Revista fitotecnia mexicana

Composition, physiology and biosynthesis of plant cuticle

La cutícula es la capa protectora que se encuentra en la superficie más externa de las plantas y que interacciona con el ambiente, la cual se encuentra en todas las partes aéreas de las plantas superiores. La cutícula está constituida principalmente de dos tipos de polímeros lipofílicos, cutina y ceras cuticulares, los cuales son alterados tanto en su composición como ultraestructura por factores genéticos, fisiológicos y ambientales, tanto durante el crecimiento y desarrollo como durante la postcosecha, por lo que no se debe generalizar sobre su morfología y composición química. La cutícula desempeña un papel importante al actuar como una barrera que reduce la pérdida de agua y difusión de gases, evita la acumulación de agua y polvo, participa en las interacciones planta-insecto, participa en la traducción de señales para la activación de genes específicos, controla los cambios de temperatura, y provee soporte mecánico. Aun cuando se conoce mucho sobre la composición y ultraestructura de la cutícula, es relativamente poco lo que se conoce acerca de su biosíntesis. En la presente revisión se compila y analiza la información científica actual referente a la biosíntesis de la cutícula, que incluye los trabajos más recientes sobre las vías de transporte de los polímeros cuticulares a través de la pared celular, que es el fenómeno menos conocido.

The cuticle is a protective layer located in the outermost surface of all aerial tissues of higher plants and therefore, interacts with the environment. The cuticle is composed mainly of two types of lipophilic polymers, namely: cutin and cuticular waxes, which composition and ultrastructure can be altered by genetic, physiological and environmental factors, both during growth and development as well as during postharvest; its morphology and chemical composition cannot be generalized. The cuticle plays an important role acting as a barrier reducing water loss and gas diffusion, restraining water and dust accumulation, participating in the plant-insect interaction, as a component of the signal transduction leading to the activation of specific genes, controlling temperature fluctuations and providing mechanical support. Although the cuticle composition and ultrastructure is fairly well understood, relatively little is known about its biosynthesis. This review compiles and analyzes the latest scientific information concerning the cuticle biosynthesis, including the most recent studies about the transport of cuticle polymers through the plant cell wall, which is the least understood phenomena.

**Molecular characterization of three species of Hylocereus (Cactaceae) from México**

Hylocereus (Berger) Britton y Rose es una cactácea con elevado potencial económico. Se distribuye en climas tropicales, subtropicales y semiáridos. El número de especies reconocidas para México es controvertido, debido a que no existe un consenso en cuanto a su taxonomía, principalmente por la amplia variación morfológica que se observa en las estructuras vegetativas de muchas plantas. Se secuenciaron tres regiones del cloroplasto (matK, rbcL, psbA) y el espaciador intergénico trnL-F para evaluar su conveniencia como código de barras para H. ocamponis (Salm-Dick) Britton y Rose, H. purpusii (Weingart) Britton y Rose e H. undatus (Haworth) Britton y Rose. Las muestras provinieron de 18 localidades, las cuales fueron caracterizadas previamente con base en caracteres morfológicos y anatómicos. Como grupo de comparación se utilizaron dos especies del género Selenicereus. De forma individual, los marcadores rbcL y trnL-F confirmaron la diferenciación de las especies de Hylocereus estudiadas. En el análisis multilocus basado en inferencia Bayesiana, la combinación de rbcL + trnL-F, discriminó a las tres especies con probabilidades > 60 %. Los resultados sugieren que esta combinación de loci puede tener utilidad como código de barras para las tres especies de este género de cactáceas.

Hylocereus (Berger) Britton and Rose is a cacti with high economic potential. It is distributed in tropical, subtropical and semi-arid environments. The number of species identified in Mexico has been controversial, mainly because of the wide morphological variation observed on their vegetative structures. Three chloroplast regions (matK, rbcL, psbA), and the intergenic spacer trnL-F were sequenced to evaluate their suitability as barcode for H. ocamponis (Salm-Dick) Britton and Rose, H. purpusii (Weingart) Britton and Rose and H. undatus (Hawor-th) Britton and Rose. The samples were collected from 18 localities and previously characterized based on morphological and anatomical traits. Two species of Selenicereus were used as comparison group. Individual markers rbcL and trnL-F confirmed the differentiation of the three species. The multilocus analysis based on Bayesian inference with rbcL and trnL-F combined also discriminated the three species with probabilities > 60 %. These results suggest that this loci combination could be useful as a barcode for Hylocereus species.

