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MÉTODOS PARA LA GENERACIÓN DE HÍBRIDOS
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CAPITULO IX.MÉTODOS PARA LA GENERACIÓN DE HÍBRIDOS.
9.1. La heterosis en la hibridación
El fenómeno de la heterosis ha sido el pilar fundamental para el desarrollo y
producción de híbridos. La heterosis es definida por Falconer (1970) como el
comportamiento de la progenie más allá de los límites impuestos por los progenitores lo
que permite que los híbridos adquieran un valor agronómico y que pueda ser expresado
con base en el promedio de los progenitores o con base en el promedio del mejor
progenitor (heterobeltiosis). La heterosis es de mayor significancia durante la F1,
disminuyendo en la F2 por efecto de la segregación de genes que genera nuevos
genotipos diferentes al observado en la F1.
La mayoría de los estudios involucran la dominancia y la sobre-dominancia como
los mecanismos causantes de la heterosis, pero estudios recientes revelan que el
ligamiento de genes y epistasis pueden jugar un rol importante (Budak y col., 2002). La
hipótesis de la dominancia sugerida por Davenport (1908), establece que la heterosis
resulta de la acción complementaria y acumulativa de genes dominantes, mientras que
la hipótesis de sobredominancia propuesta por Shull (1908), establece que ese vigor se
debe a la condición heterocigota en sí.
La heterosis puede ser expresada de diferentes formas, dependiendo del criterio
usado para comparar el comportamiento de un híbrido utilizándose los términos de
heterosis media, (con base en el promedio de los progenitores), heterosis útil (con base
en el promedio de un testigo estándar comercial) y heterobeltiosis (con base en el
promedio del mejor progenitor). Desde el punto de vista práctico, la heterosis útil es la
más importante, porque permite desarrollar híbridos deseables superiores a los
genotipos comerciales existentes en los sistemas de producción actual (Espitia y col.,
2006). Miranda (1999), afirma que la expresión de la heterosis es menor en
cruzamientos entre poblaciones de polinización abierta de base genética amplia. Alam y
col. (2004) señalan que es mejor expresar la heterosis no solo en comparación con los
valores parentales sino también con un buen genotipo testigo, dado que la heterosis en
los cruzamientos de variedades poco productivas no tiene interés comercial.
Méndez-Natera y col. (1997) encontraron que en algodón (G. Hirsutum L.) la se
manifiesta positivamente para el diámetro del tallo, altura de planta y número de ramas
fructiferas, y en forma negativa para el porcentaje de fibra. Esto confirma la posibilidad
de utilizar la hibridación en este cultivo para generar cultivares de mayor potencial
productivo. En los programas destinados a obtener híbridos de maíz (Z. mays L), el
conocimiento de las relaciones genéticas entre las líneas es de gran utilidad para la
planificación de los cruzamientos que darán origen a los híbridos (Betrán y col., 2003).
Para facilitar el uso de la heterosis y predecir el comportamiento de los híbridos
es necesario el establecimiento y uso de líneas divergentes que logren manifestar
heterosis en sus combinaciones híbridas (grupos heteróticos). Una forma de
clasificación utilizada por el mejorador tradicional es a través de la aptitud combinatoria,
la cual ha presentado grandes resultados (Fan y col., 2003). Soengas y col. (2003)
mencionan que cuando se utiliza un grupo de probadores divergentes en cruzas de
prueba, se puede estimar la distancia genética de las líneas involucradas y estas
pueden ser clasificadas en diferentes grupos heteróticos basándose en el
comportamiento de las cruzas y los probadores.
Esta tarea ha sido necesaria porque no se ha podido correlacionar
suficientemente el comportamiento propio de las líneas con el comportamiento de la
progenie híbrida para caracteres importantes agronómicamente, principalmente
rendimiento (Hallauer, 2000). Malacarne y San Vicente (2003) lograron clasificar el 87%
de las líneas tropicales blancas del Centro internacional de Mejoramiento de Maíz (Z.
mays) y Trigo (T. aestivum) (CIMMYT) en dos grupos heteróticos: "A" y "B", los cuales
poseen un uso potencial en los programas para el desarrollo de híbridos en Venezuela.
