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MEJORA GENÉTICA VEGETAL
Obtención y caracterización de mutantes morfológicos en calabacín
(Cucurbita pepo spp. pepo)
D. Martínez-Valdivieso, P. Gómez, N. Vicente-Dólera, F. Rubira, M. Moya y M. del
Río Celestino
IFAPA Centro La Mojonera. Camino de San Nicolás, 1, 04745 La Mojonera, Almería.
Palabras clave: mutagénesis, EMS, fruto, flor, planta.
Resumen
El calabacín (Cucurbita pepo spp. pepo) es un cultivo importante que ocupó
en el año 2009 una superficie de 7.410 ha y una producción de 362.773 toneladas,
ocupando el quinto puesto a nivel nacional, según los datos presentados por el
Ministerio de Medio Ambiente Rural y Marino en su anuario de Estadística del
año 2010, concentrándose esta producción en la provincia de Almería con el 70%
del total (MARM, 2010). El mercado demanda variedades con mayor calidad
nutricional y sensorial, y que además permitan realizar una agricultura más
respetuosa con el medio ambiente. Para disponer de una amplia variabilidad
genética respecto a estas características para su futuro uso en programas de
mejora genética de la especie, se ha iniciado un programa de mutagénesis química
empleando Sulfonato de Etil Metano (EMS), estableciéndose que la concentración
80 mM (1% v/v) del mutágeno durante 16 h fue adecuada para calabacín, tras la
determinación de la DL50. En este trabajo se presentan los resultados de la
caracterización de la población M1, describiéndose los mutantes en el desarrollo
vegetativo, respecto al porte de la planta, y la morfología y coloración de las hojas,
y en el desarrollo de los órganos reproductivos, es decir, desarrollo de flores
masculinas y femeninas y frutos. Los resultados han sido aceptables en relación a
la generación de variabilidad. Actualmente se realiza el estudio de la población
M2.
INTRODUCCIÓN
El calabacín es una de las hortalizas cultivadas en España con mayor
importancia, especialmente en la zona de Almería. A partir de los programas de mejora
se han conseguido algunos logros de interés, fundamentalmente orientados a mejorar la
arquitectura de la planta, a optimizar su floración, diversificar el tipo de fruto y a
mejorar la resistencia a algunas enfermedades. Los avances en la mejora de calabazas y
calabacines se resumen en dos revisiones recientes (Ferriol y Picó, 2008; Paris, 2008).
Así, la mayoría de los materiales comerciales presentan hábito de crecimiento arbustivo,
reducida ramificación y porte erecto, características que facilitan enormemente la
recolección. Además, se han seleccionado variedades precoces con tendencia al
desarrollo de un mayor porcentaje de flores femeninas. Se han desarrollado también
algunos cultivares con variación en el color y forma del fruto, y en el valor nutritivo
(sabor y contenido en provitamina A) (Paris, 2008).
Con el objeto de incrementar la variabilidad existente en calabacín con el fin de
obtener variedades que cubran las necesidades nutricionales y dietéticas del consumidor
y que permitan realizar una agricultura sostenible con respeto hacia el medio ambiente,
se ha iniciado en el Centro IFAPA La Mojonera un programa de mejora genética por
mutagénesis química. En este trabajo se presenta la caracterización de plantas mutantes
en la población mutagenizada M1.
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ACTAS DE HORTICULTURA Nº 60
MATERIALES Y MÉTODOS
Como material de partida se utilizó la variedad `MU-CU-16´ procedente del
banco de germoplasma del COMAV de la Universidad Politécnica de Valencia, la cuál
presenta características de fruto y porte de planta similar a los cultivares comerciales
que se cultivan en la zona de Almería (tipo Zucchini). En una primera etapa se
determinó la DL50 para comparar la supervivencia y capacidad de germinación de las
semillas tratadas con mutágeno EMS con relación al testigo. Para ello, se ensayaron los
porcentajes de germinación con distintas concentraciones de mutágeno EMS (0,4, 0,8, 1
y 1,5%). Se estableció que la concentración 80 mM (1% v/v) del mutágeno preparada en
un tampón de fosfato potásico 0,1 M a un pH de 7,2 durante 16 h fue adecuada para C.