Physical characterization and chemical composition of maize races with blue/purple grain from tropical and subtropical regions of Oaxaca

En este estudio se caracterizó física y químicamente el grano de 61 colectas de maíz (Zea mays L.) azul/morado asociadas a 10 razas procedentes de regiones tropicales y subtropicales del Estado de Oaxaca, México. Las variables físicas fueron: humedad, peso hectolítrico (PH), peso de cien granos (PCG), color, dureza (índice de flotación, IF) y porcentajes relativos de pedicelo, pericarpio y germen. Las químicas fueron proteína, aceite y contenido de antocianinas totales (CAT). Se utilizó el análisis de componentes principales (ACP) para agrupar las razas en función de las variables medidas, excepto CAT. En el trópico predominaron las razas de grano duro (Elotes Occidentales, Olotillo y Tepecintle) e intermedio (Conejo y Tuxpeño), en tanto que en el subtrópico fueron las de dureza intermedia. La mayor variabilidad en CAT se presentó entre las razas del trópico, con valores desde 186.5 hasta 1512.1 mg equivalentes de cianidina 3-glucósido/kg de MS. En aceite y proteína no hubo diferencia entre razas, excepto en Bolita cuyas colectas de grano duro tuvieron más proteína que las de grano suave. Con el ACP se formaron cuatro grupos. El Grupo I (Bolita, Chiquito, Mushito y Elotes Occidentales, del Subtrópico) sobresalió por sus mayores valores de PH, proteína y germen; el Grupo II (Conejo y Zapalote Chico) destacó por su mayor contenido de aceite y altos valores de IF; el Grupo III (Tuxpeño y Tepecintle) destacó por su elevada proporción de pericarpio en el grano; el Grupo IV (Elotes Occidentales de Trópico, Elotes Cónicos y Olotillo), por su ubicación próxima al cruce de los ejes, no se distinguió por alguna variable física o química. La caracterización física y química del grano de las diferentes razas permite identificar aquellas con la calidad requerida para su aprovechamiento industrial.

The objective of this work was the physical and chemical characterization of blue/purple grain of 61 landraces of maize (Zea mays L.) related within 10 races, from tropical and subtropical regions of Oaxaca, Mexico. The physical variables were: test weight (TW), weight of 100 grains (WHG), color, hardness (flotation index, FI), and percentages of pedicel, pericarp and germ. Chemical variables were: protein, oil and total anthocyanin content (TAC). The principal components analysis (PCA) was used for grouping the races in function of the variables measured, except CAT. In the tropical region dominated the races with hard (Elotes Occidentales, Olotillo and Tepecintle) and intermediate (Conejo and Tuxpeño) grain hardness, while in the subtropical region predominated races with intermediate grain hardness. The highest variability in TAC was observed among tropical races, with values ranging from 186.5 to 1521.1 mg of cyanidin 3-glucoside equivalents/kg DM. Oil and protein content did not show any statistical difference among races, except in Bolita, in which the landraces with hard grain presented higher protein content than that with soft grain. The PCA showed four groups. Group I (Bolita, Chiquito, Mushito and Elotes Occidentales Subtrópico) was outstanding by high values of TW, protein and germen percentage; Group II (Conejo and Zapalote Chico) was remarkable by high values in oil and FI; Group III (Tuxpeño and Tepecintle) was distinguished by high percentages of pericarp in the grain. Group IV (Elotes Occidentales Trópico, Elotes Conicos and Olotillo), by its location close to central values of the axis, the races in this group were not remarkable by any of the analyzed variables. Physical and chemical characterization of the grain in Mexican maize races allows the identification of those with the quality require for their industrial use.

