Interacción Genotipo X Ambiente

importancia en el mejoramiento genético y en la evaluación y elección de cultivares

Fitotecnia

17/8/2010Facultad de Agronomía, UDELAR

Mejoramiento Genético

DiversidadGenética

RecombinaciónObtención de cultivares

Evaluación de cultivares

Comercialización de cultivares

Selección

Individuo: P = G + EPoblación: P = G + E + GxE

Algunos conceptos previos

Es posible que dos cultivares y/o genotipos tengan diferentes rendimientos en un solo ambiente?

Genotipo 1 Genotipo 2

AMBIENTE 1

E1

G2

G1

R

Se llama efecto genotipo (G)

Algunos conceptos previos

Es posible que un cultivar y/o genotipo tenga diferente rendimiento en dos ambientes?

Genotipo 1 Genotipo 1

AMBIENTE 1

E1

G1

R

Se llama efecto ambiente (E)

AMBIENTE 2

E2

¿Qué es la Interacción GxE?

Genotipo 1 Genotipo 2 Genotipo 1 Genotipo 2

AMBIENTE 1 AMBIENTE 2

E1 E2

G2

G1

R

Es un cambio en la respuesta de los genotipos a los diferentes ambientes.

AMBIENTE 2AMBIENTE 1

AMBIENTE 2AMBIENTE 1

E1 E2

E1 E2

Tipos de respuesta

AMBIENTE 2AMBIENTE 1 E1 E2

G2

G1

RR

G1G2

R

G1 G2 G1 G2

GxEcambio ranking

G1 G2 G1 G2

NO hay GxE

G1G2

R

G1 G2 G1 G2

GxENo cambio ranking

Indice ambiental

Rend.

Genotipo 1Genotipo 2Genotipo 3Genotipo 4

Relación entre rendimiento e índice ambiental

Adaptado de Satorre et al., 2003

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

Ejemplos de GxE

Ejemplo 1. Rendimiento en grano (Kg ha-1) de cultivares de Cebada en el Uruguay.

2500

3000

3500

4000

4500

5000

5500

2007 2008 2009

Rend. (kg/ha)

CLE 247 MP 1010 Clipper

Ejemplos de GxEEjemplo 2. Calidad de grano (% granos > 2.5 mm.) de

cultivares de Cebada evaluados en el 2009.

Estanzuela Young Dolores Valdense Ombúes PaysandúAmbev 42 2 3 1 2 2 2

CLE 233 4 2 3 4 3 3

Musa 936 3 4 4 3 4 4

CLE 259 1 1 1 1 1 1

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Estanzuela Young Dolores Valdense Ombúes Paysandú

% 1a + 2

a

Ambev 42 CLE 233 Musa 936 CLE 259

Ejemplos de GxE

Ejemplo 3. Proteína en grano (%) de cultivares de Cebada evaluados en el 2009.

8

8.5

9

9.5

10

10.5

1 1

1 1 .5

12

12.5

Estanzuela Young Dolores Valdense Ombúes Paysandú

Proteína en grano (%)

Musa 936 Daymán CLE 240

R² = 0.8966

R² = 0.8527

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Young 1 08 LE 1 08 LE 1 07 LE 2 08 Young 1 07 LE 2 07

Rend. grano (kg/ha)

AmbientesIPB 880 MG CL EST 1969

Young 1 08 LE 1 08 LE 1 07 LE 2 08 Young 1 07 LE 2 071496.63636 2813.81818 7331.54545 7368.54545 8810.09091 10870.2727

IPB 860 MG CL 1348 2059 8038 5821 9505 12539

IPB 880 MG CL 815 2852 7686 6561 8258 11577

AX 852 MG 2256 2643 3590 6397 9083 11374

AX 886 MG 1119 2647 7543 8506 9410 11318

SPS 7 M31 MG 1018 2511 7770 6963 7079 10989

P2053Y 1034 2650 7483 9963 8848 10972

AX 744 MG 1775 1889 8003 7728 9064 10508

AX 878 MG 1926 3205 8559 6460 9444 10507

ROG 2790 MG 1154 3383 7882 7434 8407 10407

AW 190 MG (TRC) 2141 3613 6780 8004 8493 9781

NX 9435 TD MAX 1877 3500 7313 7217 9320 9601

LT 625 1019 3307 7729 7407 7865 6025

EST 1969 2156 2361 5095 6465 8383 7098

MAÍZMAÍZ

¿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 AÑOEfecto AÑOxLOCALIDADEfecto LOCALIDAD

Efecto MANEJO

Implicancias de GxEpara el MEJORAMIENTO

Ambientes de selección:

-¿Ambientes de selección similares a los ambientes de producción?

