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Interacción Genotipo x Ambiente sus implicancias en la evaluación de

cultivares y el mejoramiento

Fitotecnia

10/8/2012

Facultad de Agronomía, UDELAR

Andrés Locatelli

Mejoramiento Genético

Diversidad

Genética

Recombinación

Selección

Evaluación de líneas/cultivares

Comercialización de cultivares

Líneas

avanzadas

X

Algunos conceptos previos

Dos cultivares y/o genotipos muestran diferentes

rendimientos en un solo ambiente?

Genotipo 1 Genotipo 2

AMBIENTE 1

E1

G1

G2

R

Efecto genotípico (G)

Algunos conceptos previos

Un cultivar y/o genotipo muestra diferente

rendimiento en dos ambientes?

Efecto ambiente (E)

Genotipo 1 Genotipo 1

AMBIENTE 1 AMBIENTE 2

E1

G1

R

E2

Hasta ahora…P = G + E

•La diferencia en la performance de un genotipo entre

ambientes sólo se debe a ellos

E1

G1

G2

R

E1

G1R

E2

Efecto ambiente (E)Efecto genotípico (G)

P = G + E + IGxE

•Un ambiente tiene el mismo efecto sobre distintos

genotipos

¿Qué es la Interacción GxE?

Genotipo 1 Genotipo 2 Genotipo 1 Genotipo 2

AMBIENTE 1 AMBIENTE 2

G2

G1

E2

R

E1

Es un cambio en la respuesta relativa

de los genotipos a los diferentes

ambientes.

Tipos de respuesta

AMBIENTE 2AMBIENTE 1 E1 E2

G2

G1

RR

G1

G2

R

G1 G2 G1 G2

GxE

cambio ranking

G1 G2 G1 G2

NO hay GxE

G1

G2

R

G1 G2 G1 G2

GxE

Sin cambio

ranking

8000

9000

10000

11000

12000

13000

14000

La Estanzuela Young

Kg

gran

o/h

a

Dow 2M495MG X7F752T

Red inia – inase, 2009-2010

Rendimiento en grano (Kg ha-1) de dos

cultivares de Maíz evaluados en 2009 - 2010.

Ejemplos de GxE

Fuente: convenio inia-inase (www.inia.org.uy)

Ejemplos de GxE

Rendimiento en grano (Kg ha-1) de cultivares

de Cebada evaluados en 2009.

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

2007 2008 2009

Re

nd

. (kg

/ha)

CLE 247 MP 1010 Clipper

Ejemplos de GxE

Calidad de grano (% granos > 2.5 mm.) de cultivares de

Cebada evaluados en el 2009.

Fuente: convenio inia-inase (www.inia.org.uy)

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Estanzuela Young Dolores Valdense Ombúes Paysandú

% 1

a +

2a

Ambev 42 Musa 936 CLE 259

Ejemplos de GxE

Proteína en grano (%) de cultivares de

Cebada evaluados en el 2009.

Fuente: convenio inia-inase (www.inia.org.uy)

8

8,5

9

9,5

10

10,5

11

11,5

12

12,5

Estanzuela Young Dolores Valdense Ombúes Paysandú

Pro

teín

a e

n g

ran

o (

%)

Musa 936 Daymán CLE 240

¿Qué es un Ambiente?

Variables predecibles:

-Tipo de suelo

-Época de siembra

-Espaciado entre plantas

-Densidad de siembra

-Aplicación de nutrientes

Variables impredecibles:

-Precipitaciones

-Temperatura

-Humedad relativa

-Plagas y enfermedades

Efecto AÑO

Efecto AÑOxLOCALIDADEfecto LOCALIDAD

Efecto MANEJO(Allard and Bradshaw, 1964)

Efecto año

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

Efecto localidad

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

Efecto año x

localidad

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

Genotipo 1

Efectos ambientales

Interacción

G x año

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

Interacción G

x localidad

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

Genotipo A

Genotipo B

Interacción G x año x

localidad

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

LE10 Y10 LE11 Y11

Rend.

Para incrementar la Producción Agrícola se

hace necesario el incremento de la eficiencia

de la utilización de los recursos

Qué hacemos con la interacción G x E?

Fenotipo

Genotipo

Ambiente

In. G x E

•Ignorarla

•Usamos las medias de los genotipos a través de

los ambientes, aunque exista GxA

•La explotamos cuando sea significante y del tipo

cruzada.

No podemos

ignorarla!!!

Implicancias de GxE

Ambientes de selección:

-¿Ambientes de selección similares a los ambientes de

producción? ¿Necesariamente para todo tipo de carácter?

-¿Selección para ambientes específicos/adaptaciones

específicas?

-¿Selección para adaptaciones generales?

-Manejo a realizar en el ambiente de selección vs manejo

en ambiente de producción?

Para el mejoramiento

Implicancias de GxE

Ambientes de evaluación de cultivares:

-¿Ambientes de evaluación similares a los ambientes de

producción?

-Manejo a realizar en el ambiente de evaluación.

-Número y tipo de ambientes a utilizar en la evaluación de

las líneas?

-n de ambientes diferentes (presencia de G x E)

-Similitud con zonas de producción

Para la evaluación

Utilización de GxE

1. Estimación de GxE a través de Análisis de Varianza:

Fuente de Variación SC CM Varianza

Ambiente:

Localidad

Año

Genotipo

Interacción GxE:

Genotipo x Localidad

Genotipo x Año

Genotipo x Localidad x AñoError

Utilización de GxE

Componentes de varianza de cultivares de Cebada en

Uruguay.

