MEJORAMIENTO GENÉTICO Y BIOTECNOLOGÍA herramientas para la adaptación de los cultivos al cambio climático

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MEJORAMIENTO GENÉTICO Y BIOTECNOLOGÍA herramientas para la adaptación de los cultivos al cambio

climático

Luis Inostroza Ing. Agron., Dr. Cs.

INIA Quilamapu

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Mejoramiento genético y alimentación humana

millones) Mg ha-1 )

9 ha)

miles de m de trigo (M

a (109

blación (m imiento d

irrigada 06 ton)

Pob Rendi

able o ante N (10

Area ara Fertiliza

Años

Slafer (2001) Slafer (2001)

(3)

“Diversidad Genética”

Fundamento del mejoramiento genético.

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Consecuencias del mejoramiento genético

• Incremento de la productividad en ambientes ‘ideales’

• Perdida de diversidad genética para caracteres que confieren adaptabilidad (rendimiento potencial vs estabilidad)

estabilidad).

• Ineficiencia de los métodos de selección

• Incorporación de nuevas herramientas (fenotípicas y genéticas).

(5)

Nuevas herramientas disponibles

(genéticas)

(6)

GENOMAS SECUENCIADOS 6 especies cultivadas + arabidopsis

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Diseño de ideotipos

Nuevas herramientas fenotípicas disponibles

G-3 Eficiencia en el uso del agua G-4 Photo-Proteccion

•WUE of leaf photosynthesis -low ^12/13C discrimination

•Spike/awn photosynthesis

•Leaf morphology:

-wax/pubescence -posture/rolling

•Anti-oxidants -pigments

-enzymes p p y

•High harvest-index posture/rolling

-pale colour enzymes

G-2 acceso al agua (raíces) A i il ti t

G-1 precocidad vegetativa

•Favourable water relations:

-stomatal conductance Ψ l f

•Assimilation rate

•stem carbohydrates

•Rapid ground cover -Ψ leaf

-high RLWC -cool canopy

( ti dj t t)

•Rapid ground cover

-protects soil moisture

•Emergence from deep-sowing -(osmotic adjustment)

•Emergence from deep-sowing -Long coleoptile

-Large seed

Reynolds, 2003

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Cambio climático y productividad de los cultivos

Efectos directos (fisiología de planta)

f é

– Incremento capacidad fotosintética de plantas C3 (Trigo, cebada).

– Estabilidad en C4 (maíz, sorgo).

– Incremento en la eficiencia en el uso d l C3 C4

>[CO ] del agua en C3 y C4.

>[CO_{2 amb}]

Efectos indirectos (cambio climático)

– Incremento de temperatura (2-3°C)

– Cambio regimenes de precipitaciones (sequías e inundaciones).

( q )

Ceccarelli et al., 2010

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“Proyecto integrado sobre Riesgo Climático y su Proyecto integrado sobre Riesgo Climático y su Prevención en el Sector silvoagropecuario”

Iniciativa priorizada por el MINIAGRI.

Considera dentro de sus líneas de trabajo

d ll h i t t ló i

desarrollar herramientas tecnológicas para adaptar los sistemas productivos a los

nuevos escenarios climáticos basadas en el nuevos escenarios climáticos, basadas en el mejoramiento genético.

http://www.inia.cl/adaptacioncc/

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Adaptación al cambio climático

Desarrollo de variabilidad genética

– Ancestros silvestres

– Poblaciones naturalizadas (landraces)

– Bancos de germoplasma

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Cultivos priorizados p

• Cereales (trigo y cebada)( g y )

• Solanáceas (Papa y tomate)

• Praderas (trébol blanco y loteras)

Problemática abordada por un equipo

multidisciplinario (Mejoradores, agrónomos, fisiólogos, bioquímicos, biólogos moleculares, estadísticos y bioinformáticos)

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Definiciones Definiciones

Tolerancia a sequía VS Eficiencia de Uso del agua

• Mantención del estado híd i

Tolerancia a sequía VS Eficiencia de Uso del agua

miento (R)

hídrico.

• Mantención de las

funciones de la planta ^EUA⁼^T^R

Rendim

p

con alteraciones del estado hídrico.