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La posibilidad de producir semilla híbrida en un cultivo depende de que se
manifieste un alto grado de heterosis al cruzar las líneas puras al existir un evidente
contraste entre ellas ttal como es reportado por Baena y col. (2003) en tomate.
9.2. Heterosis vs endocría
El efecto de la endocría depende del tipo de planta con la que se este
trabajando. En las plantas alógamas, de condición naturalmente heterocigota, la
autofecundación posee un efecto negativo sobre el comportamiento de las plantas
autofecundadas conocido como depresión por endocría (Benson y Hallauer, 1994).
En el maíz (Z. mays), por ejemplo, los resultados de algunas autofecundaciones
son desastrosas (fig. 22) y pueden causar una reducción en el vigor y porte de la planta
en el rendimiento de grano, la altura de mazorca, y un incremento en la floración
femenina en las diferentes poblaciones así como un retrazo en la maduración con la
posible extinción de la variedad (Hallauer, 1989; Paterniani, 1978). Los efectos
negativos de la endocría en las plantas alógamas son debidos a la manifestación de
genes recesivos, algunas veces perjudiciales, (Allard, 1960). El efecto negativo de la
endocría tiende a ser suprimido gracias a la expresión de la heterosis en el cruzamiento
híbrido (fig. 23).
García y col. (2004) estudiaron el efecto de la endocría en poblaciones tropicales
de maíz (Z. mays) asumiendo que para el rendimiento de grano y altura de planta es
posible que hayan sido mayormente favorecidos los efectos de dominancia, mientras
que para altura de mazorca es probable que hayan sido los efectos aditivos los más
favorecidos.
Como regla general, la endogamia en especies alógamas conduce a una pérdida
de vigor, sin embargo, esto no parece estar generalizado. De acuerdo a Allard (1960)
en la cebolla (Allium cepa) aparecen pocos genes recesivos con efectos perjudiciales y
rara vez el vigor de las líneas disminuye tal como curre en el maíz. El girasol
(Helianthus annuus) y el centeno (Secale cereale) son otras especies alógamas
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tolerantes a la autofecundación. Sin embargo, Singh y Singh (1976) mencionan que el
pimentón (Capsicum annuum), manifiesta efectos negativos de la endogamia que causa
depresión en la calidad de las semillas producidas.
Figura 22. Planta de maíz (Z. mays) con cuatro generaciones de autofecundación (S4)
manifestando efectos por la endocría.
Figura 23. Manifestación de heterosis en un híbrido de maíz (Z. mays) generado por el cruce de dos plantas S4.
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9.3. Etapas en la formación de un híbrido
La formación de hibridos en cultivos propagados por semilla involucra las
siguientes etapas:
Inducción de líneas puras.
Evaluación de la capacidad combinatoria (CC) en las líneas formadas.
Cruzamiento entre líneas seleccionadas.
a. Inducción de líneas puras.
En esta etapa se busca obtener plantas homocigotas con caracteres favorables a
la formación del híbrido. Para esta inducción se utilizan los métodos para líneas puras
(Cap. VIII) siendo, según Hallauer (1990) el método de pedigrí el más usado. Al trabajar
con plantas autógamas se considera que la homocigosis se induce naturalmente por la
autofecundación natural mientras que en las plantas alógamas se debe realizar la
autofecundación durante el proceso de selección. La estrategia utilizada en este tipo de
plantas dependerá de los tipos florales presentes (hermafroditas, masculinas o
femeninas). En el maíz (Z.mays L.) la autofecundación se realiza colectando el polen de
la espiga en una bolsa de papel para luego ser llevado a la inflorescencia femenina (fig.
24) tomando todas las precauciones para evitar la contaminación con polen no
deseado.
Las líneas generadas deben mantenerse en campos de multiplicación para su
posterior utilización en la formación de híbridos. Las líneas autógamas se mantienen
gracias a la autopolinización natural y las líneas alógamas deben mantenerse en
campos aislados con polinización libre ya que de no existir alguna fuente externa de
contaminación podrán mantener su genotipo inalterado.
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Figura 24. Autofecundación del maíz (Z. mays L.). El polen tomado de la inflorescencia masculina es llevado a la femenina.
b. Evaluación de la Capacidad Combinatoria (CC).
