Hitos de la mejora genética en cereal de invierno

(1)

I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013 1 de 40

CEBADA

Hitos de la mejora genética en

cereal de invierno

Por qué trabajar sobre la cebada?

• Mayor área dedicada a un único cultivo

en España, 3-3.5 millones ha

• Pocas alternativas agronómicas

• Poca mejora privada de cebada en

España

• Tenemos mucha diversidad, poco

(2)

2 Estación Experimental de Aula Dei, CSIC

• Ana M. Casas

• M. Pilar Gracia

• Ernesto Igartua

• Bruno Contreras

• Carlos P. Cantalapiedra

• Jorge Loscos

• Vanesa Martínez

• (Blanca Medina)

• (José Manuel Lasa)

IRTA, UdL Lleida

• Marian Moralejo

• José Luis Molina-Cano

ITACyL Valladolid

• Francisco Ciudad

ITAP Albacete

• Prudencio López Fuster

• Juan Escribano

Blanca Abad, Pilar Asín,

Teresa Acín, Pilar Becerrica,

Clarisa Gracia

Cebada

2000-2010

(3)

La mayor parte de la cebada cultivada en España es de dos carreras,

mientras que la mayoría de las variedades tradicionales eran de seis

carreras: ¿verdadera ventaja o sesgo de la mejora?

• La mayor parte de la cebada se usa para alimentación animal, pocas

zonas de secano son propicias para la cebada de calidad maltera

• Bajo uso de semilla certificada que, hasta ahora, ha retraído el interés de

la mejora privada

(4)

4 Investigación en cebada en España

Número de artículos en el Science Citation Index 2000-2013

Barley + country (in address)

Barley + country (in address) +

breeding or genetics

I Jornada GENVCE 2013, Huesca, 22-23 mayo 2013

8

8 de 40

Las variedades

tradicionales se

desarrollaron en el marco

de un cultivo tradicional

(5)

Orígenes de accesiones de cebada en bancos de germoplasma

Global Biodiversity Information Facility

ESPAÑA:Centro Recursos Fitogenéticos-INIA

Mejora de CEBADA DE INVIERNO

Cuenca Mediterránea

Orígenes de accesiones de cebada de Europa

Global Biodiversity Information Facility

(6)

6 RESISTENCIA A

ENFERMEDADES

CALIDAD

MALTERA

FERTILIZACION

Y MECANIZACION

11 Mejora moderna de la cebada: siglo XX

(7)

Fertilización moderna:

encamado, necesidad de variedades de talla reducida

1. Selección en variedades locales

2. Cruzamientos entre variedades de varios orígenes:

Suecia, Chequia, Alemania, Reino Unido (primavera)

Holanda, Canadá, Francia (invierno)

3. Introducción de nuevas resistencias a enfermedades

4. Nuevos ciclos de recombinación

Historia de la mejora de cebada moderna en Europa, siglo XX

DIVERSIDAD

Etapas de la mejora moderna de cebada en Europa

G Fischbeck 1992, W Friedt 2011

(8)

8

Talla corta resistencia oídio resistencia enfermedades resistencia enfermedades resistencia enfermedades ++ calidad +++ calidad +++ calidad + calidad Baviera Moravia Suecia UK Moravia Suecia Suecia Moravia Baviera Baviera

CEBADA DE

PRIMAVERA

Friedt 2011

Mejora de CEBADA DE INVIERNO

Europa

(G Fischbeck, 2003)

(9)

Mejora de CEBADA DE INVIERNO. Cuenca Mediterránea.

• Importación de variedades

• Programas de mejora locales (Italia, España, etc)

• Pero también:

Variedad local

Albacete

España

Variedad local

Tokak

Turquía

Variedades locales

Varios cultivares

ICARDA

¿Por qué no ha tenido el mismo éxito la mejora de

cebada en la cuenca Mediterránea que en otros

países de la Europa Central y del Norte?