• Re hidratación y estado Transpiración (T)

• Re-hidratación y estado hídrico y funciones de la

planta después de la des De Wit (1958)e t ( 958)

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Estrategias para el desarrollo de germoplasma tolerante a sequía

24 - 26 Caesarea '

Harrington

' ×

Desarrollo de RCSLs de cebada

' Harrington '

F

g

×

↓

' Harrington '

F

₁

↓

×

' Harrington '

BC

₁

↓

×

es) generacion (6

Selfing BC

2

×

↓

Matus et al., 2003

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Padre recurrente Padre recurrente

(H i )

Padre donador Padre donador ((CC 2626 2424 )) Caracterización genética

(Harrington)

(Harrington) ((Caesarea 26Caesarea 26--24 24 ))

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Caracterización fenotípica Caracterización fenotípica

Rendimiento de grano (Mg ha^-1)

Localidad Significancia Media Rango

Moro ** 2.1 1.3-2.6 Pendleton ** 4.4 2.9-5.0 Cauquenes * 4.4 2.5-6.0 Santa Rosa ** 8.0 4.8-10.3

Media Localidades 4.7

**, * significativo con P < 0.01 y P < 0.05, respectivamente.

(16)

Mapeo asociativo como Herramienta ó

molecular para asistir la selección de genotipos tolerantes a sequía

• En las 4 localidades id tifi 50 se identificaron 50 QTL

• En el 48% de los

• En el 48% de los QTL, el genotipo de H. spontaneum tuvo H. spontaneum tuvo un efecto favorable sobre la expresión de los caracteres fenotípicos.

(17)

Tolerancia a Sequía y Eficiencia en el uso del agua en leguminosas

f j

forrajeras perennes

(18)

L t t i Lotus tenuis

Perenne.

Diploide.

Polinización cruzada.

Autofecundación incompatible.

Fija N, bajos requerimientos de P, Fija N, bajos requerimientos de P, produce taninos condensados,

forraje de alta calidad.

En Chile no hay cultivares En Chile no hay cultivares comerciales.

Naturalizada en suelos marginales

=> Regiones de Valparaíso (32ºS)

=> Regiones de Valparaíso (32ºS) y del Bíobío (38ºS).

(19)

Acuña et al., 2009

(20)

Esquema de trabajo q j

1) Policruzamiento

2) Prueba de progenies) p g

3) Desarrollo de sintéticos

(21)

Logros PMG Lotus Logros PMG Lotus

ó

35 progenies caracterizadas agronómica y morfológicamente

10 lí d l ió t

10 líneas avanzadas en evaluación en tres localidades.

2 poblaciones con tolerancia a la sequía 2 poblaciones con tolerancia a la sequía contrastante que serán caracterizadas

molecularmente con marcadores microsatélites molecularmente con marcadores microsatélites (Proyecto FONDECYT 2010-2013).

Identificación de QTL que controlan la Q q tolerancia a sequía en L. tenuis (mapeo asociativo).

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Eficiencia en el uso del agua en éb l bl

trébol blanco

EVALUACIONES Agua transpirada Agua transpirada

Materia seca (tallos, hojas y raíces) EUA (MS/agua transpirada)

PPH (MShojas/MSAt= g g^-1) PAF (AFE PPH=cm² g^-1)

CWSI Δ¹³C gs

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Producción de MS, transpiración (T) y eficiencia en el uso del agua (EUA) de once poblaciones de trébol blanco naturalizadas.

T (kg of water) Poblaciones Prod. MS

(g pot^-1) SEH CEH

EUA

(EUA) de once poblaciones de trébol blanco naturalizadas.

(g pot ) SEH CEH

2-3-X 21,9 6.6 3.3 4.8 7-1-X 21,5 6.1 3.8 4.6 9-1-X 26,1 5.8 3.2 6.2 5-2-X 22,3 5.8 3.3 5.0 8-2-X 20,7 5.4 3.1 5.2 12-2-X 22,3 5.3 3.1 5.5

8-1-X 18 5 6 1 3 1 25-30% %4 2

8 1 X 18,5 6.1 3.1 4.2 9-2-X 22,0 5.6 3.2 5.3 6-1-X 18,7 4.6 3.3 4.8 Huia 14,6 5.4 3.6 3.4

Will 24 1 8 6 4 3 3 9

Will 24,1 8.6 4.3 3.9

LSD 3.76 0.73 0.6 1.03

Significance *** *** * ***

Tratamientos hídricos

SEH 24.6 4.2

CEH 17.7 5.4

LSD 1.6 0.43

Significance *** ***

Inostroza & Acuña, 2010.

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Caracterización fenotípica de dos poblaciones con alta EUA para selección de parentales

selección de parentales.