pepo. Se trataron aproximadamente 6.000 semillas de la variedad, se germinaron en
semillero, y tras alcanzar el tamaño adecuado, aproximadamente 3.000 plántulas M1 se
transplantaron a invernadero en cultivo hidropónico, donde se evaluaron frente a 95
plantas control (no tratadas con EMS, pero sumergidas durante 16 h en tampón fosfato).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El porcentaje de germinación de las semillas se redujo a medida que aumentaba
la dosis del mutágeno. En la Fig. 1 se observa que a partir de la concentración 0,8% de
EMS se produjo un drástico descenso en la germinación. La curva de ajuste en base a la
ecuación de regresión mostró una alta correlación negativa entre la germinación de
semillas y las dosis del mutágeno, como lo indicó el coeficiente de correlación r= -0,98.
La DL50 se alcanzó con la dosis del 1% del mutágeno, por lo que fue la dosis
seleccionada para la realización del tratamiento mutagénico.
La variabilidad de los caracteres evaluados, con fenotipos alejados de los típicos
de la variedad, y sus porcentajes en el total de la población mutante M1 se encuentran
resumidos en la Tabla 1, y se presentan algunas de estas alteraciones en la Fig. 2.
En cuanto al porte de la planta: a) el 15,16% de las plantas de la población M1
presentaron un porte irregular, debido a distintas causas, como por ejemplo una longitud
entrenudos mayor a la normal, o una disposición de las hojas que difería respecto de la
disposición en roseta basal típica de la variedad, b) el 10,09% presentaron un porte
pequeño, con distinto grado de enanismo, y c) 1,51% presentaron un porte apiñado por
aglomeración de los meristemos. Entre los efectos que causa el tratamiento con EMS, es
de destacar la disminución del vigor y del desarrollo que produce en muchas plantas de
la M1, efecto que también se observó en nabo (Stephenson, 2010), en remolacha
(Hohmann, 2005) y en sorgo (Xin, 2008). Es posible citar fenotipos similares en
colecciones de mutantes de otras cucurbitáceas como el melón (Gonzalez et al., 2011).
Con respecto a la coloración de la hoja: a) el 0,6% fueron cloróticas, es decir,
presentaron un amarilleamiento total en toda su superficie, y b) el 0,69% fueron
variegadas. Además, c) el 2,42% de las plantas presentaron un plateado más extendido
del que se observa en el fenotipo normal. Tanto el amarilleamiento como la variegación
han sido encontrados en otros cultivos mutageneizados como remolacha (Hohmann,
2005; Gonzalez et al., 2011).
En cuanto a la morfología y estructura de la hoja: a) un 9,45% de la población
M1 presentó hojas irregulares que diferían del fenotipo normal (en tamaño, número de
lóbulos, lóbulos muy marcados, o poco marcados, bordes aserrados, etc.); b) un 1,63%
de la M1 presentaron una forma asimétrica de la hoja; c) un 4,74% presentaron sus
hojas abullonadas, este carácter alterado también ha sido descrito en sorgo (Xin, 2008);
y d) el 5,5% presentaron una consistencia coriácea de la hoja.
Respecto a la morfología de la flor, se observaron alteraciones en la corola así
como malformaciones en el androceo y gineceo, que en muchos casos produjeron
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esterilidad. En conjunto afectaron al 2,23% de la población M1 que presentaron en
general, flores anormales. Este tipo de alteraciones han sido observadas también en
otras especies que han sido mutagenizadas por distintos métodos (Jambhulkar, 2007).
También se ha observado una reducción considerable en el descenso de la fertilidad
masculina y femenina de las líneas, como se describe en Vicente-Dólera et al. (2012).
Por último, se tuvieron en cuenta caracteres alterados del fruto: a) respecto al
color del fruto, el 1,15% presentaron despigmentaciones, que son causadas por defectos
en las clorofilas (Hohmann, 2005) y b) respecto a la morfología del fruto, el 0,63% de la
población M1 mostró frutos curvados, que difieren del fenotipo normal (alargados y
rectos).