• Variabilidad climática de los ambientes

mediterráneos

• Estreses abióticos, en especial la sequía

• Factores de adaptación (y los genes que la

(10)

10

(11)

Variabilidad en la disponibilidad de agua. Serie de precipitación

histórica durante la primavera en el aeropuerto de Zaragoza.

Gobierno de Aragón, 2012

¿Qué esperanzas tienen los mejoradores actuales de

continuar con el progreso en la obtención de

variedades y, en especial, se puede esperar un mayor

progreso para áreas de clima mediterráneo?

¡MUCHAS!

Dos herramientas fundamentales:

• Diversidad genética, bancos de germoplasma

• Acceso a la diversidad genética mediante biología

(12)

12 Colección nuclear de cebadas españolas:

http://www.eead.csic.es/EEAD/barley/index.php

Igartua et al, 1998, Genet Res Crop Evol; Lasa et al, 2002, Hereditas

Igartua et al. 2010, Proceedings of the 10th IBGS

(13)

Silvar et al. 2009,

Plant Breeding

Adaptaciones de las cebadas españolas

ARA: Aragón BAL: Baleares CAT: Cataluña CLE: Castilla y León CLM: Castilla

La Mancha EUS: Euskadi

AND: Andalucía LRJ: La Rioja MAD: Madrid MUR: Murcia EXT: Extremadura NAV: Navarra VAL: Comunidad Valenciana

Spanish Autonomous Regions I II III-1, III-2, III-3 IV-1, IV-2 Subpopulations K=4 Subtropical Mediterranean Mediterranean Maritime Continental Mediterranean Fresh Temperate Mediterranean Temperate Mediterranean Papadakis Climate Classification

1200 bp 4850 bp HvBM5 intron 1 Subtropical Mediterranean Mediterranean Maritime Continental Mediterranean Fresh Temperate Mediterranean Temperate Mediterranean Papadakis Climate Classification

ARA: Aragón BAL: Baleares CAT: Cataluña CLE: Castilla y León CLM: Castilla

La Mancha EUS: Euskadi

AND: Andalucía LRJ: La Rioja MAD: Madrid MUR: Murcia EXT: Extremadura NAV: Navarra VAL: Comunidad Valenciana

Spanish Autonomous Regions I II III-1, III-2, III-3 IV-1, IV-2 Subpopulations K=4 Subtropical Mediterranean Mediterranean Maritime Continental Mediterranean Fresh Temperate Mediterranean Temperate Mediterranean Papadakis Climate Classification

1200 bp 4850 bp HvBM5 intron 1 Subtropical Mediterranean Mediterranean Maritime Continental Mediterranean Fresh Temperate Mediterranean Temperate Mediterranean Papadakis Climate Classification CLE EXT AND CLM MAD MUR VAL ARA CAT LRJ NAV EUS BAL

A

B

CLE EXT AND CLM MAD MUR VAL ARA CAT LRJ NAV EUS BAL

A

B

VrnH1-4

VrnH1-6

VrnH1 allele

Igartua et al, 2012. Proceedings 11th IBGS

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Typical winter VrnH1-6 VrnH1-4 Typical spring

D a ys t o h e a d in g VrnH1 allele 0 days 15 days 30 days 45 days

Casao et al. 2011, J Exp Bot

Sensibilidad a

vernalización (VrnH1) en

función del clima de la

localidad de origen

Mediterráneo templado Mediterráneo templado fresco Mediterráneo subtropical Mediterráneo marítimo Mediterráneo continental

(14)

14 N

N

Casao, Karsai et al. 2011, BMC Plant Biology

Sensibilidad a fotoperiodo corto

(PpdH2) en cebadas de invierno

₅₀

44 Adaptaciones de las cebadas españolas

Cockram J et al. 2007

Sensibilidad a fotoperiodo largo (PpdH1)

(15)

Las cebadas seleccionadas ancestralmente en condiciones mediterráneas

tienen al menos tres mecanismos principales para asegurar que la

floración ocurre en el momento óptimo, evitando las heladas y el calor

del final de la primavera:

