristics i.e. two of them have the polyembryony mutant in high frequency (PE), named here as NAP or C (normal height, high polyembryony) and BAP or D (brachytic, high polyembryony), both generated in the Instituto Mexicano del Maíz Dr. Mario E. Castro Gil" (IMM) in Saltillo, Coahuila, México; the third is a No-PE population, exotic to the former two, and named as Tuxpeño (E) a high oil corn material which was provided by CIMMYT. The other six genotypes were the resulting direct and reciprocal crosses among the former three populations, using a diallel mating design equal to the Griffing (1956) method I. The application of this method, allowed to estimate genetic parameters as general and specific ability, reciprocal effects and heterosis. The first experiment allowed the observation of radicle appearance at all the nine genotypes at the stage of three days of age; it was also possible documenting the presence of individual and multiple radicles per seed in the PE populations and the hybrids generated among them. The PE and the multiple radicles frequencies in F1 progenies from hybrids between crossings among C and D populations were 60 % and 14% respectively; however, both characteristics were completely absent in the F1 hybrids derived from crossings between C or D with Tuxpeño, supporting previous evidences of the recessive nature of PE. The related variables to anatomic and histological traits such as radicle primordium number and length of cortical cells and also traverse layer cortical number, were favored by the hybridization among genotypes PE and E. Specifically, the best genotypes in these variables were the hybrid D x E and the C x E, meanwhile, for the metaxilemas number, the combination C x D was the highest. In this study, it was remarkable that the PE seedlings showed two to three radicles, ones were fully separated and others were joined partially or completely. The results from the experiment with seedlings of 21 days validated that the multiple radicles phenomena was influenced by PE, and it was found in proportions from 7 to 18%, meanwhile the PE frequency was shown in the order of 62%. It was also confirmed that the PE behaves as recessive trait in F1. At this age, the genotypes reached different developmental stages (V3 and V4), most of the studied variables showed that the hybridizations of PE genotypes with Tuxpeño turned out to be the most efficient. In general, it can be said that radical dry matter represented only 60% of the total canopy dry mater weight in all genotypes, what for the condition of two or more radicles and multiple plumules per seedling in PE maize did not confer apparent advantage at this developmental stage. The two yield performance assays allowed to settle down that the Not-PE genotypes showed a better agronomic performance compared to the PE genotypes, in regard to precocity, minor root logging, and higher ear yield. The superior performance genotypes at this stage were C x E and D x E. The estimates of genetic parameters in the three study lead to state that the genetic additive effects were presented only in the variable cortical cells length LCC (first study), leaves number NH (second study), and for all the agronomic traits (third study), while the reciprocal effects were presented in cortical cells number NCC, metaxilemas number (MXN) and dry root weigh (PSR) and canopy dry weight (PST). The E population was the best genotype to inherit characteristic in both seedling stage and agronomic traits given its ACG values. The hybrids with the best ACE values were C x E and D x E, and also the better heterosis values in most of the characteristics studied in the three evaluation stages. The correlation coefficients obtained along experiments showed an inconsistent association among variables; however, it was calculated a low but significant positive and negative correlation between seedlings leaves number (NH) with all the agronomic traits. This may indicates that a good seedlings setting leads to a better crop development, yield included. The genotypes C x E and D x E presented the best performance throughout the three evaluation stages."

Master thesis

Zea mays L. Poliembrionía Radículas múltiples por semilla CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Estudios genéticos sobre la poliembrionía en maíz. Análisis retrospectivo

JOSÉ ESPINOZA VELAZQUEZ EPIFANÍA LIZBETH VALDEZ LARA VÍCTOR MANUEL GONZÁLEZ VÁZQUEZ NOÉ MUSITO RAMÍREZ JOSÉ EZEQUIEL GALLEGOS SOLÓRZANO JUANA SÁNCHEZ LAUREANO ADALIRA VILLARREAL CÁRDENAS JOSÉ MANUEL ALCALÁ RODRÍGUEZ (2006)

"La condición de semilla prolífica o poliembriónica en maíz (PE) es un fenómeno documentado, apoyado con resultados experimentales fehacientes. A la fecha, por vía de selección recurrente, se ha tenido éxito en generar dos poblaciones, enana y normal, con PE igual o superior a 65%. De manera concomitante al proceso selectivo, se han llevado a cabo una serie de estudios de índole genético y agronómico con la finalidad de desentrañar ventajas y desventajas del fenómeno PE con miras a su utilización práctica en el diseño de variedades de maíz especializado. En este trabajo se analizan y confrontan resultados sobre los siguientes temas: probables mecanismos genéticos que intervienen en la expresión de la PE en estas dos poblaciones; las cualidades nutricionales de sus semillas; combinaciones de germoplasma PE y de Alto aceite; y resultados preliminares sobre análisis de ADN, en bandas atribuibles a las poblaciones poliembriónicas de maíz"