-¿Selección para ambientes específicos/adaptaciones específicas?

-¿Selección para adaptaciones generales?

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

-Manejo a realizar en el ambiente de selección

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

Implicancias de GxEpara la EVALUACIÓN

Ambientes de evaluación de cultivares:

-¿Ambientes de evaluación similares a los ambientes de producción?

-Número y tipo de ambientes a utilizar en la evaluación de los cultivares.

-Manejo a realizar en el ambiente de evaluación.

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

Implicancias de GxEpara ELECCIÓN de cultivares

Elección de cultivares:

-Adaptaciones específicas/generales

-Performance en el ambiente objetivo

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

Utilización de GxE

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

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

Fuente de Variación SC CM VarianzaAmbiente:

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.

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

Fuente: Ceretta and van Eeuwijk, 2008

Componente de varianza Varianza %Ambiente 0.984 67Cultivar 0.101 7Cultivar x Año 0.039 3Cultivar x Localidad 0.023 2Cultivar x Año x Localidad 0.023 2Cultivar x Fecha de siembra x Año 0.109 7Error experimental 0.179 12

El componente más importante de la interacción GxE es Cultivar x Fecha de siembra x Año

Utilización de GxE

2. Agrupamiento de ambientes similares:

-Correlaciones

-Cluster análisis

-Biplots

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

Genotipo E1 E2 E3G1 10 20 15G2 15 30 10G3 20 40 20

La utilización del ambiente E1 y E2 es redundante, no provee información adicional

Mega-Ambientes

Utilización de GxE

3. Aprovechamiento del análisis de GxE para el mejoramiento:

ESTABILIDAD

-Adaptaciones específicas

-Adaptaciones generales

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

R

R

R

b1=0

b1=1

δij=chico

Evaluación de Cultivares

• Responsabilidad de INASE• Realizada en convenio con INASE (INIA)• Anualmente se evalúan más de 700 cultivares

pertenecientes a 43 especies• Siembra de más de 70 ensayos por año distribuidos en

11 localidades diferentes

• 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 Agronomía – Otras instituciones según la especie : LATU, Gremial de

Molinos Arroceros, Consorcio de Semilleristas de Arroz, etc.

Evaluación de Cultivares

Evaluación de Cultivares

• 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

• Cultivos agrícolas de secano de invierno• Cultivos agrícolas de secano de verano• Arroz• Forrajeras• Especies hortícolas

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 años5 cvs. 2 años23 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

morfológicas31 cvs. Ciclo corto55 cvs. Ciclo medio

Lotus corniculatus

• LE• Producción total y estacional de materia seca (corte copn maquina)

19 cvs.

Unica especie sin interacción localidad x cultivar significativa (FPTA222)

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 apropiados.

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

ExamenLotus corniculatus (2006) LE Colonia S ALTO PL

TyTresPP

TyTresCRUZ DEL SUR 6360 5547 1352 310GE EXPO501 6777 6386 1843 808GU 200506 4814 3371 113 414GU 200603 7124 6137 1375 1324GU 200604 7001 6070 1083 327INIA DRACO 6113 6383 1461 961SAN GABRIEL 6046 5959 1740 1357MDS 5% 1601 1037 615 603

* ** ** **

FITOTECNIA: Lucía Gutiérrez

1. Usted es un mejorador de Lotus corniculatus. En base a estos datos del sistema de Evaluación de Cultivares a) determine si existe interacción genotipo por ambiente.b) identifique el mejor cultivar.2. Usted está asesorando un productor ganadero en Paysandú. Qué cultivar elije sembrar?