1. Genes de vernalización adaptados al frío invernal de la zona

2. Gen de sensibilidad a los días cortos para asegurar el progreso del

ciclo de crecimiento aunque falle la vernalización

3. Finalmente, gen de sensibilidad a los días largos, para evitar una

floración excesivamente tardía, incluso aunque hubieran funcionado

los dos mecanismos anteriores

Además, otros genes permiten un ajuste fino de la floración según el

régimen general de temperaturas

Estos mecanismos aún no han sido incorporados de un modo consciente

a programas de mejora para climas mediterráneos

Casao et al. (2011) Mol Breeding

Cruzamiento Plaisant x

línea española número 58

Ejemplo de mejora posible: modificación de vernalización sin

afectar a tolerancia a la helada

Vernalización:

60 días

15 días

Tolerancia a helada

(70% supervivencia a

-13°) sin cambios

(16)

16 Población

Tipo

Objetivo

SBCC097 x Plaisant

RIL

Oídio, floración

SBCC145 x Beatrix

DH

Oídio, rincosporiosis, floración

altura

SBCC154 x Beatrix

DH

Rincosporiosis, floración, altura,

tipo de espiga

SBCC042 x Cierzo

BC2 RIL

Rendimiento

SBCC073 x Cierzo

BC2 RIL

Rendimiento

SBCC016 x Esterel

RIL

Vernalización

SBCC157 x Hispanic

BC3

Vernalización, tolerancia a frío

SBCC058 x Plaisant

BC3

Vernalización, tolerancia a frío

Materiales desarrollados de cebadas españolas para mejora y para

evaluar caracteres agronómicos

Avances de la Biología Molecular

• Se dispone de herramientas de precisión para

marcar el genoma, buscar genes y moverlos

con agilidad (sin transgenia)

• Secuencia del ADN de la cebada publicada en

noviembre de 2012

• Recursos genómicos abundantes

• Marcadores moleculares: BARATO

(17)

(18)

18

Presente y futuro de la mejora

• Mejora “clásica” sigue siendo esencial

• Mejora de precisión, asistida por marcadores moleculares

(no transgénica), GENERALIZADA

• Mejora defensiva, mantener lo bueno que se conoce de

los cultivares actuales, y mejorar el resto

• Métodos acelerados: haplo-dipoidización

• Hallazgo de genes muy facilitado por la existencia de

secuencia de ADN y de acceso a la secuenciación.

Impacto sobre enfermedades, ¿sequía?

• Colaboración público-privada para acceder a todo el

potencial de la tecnología

• Cebada híbrida

(19)

Lleida-Valladolid-Zaragoza-Albacete

Programa nacional de mejora de cebada

Selección y envío a Registro de variedades F1 30 cruzamientos x 4 ( L,V, Z, A) 1. Cruzamientos 5.000 x 4 (L,V, Z, A) 400 x 4 (L,V, Z, A) 1.000 x 4 (L.V, Z, A) 60 x 4 (L,V, Z, A) F3 F6 F5 F4 .... F7 30-35 x 4 (L,V, Z, A) SELECCIÓN GENEALÓGICA Multiplicación F2 120 x 4 (L,V,Z, A) selección independiente 12 esp igas 24 es p igas Multiplicación F8 32 (L,V, Z, A) Multiplicación 16 (L,V, Z, A) 50 esp igas

Semilla para registro: identificación- multiplicación 10 (L,V, Z, A) 50 surcos 50 surcos selección G0 y espigas F9 F10 A van ce e sp iga -s u rc o, in d ep en d ie n te p or l oc al id ad es

selecciones de otras localidades (L,V,Z, A) 240 líneas, 4 ambientes 400 líneas , opcional 100 líneas, 4 ambientes p=25% p=33% 32 líneas, 8 ambientes 16 líneas, 8 ambientes 10 líneas, 8 ambientes p=50% p=50% p=33% En sayos d e r en d im ie n to, con las s el ec ci on es d e l as tr es loc al id ad es

Ensayo de rendimiento, independiente

2. Selección 3. Registro CIERZO ESTRELLA YURIKO TARDANA LAVINIA

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20 [email protected]