"The multiple seedlings per individual seed or polyembryony in maize (PE) is a well known phenomena supported by suitable experimental results. So far, by means of recurrent selection, two maize populations (dwarf and normal) have been developed; the PE frequency on them is no less than 65%. Concomitant to the selection process, several genetics and agronomical studies have been undertaken in order to bring out advantages and disadvantages of the possible use of PE in the designing of new varieties. In this work, a series of experimental results are analyzed and confronted on subjects such as: possible genetic patterns on the PE phenomena in these two populations; nutrient PE seed qualities; comparisons on germplasm levels of PE and high oil corn; and preliminary results on DNA molecular analysis on the two PE maize populations"

Article

Zea mays L. Poblaciones, Selección recurrente Genética Poliembrionía CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA

Características de Raíz en Plántulas y su Relación con la Producción de Plantas Adultas de Maíz Involucrando Poliembrionía

JOSÉ ESPINOZA VELAZQUEZ JOSÉ MANUEL ALCALÁ RODRÍGUEZ DANIEL SÁMANO GARDUÑO JESÚS VALDÉS REYNA HUMBERTO DE LEÓN CASTILLO VÍCTOR MANUEL GONZÁLEZ VÁZQUEZ (2008)

"El desarrollo del sistema radical es importante en el mejoramiento de cultivos; el tema tiene uso potencial en la identificación de metodologías alternativas rápidas para identificar genotipos sobresalientes en etapas tempranas de desarrollo de plantas. Este trabajo fue desarrollado con el objetivo de explorar probable asociación entre variables del sistema radical seminal (SRS) y el comportamiento productivo de genotipos derivados de un dialélico completo de tres poblaciones de maíz (Zea mays L.) , dos de alta frecuencia poliembriónica (PE) y una No-PE de alto contenido de aceite en grano (TAA). La calificación de plántulas de 21 días, se llevó a cabo en invernadero, y la evaluación de características de producción de los genotipos fue realizada en dos ensayos de rendimiento, ciclo primavera- verano (P-V) 2008, bajo un diseño experimental de Bloques Completos al Azar, dos repeticiones. Los Resultados corroboraron la alta frecuencia (60 a 65%) del fenómeno en las poblaciones PE, así como la presencia de dos o tres radículas en el SRS en frecuencias de 7 a 18%. La hibridación de las PE con TAA ratificó la naturaleza recesiva del carácter PE, y al mismo tiempo permitió apreciar la combinación exitosa de la hibridación en variables, tanto de plántula de 21 d, como de plantas adultas. La estimación de parámetros genéticos en las dos etapas de estudio permiten señalar la presencia de variancia aditiva en las características: Número de hojas (NH, en plántulas) y Rendimiento y otras agronómicas (en Planta adulta). Los efectos recíprocos se detectaron sólo en variables de plántula. La población TAA presentó mayor capacidad para transmitir características positivas dado sus valores de ACG. La correlación de caracteres estudiados entre las variables de las dos etapas de desarrollo fue generalmente inconsistente pero positiva y significativa entre NH y Rendimiento"

"In crop’s breeding programs, like maize (Zea mays L.), a well understanding of the radical system development is quite relevant. The issue has potential use in the allocation of alternative methodologies for the identification of outstanding genotypes in early stages of plant development. This work was undertaken to explore possible association among traits of the seedling’s root system (SRS) and adult plant performance in genotypes derived from a set of three populations full diallel design. Two of the populations have a high polyembryonic frequency (PE); the third is Non-PE but high in seed oil content (TAA). The 21 d seedlings were evaluated under greenhouse conditions meanwhile the performance assay was done in two geographical locations during the Spring-Summer of 2008. A complete blocks design, two replicates, was used. Results stated that PE was present in the PE populations in frequencies from 60 to 65 % and that the presence of two or three radicles was observed in 7 to 18 % of the PE seedlings. Hybrids between PE and TAA confirm the recessive behavior of the PE trait, and at the same time had shown the superior performance of the hybrids in seedlings (21 d of age) and adult plant stages. The genetic parameters estimation in both stages of development led to state significant additive variance components for the traits: Seedlings Leaf Number (NH) and Yield and others in adult plants (assays). The reciprocal effects were present in seedlings traits only. The TAA population was better in transmitting positive characteristics to the offspring (significant GCA values). The association among traits in the two development stages was inconsistent but positive and statistically significant between NH and Yield."

Article

Zea mays L. Radículas múltiples Poliembrionía Dialélico completo Parámetros genéticos CIENCIAS AGROPECUARIAS Y BIOTECNOLOGÍA