Posterior a la inducción de líneas se realiza la evaluación de la CC general y
específica de acuerdo a las definiciones establecidas por Sprague y Tatum (1942)
cuando utilizaron el sistema de cruzamientos dialélicos en maíz (Z. mays). Ellos definen
el término de CC general como el comportamiento promedio de una línea en
combinaciones híbridas, y el término CC específica para designar aquellos casos en
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que ciertas combinaciones se comportan relativamente mejor o peor de lo que debería
esperarse en base al comportamiento promedio de las líneas consideradas.
Para la estimación de la CC es necesaria la utilización de plantas denominadas
como probadores o tester’s los cuales pueden ser genéticamente de base amplia
(poblaciones, variedades o híbridos dobles) cuando se trabaja con CCG y de base
estrecha (líneas puras o híbridos simples) cuando se trabaja con CCE (Vega, 1988). El
probador seleccionado para estimar la CC general debe ser del área donde se cultivará
el híbrido
La CC se estima realizando cruzamientos con el probador. Para la CCG se utiliza
el cruzamiento Top-cross tal como lo sugiere Davis (1927) que consiste en realizar
todos los cruces posibles rodeando a la línea con el probador garantizando que este
proporcione suficiente polen para lograr la máxima fecundación. La CCE se estima
realizando cruzamientos dialélicos entre las diferentes líneas puras seleccionadas
previamente por tener una buena CCG. El sistema de cruzamientos dialélicos es
definido por Hayman (1954) como el conjunto de todos los cruzamientos posibles entre
varios genotipos, mencionando que proporciona un medio valioso para determinar los
méritos de las posibles combinaciones híbridas. Su utilidad depende de las
posibilidades de realizar muchos cruzamientos en una especie, la cual es plenamente
favorecida en plantas alógamas.
c. Cruzamiento entre líneas seleccionadas.
Una vez seleccionadas las líneas, se procede al cruzamiento entre ellas para la
formación de un híbrido simple (línea-línea). Para esta etapa se debe disponer de un
campo aislado y libre de cualquier planta compatible con el cultivo que se quiera
hibridizar para evitar cualquier contaminación con polen indeseado. Una vez
establecido quien será la línea materna y la línea paterna, se procede a la siembra en
hileras identificadas.
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Los cruzamientos entre líneas se realizan utilizando técnicas o mecanismos para
evitar posibles autofecundaciones entre las líneas a hibridizar, como lo son la
emasculación (eliminación del androceo) o la androesterilidad (esterilidad de la gameta
masculina). Para la utilización de cualquier alternativa se debe establecer la posibilidad
biológica o económica en el cultivo y de los posibles efectos ambientales sobre la
misma.
La proporción de líneas hembra y macho (relación F/M) en un campo de
hibridación va a depender de cantidad de polen que genere la planta. Debido a que la
semilla híbrida es colectada en las líneas hembras, se debe tratar de utilizar el mayor
número de hileras femeninas, sin afectar la capacidad de polinización al utilizar pocas
hileras macho. La siembra de hileras identificadas se realiza en forma intercalada de
acuerdo a la proporción definida, la cual puede ser de 3:1 o 2:1 (hembra:macho) de
acuerdo a la capacidad polinizadora de la especie. Al utilizarse relaciones mayores se
corre el riesgo de no formar suficiente semilla híbrida por falta de polen. También debe
considerarse la sincronía en la floración de las líneas a cruzar para garantizar la
polinización de todas las plantas femeninas en campo. Si no hay sincronía se debe
sembrar primero la línea que florece más tarde para que haya coincidencia de floración.
Lo anteriormente descrito solo se da cuando se considera la utilización de un
híbrido simple, generado por el cruzamiento de dos líneas puras, tal como lo propuso
Shull (1908) trabajando con maíz (Z. mays L.). En Venezuela, Bejarano (2003) reporta
la generación del primer híbrido simple de maíz (Z. mays L.) amarillo denominado
FONAIAP 1 con rendimiento medio de 6984 kg ha -1. El híbrido FONAIAP 1 es un
cultivar de cruza simple de grano semiduro, constituido por las líneas A: 80-
SUWAN1FHC65-4-2-#-# y B: 92-POB 36 CV HC 144-2-2-B-#*4-I-#. La línea A proviene
de la variedad Suwan 1, de grano amarillo semicristalino, introducida desde Thailandia
y la línea B fue derivada de la línea 92-POB 36 CV HC 144-2-2-B-#*45, recibida del
CIMMYT.