Fuente: Ceretta and van Eeuwijk, 2008

Componente de varianza Varianza %

Ambiente 0.984 67

Cultivar 0.101 7

Cultivar x Año 0.039 3

Cultivar x Localidad 0.023 2

Cultivar x Año x Localidad 0.023 2

Cultivar x Fecha de siembra x Año 0.109 7

Error experimental 0.179 12

G x E

(14%)

Fraschina et al., 2007

Ejemplos:

3 años y 4 localidades

4 años y 4 localidades

Utilización de GxE

2. Agrupamiento de ambientes similares:

-Correlaciones

-Cluster análisis

-Biplots

La utilización del ambiente

E1 y E2 es redundante, no

provee información

adicional

Mega-Ambientes

Genotipo E1 E2 E3

G1 10 20 15

G2 15 30 10

G3 20 40 20

Utilización de GxE

3. Aprovechamiento del análisis de GxE para el

mejoramiento:

ESTABILIDAD

-Adaptaciones generales

-Adaptaciones específicas

R

R

b1=0

b1=1

R

b1>1

Indice ambiental

Rend.

Genotipo 1

Genotipo 2

Genotipo 3Genotipo 4

Relación entre rendimiento e índice

ambiental

Adaptado de Satorre et al., 2003

EVALUACIóN DE CULTIVARES

El marco legal existente

• Necesidad de registro de los cultivares

• Registro requiere evaluación

• Ley 16811 (1997): la evaluación es responsabilidad de INASE

• Convenio INIA-INASE (1998)

•Objetivo de la evaluación: proveer de información básica,

confiable y objetiva acerca del comportamiento de los

cultivares de las distintas especies a nivel nacional, útil para el

Registro Nacional de Cultivares y para los usuarios del sistema

EVALUACIÓN

Se realiza de acuerdo a protocolos elaborados por grupos de

trabajo (GTTE), integrados por representantes de:

– INIA

– Productores de semillas:

• Asociación de Productores de Semillas

• Cámara Uruguaya de Semillas

– Usuarios de Semillas

– Dirección General de Servicios Agrícolas del MGAP

– Facultad de Agronomia

– Otras instituciones según la especie : LATU, Gremial de

Molinos Arroceros, Consorcio de Semilleristas de Arroz, etc.

Evaluación de Cultivares

• Anualmente se evalúan más de 700 cultivares pertenecientes a 43

especies

• Siembra de más de 70 ensayos por año distribuidos en11 localidades

diferentes

• Diseño experimental

• Análisis estadístico

• Número de años

• Número de localidades

• Variables medidas

• Manejo de experimentos

• Sin continuidad una vez cumplidos los

requerimientos. (algunas excepciones como arroz y

cebada)

Evaluación de Cultivares

Evaluación de Cultivares

• Cultivos agrícolas de secano de invierno

• Cultivos agrícolas de secano de verano

• Arroz

• Forrajeras (leguminosas y gramíneas)

• Especies hortícolas

• Especies frutales

• Especies forestales

(“registro sin

evaluación oficial”)

Especies

Cebada

• LE, Young (SD), Dolores (SD), Valdense (SD), O.

de Lavalle, Paysandú

• Incluye todos los cultivares sembrados más los

cultivares en evaluación

• Rendimiento, Clasificación, Fenología, Proteína,

Características morfológicas

• Comportamiento sanitario (+ colecciones

inoculadas)

• Evaluación de calidad maltera (LATU)

15 cvs. 3 o más años

5 cvs. 2 años

23 cvs. en primer año

Soja

• Separación en ciclos cortos y medios

• LE(2 épocas), Young (SD)

• Solo cultivares en evaluación

• Rendimiento, Porcentaje de aceite, Días a floración, Características

morfológicas

31 cvs. Ciclo corto

55 cvs. Ciclo medio

Lotus corniculatus

• LE

• Producción total y estacional de materia seca (corte con

máquina)

19 cvs.

Única especie sin interacción localidad x cultivar significativa

(FPTA222)

Información Disponible

• Evaluación Oficial INIA-INASE

• Folletos empresas semilleristas

• Información experimental privada.

Limitantes información

• Pocas localidades y pocos años.

• Baja repetibilidad de materiales en las

evaluaciones oficiales.

• Información privada:

– No está fácilmente disponible.

– No siempre tiene testigos o no se conocen.

– No siempre tiene adecuado manejo

estadístico de la información.

2006/07 2007/08 2008/09 2009/2010

Soja 34 15 3 (5.8%) 0

Maíz 39 16 6 (15.4%) 3(8.8%)

Girasol 44 5 0 -

Sorgo 39 12 0 -

Baja repetibilidad de los materiales

en las evaluaciones…

Red inia – inase

Pocas localidades…

2009/2010

Girasol Maíz Soja Sorgo

Le 1 X X X X

Le 2 X X

Young 1 X X

Young 2 X X

Red inia – inase

2008/2009

Girasol Maíz Soja Sorgo

Le 1 X X X

Le 2 X X

Young 1 X X

Young 2 X X

Síntesis

La interacción Genotipo x Ambiente es un

fenómeno extremadamente común.

Entender los componentes de la interacción

Genotipo x Ambiente es fundamental a todo nivel:

• Mejoradores: elegir los ambientes de selección

y evaluación.

• Criaderos: elegir los cultivares a producir.

• Técnicos y Productores: elegir los cultivares a

sembrar.