El ensayo obtuvo un resultado aceptable respecto a la generación de variabilidad
y ha supuesto el inicio en el Centro IFAPA La Mojonera de la colección de mutantes de
C. pepo, actualmente de 950 familias M2, para su aplicación en la selección de genes de
interés mediante TILLING (Targeting Induced Local Lesions In Genomes).
Agradecimientos
Esta investigación ha sido financiada con fondos FEDER y por los Proyectos
RTA2009-00039, y RTA2011-00044-C02-01.
Referencias
Ferriol, M. y Picó, B. 2008. Pumpkin and Winter Squash. p. 317-349. En: J. ProhensTomás, F. Nuez, M. J. Carena (eds.), Handbook of Plant Breeding. Vol I. Vegetables
I. Springer New York.
González, M., Xu, M., Esteras, C., Roig, C., Monforte, A.J., Troadec, C., Nuez, F.,
Bendahmane, A., García-Mas, J., y Picó, B. 2011. Towards a TILLING platform for
functional genomics in Piel de Sapo melons. BMC Research Notes. 4:289.
Hohmann, U., Jacobs, G., Jung, C. 2005. An EMS mutagenesis protocol for sugar beet
and isolation of non-bolting mutants. Plant Breeding. 124: 317-321.
Jambhulkar, S.J. 2007. Mutagenesis: Generation and Evaluation of Induced Mutations.
p. 417-434. En: Surinder Kumar Gupta (eds.), Advances in Botanical Research:
Rapeseed Breeding. Vol. 45. Stratford Books, United Kingdom.
MARM, 2010. Anuario de Estadística Agraria. Ministerio de Medio Ambiente y Medio
Rural y Marino, Madrid, España.
Paris, H.S. 2008. Summer Squash. p. 351-379. En: J. Prohens-Tomás, F. Nuez, M. J.
Carena (eds.), Handbook of Plant Breeding. Vol I. Vegetables I. Springer New
York.
Stephenson P., Baker, D., Girin, T., Perez, A., Amoah, S., King, G.J. 2010. A rich
TILLING resource for studying gene function in Brassica rapa. BMC Plant Biol.
10:62.
Vicente-Dólera, N., Pinillos, V., Moya, M., Rubira, F., Martínez-Valdivieso, D., Del
Río-Celestino, Román, B., Gómez, P. Incremento de la variación genética en
poblaciones de mutantes de calabacín. En este mismo volumen.
Xin, Z., Wang, M.L., Barkley, N.A., Burow, G., Franks, C., Pederson, G., Burke, J.
2008. Applying genotyping (TILLING) and phenotyping analyses to elucidate gene
function in a chemically induced sorghum mutant population. BMC Plant Biol. 8:
103.
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ACTAS DE HORTICULTURA Nº 60
Tabla 1. Variabilidad de los fenotipos mutantes, número de plantas en las que se ha
detectado la alteración y porcentaje en el total de la población M1 de calabacín.
Alteraciones
Fenotipo mutante
Nº de plantas
Mutantes alterados en desarrollo vegetativo
Irregular
502
Planta
Porte
Porte pequeño
334
Apiñado
50
Variegada
23
Color
Clorótica
20
Plateado extendido
80
Hoja
Irregular
313
Estructura
Asimétrica
54
Abullonada
157
Consistencia
Coriácea
182
Mutantes alterados en órganos reproductivos
Flor
Morfología
Anormales
74
Fruto
Color
Despigmentado
38
Forma
Curvado
21
%
15,16
10,09
1,51
0,69
0,60
2,42
9,45
1,63
4,74
5,50
2,23
1,15
0,63
Figura 1. Curva del porcentaje de germinación de las semillas de calabacín tratadas a
diferentes concentraciones de mutágeno EMS
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Figura 2. Detalles de plantas mutantes caracterizadas en la población M1: a) mutante con
porte irregular y pequeño; b) mutante con porte apiñado; c) mutante con hoja
variegada; d) mutante con hojas irregulares y abullonadas; e) mutante con corola sin
fusionar; f) mutante con corola sin desarrollar; g) mutante con estigmas sin
desarrollar; e) mutante con fruto curvado y despigmentado
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