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La formación de híbridos también puede involucrar varios cruzamientos (fig. 25)
generándose los híbridos dobles al cruzar dos híbridos simples (Jones, 1918), híbridos
triples con el cruzamiento de un híbrido simple y una línea pura (Stephens y Lanhr,
1948) o híbridos intervarietales que poseerán una amplia base genética por el
cruzamiento de dos variedades. Esta condición favorece la gran adaptabilidad de este
tipo de cultivar a un amplio rango de condiciones ambientales.
x
Línea A Línea B
Híbrido simple AB
Híbrido simple AB
x
Línea C
Híbrido triple ABC
Híbrido simple AB
x
Híbrido simpleCD
Híbrido dobleABCD
Figura 25. Tipos de híbridos de acuerdo al cruzamiento realizado.
Troyer, (1996) menciona que la producción de maíz (Z. mays L.) en Venezuela
estuvo basada en la utilización de híbridos dobles o de tres líneas debido al bajo
rendimiento de las líneas disponibles para ese momento, las cuales al ser cruzadas
generaban un bajo nivel de heterosis. Una vez que fueron desarrolladas líneas más
vigorosas y productivas se obtuvo un considerable incremento en los rendimientos de
los híbridos simples lo que motivo a su formación gracias a la incursión del Instituto
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Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INA) tomando como base el programa de
híbridos dobles generando suficientemente semilla para que la producción pudiera ser
rentable.
Con las líneas generadas también es posible la formación de las variedades
sintéticas, las cuales son definidas por Poehlman (1959) como una población derivada
del entrecruzamiento de varias líneas puras y mantenida por polinización libre. El uso
de estas variedades se remonta desde la década de los 10´ cuando Hayes y Garber
(1919) sugieren su uso en maíz (Z. mays L.) y poseen la gran ventaja de haber sido
generadas de líneas en las cuales se estimo la CC a diferencia de las variedades
alógamas.
9.4. Utilización de líneas androestériles y restauradoras de fertilidad en la hibridación
Gracias a la existencia de los genes de androesterilidad en algunas especies es
posible la formación de líneas androestériles y restauradoras de fertilidad para la
realización de la hibridación a gran escala sin recurrir a la emasculación. Existen dos
tipos de androesterilidad de acuerdo al lugar donde este presente la información que
condiciona esta característica. La androesterilidad génica esta controlada por la
información presente en el núcleo, designada generalmente por los alelos rf mientras
que la citoplasmática por la información presente en el citoplasma, designada como S.
Al combinar la información del núcleo y citoplasma es posible la generación de las
diferentes líneas a utilizar durante la híbridación.
a. Línea androestéril (A). Corresponde a la línea en la cual se incorpora la
esterilidad nuclear y citoplasmática por lo que se utiliza como línea materna al estar en
capacidad de solo recibir polen en la hibridación.
b. Línea mantenedora (A´). Corresponde a la línea A en la cual se incorpora la
fertilidad citoplasmática. Esta línea es generada para garantizar el mantenimiento de la
línea A necesarias para la hibridación debido a que, debido a su androesterilidad, no
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pueden mantenerse por si solas. Al momento de realizar el cruzamiento la línea A es
utilizada como madre y la A´ como padre generándose líneas A androesteriles que se
utilizaran, por lo tanto, como hembras en la hibridación con la línea B o línea
restauradora de fertilidad.
c. Línea restauradora (B). Corresponde a la línea en la cual se incorpora la
fertilidad nuclear independientemente del componente citoplasmático para garantizar
que la descendencia obtenida a partir del cruce con la línea A androesteril presente
fertilidad. La utilización de esta línea es fundamental en la formación de híbridos cuyo
producto comercial sea la semilla. En el caso de hortalizas, cuyo producto comercial
corresponde a partes vegetativas de la planta, se puede utilizar líneas B con fertilidad
citoplasmática al no importar que la descendencia originada por hibridación produzca
semilla.
Las líneas pueden ser convertidas en androestériles mediante la retrocruza en la
cual el padre donante es una fuente de androesterilidad y el padre recurrente es la línea
a la cual se quiere incorporar la androesterilidad.
El éxito obtenido en maíz (Z. mays L.) con el uso de la androesterilidad
citoplásmica y el descubrimiento del mismo mecanismo en la cebolla (A llium cepa),
aceleraron enormemente su búsqueda en cultivos de interés para la hibridación. En
girasol (H. annuus) fue posible el descubrimiento de la primera de fuente de
androesterilidad citoplásmica, designada cmsPET1, a partir del cruzamiento entre una
introducción de H. petiolaris y el girasol cultivado (2n=2x=34) realizado por Leclercq
(1969).
El siguiente esquema resume la utilización de estas líneas durante la formación
de un híbrido simple:
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9.5. Estimación de rendimientos en híbridos dobles y triples
Durante la hibridación comercial es posible la estimación de los rendimientos de
todos los posibles híbridos dobles y triples a formar con base en los rendimientos de los
híbridos simples formados, seleccionándose aquellos híbridos que puedan expresar un
rendimiento superior. Jenkins (1934) propuso un método de estimación al existir una
buena correlación entre la productividad del híbrido doble (A x B) x (C x D) y la media
de las productividades de los cuatro híbridos simples (A x C), (A x D), (B x C) y (B x D)
es decir (AxC)+(AxD)+(BxC) +(BxD) /4.
De acuerdo a anterior, para la estimación de rendimientos de híbridos dobles o
triples se debe promediar el conjunto de híbridos simples formados por la combinación
de líneas incluidas en los parentales. Este procedimiento se realiza para todos los
posibles híbridos simples, triples o dobles que se puedan formar a partir de las líneas
disponibles.
Línea ALínea A´
(mantenedora)
Línea A(♀)
X
Línea B(♂)X
AB(Híbrido comercial)
Línea B X Línea BReproducción delíneas en parcelas
aisladas
Híbridación
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9.6. Mejoramiento de líneas
Todos los programas de obtención de híbridos deben, en algún momento de su
desarrollo, iniciar el reciclaje de las líneas endocriadas. Una razón puede ser que se
haya explotado todo el potencial de las poblaciones heteróticas disponibles y que el
programa no cuente con recursos para generar más. El reciclaje proporciona un
mecanismo para obtener líneas nuevas y mejoradas para un carácter específico.
Las líneas generadas para la hibridación pueden ser mejoradas aplicando los
siguientes métodos:
a. Cruzamientos entre líneas, autofecundación y selección
Consiste en cruzar entre sí las líneas que muestren complementariedad para
determinados caracteres fácilmente identificables y seleccionables durante el proceso
de autofecundación, como por ejemplo resistencia a enfermedades. La selección
aplicada luego del cruzamiento puede ser masal, de pedigrí o cualquier método de los
indicados para la inducción de plantas homocigotas a partir de la selección de
generaciones segregantes (F2).
b. Retrocruzamiento
Se utiliza para incorporar a una línea un carácter deseable presente en otra u
otras de acuerdo al procedimiento ya descrito (Cap. III). La retrocruza fue considerada
como base para el desarrollo del método conocido como mejora convergente.
c. Mejora convergente
En este método, propuesto por Richey (1927) se mejoran las líneas sin modificar
su aptitud combinatoria específica. Las líneas seleccionadas son cruzadas entre si y
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posteriormente se realiza la retrocruza varias veces por las dos líneas A y B.
Posteriormente se seleccionan, en las descendencias en que actúe la línea A como
genitor recurrente los buenos caracteres de la línea B y recíprocamente, en los que
actúe la línea B como recurrente, los buenos caracteres de la línea A. Luego de varias
generaciones de retrocruzamiento, las descendencias se autofecundan para
seleccionar dos nuevas líneas A' y B' semejantes a las originales, pero incorporando
algunos buenos caracteres más.
d. Selección gamética
Este método propuesto por Stadler (1944), es realmente una modificación de la
evaluación temprana y consiste en cruzar una buena línea consanguínea con una
muestra al azar de polen, procedente de una variedad de polinización abierta. La
descendencia producida es autofecundada y a su vez evaluada mediante cruzamiento
con un probador preestablecido. Se seleccionarán las plantas cuyas pruebas de
cruzamiento den los mejores resultados, pues indudablemente serán las que han sido
fecundadas por polen superior (de ahí el nombre de selección gamética).
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