Superior populations within the maize diversity from eastern state of México

Dentro de los tipos de maíz (Zea mays L.) de una región determinada existen diferencias en morfología y en capacidad de rendimiento. El presente estudio se diseñó para evaluar las poblaciones nativas de maíz en función de su morfología y rendimiento, para identificar colectas sobresalientes, y para comparar el rendimiento de poblaciones colectadas entre 1968-1972 vs. las de 1995-1996. En las localidades de Poxtla, Tecámac y Tlapala se evaluaron 130 colectas, la mayoría originarias de la región oriente del Estado de México, y algunos híbridos como testigos, y en todos ellos se midieron 18 caracteres morfológicos. Se hicieron análisis de varianza por localidad y combinados a través de ambientes; y análisis de contrastes ortogonales entre las poblaciones colectadas en 1968-1972 y 1995-1996. La comparación de medias se calculó con base en la media armónica (n), mediante la prueba de Tukey. Las colectas sobresalientes por rendimiento de grano para el tipo Chalqueño cremoso fueron COL-6712, COL-6758, COL-6715, COL-6717 y COL-260v, con comportamiento semejante al de los mejores híbridos; para Elotes Chalqueños la mejor fue COL-6719, y para los tipos Cacahuacintle y Ancho fueron COL-6718 y COL-6739. Con base en porcentaje de grano, diámetro de mazorca, ancho, longitud y volumen de grano y peso de 100 semillas, se detectó que las poblaciones colectadas en 1995-1996 fueron superiores a las de 1968-1972. La selección empírica efectuada por el agricultor sugiere que se pueden generar poblaciones de maíz locales de ciclo largo con un mayor rendimiento de grano. El hecho de que los agricultores mantengan su preferencia por sus variedades locales en lugar de sembrar híbridos, y las poblaciones locales superiores pueden ser aprovechadas para la conservación de la diversidad y para el mejoramiento de la productividad in situ.

Within the corn (Zea mays L.) types available in a region, there are differences in morphology and yield capacity. The present study evaluated native maize populations based on their morphology and yield, to identify outstanding collections and to compare yields from populations collected in 1968-1972 and 1995-1996. In the localities of Poxtla, Tlapala and Tecámac, 130 collections were evaluated, most of them native from the eastern region of the State of México and some hybrids as controls. In all of them, 18 morphological characters were measured. Analyses of variance by location and combined through environments were performed, as well as orthogonal contrast analysis to compare populations collected in 1968-1972 vs. 1995-1996. Comparison of harmonic means (n) was done with the Tukey test. Prominent collections in the creamy Chalqueño group were COL-6712, COL-6758, COL-6715, COL-6717 and COL-260v, since their grain yield was similar to that of the best hybrids; for Elotes Chalqueños group the best entry was COL-6719, and for the Cacahuacintle and Ancho groups COL-6718 and COL-6739 were the best collections. Based on percentage of grain, ear diameter, width, length and volume of grain and weight of 100 seeds, it was detected that populations collected in 1995-1996 were superior to those of 1968-1972. The empirical selection done by farmers suggests that they are able to generate local maize populations with longer growth season and greater grain yield. The facts that farmers maintain their preference for local varieties instead of sowing hybrids, and that there are superior local populations, can be used for the conservation of biological diversity and for improving corn productivity in situ.

Contribution of combinations of glutenins to the gluten characteristics of wheat recombinant populations

Las características visco-elásticas del gluten, la fuerza y extensibilidad de las masas de panificación, y consecuentemente la calidad panadera del trigo harinero (Triticum aestivum L.), son mayormente influenciadas por combinaciones de sub-unidades alélicas de gluteninas. Para determinar el efecto de diferentes combinaciones de gluteninas sobre las características visco-elásticas de la masa, se analizaron 201 líneas procedentes de poblaciones recombinantes resultantes de seis cruzamientos entre la variedad 'Avocet' como progenitor materno común y las líneas experimentales 'Attila', 'Pastor', 'Amadina', 'Parula', 'Tonichi' y 'Pavón'. El material genético fue cultivado bajo riego en Cd. Obregón, Sonora, México. Se analizó la composición de gluteninas de alto (G-APM) y bajo (G-BPM) peso molecular y se estimó el efecto de cada variante alélica de los loci Glu-A1, Glu-B1 y Glu-D1 y de sus combinaciones alélicas, sobre las características reológicas de la masa medidas con mixógrafo y alveógrafo. Dentro del locus Glu-A1 la presencia del alelo 1 se relacionó con mayor fuerza de gluten; en Glu-B1 los alelos 7+8 y 17+18 produjeron efectos similares en las variables de calidad, y en el locus Glu-D1 el alelo 5+10 indujo mayor fuerza y extensibilidad. En las seis poblaciones se encontraron 12 combinaciones alélicas de gluteninas entre los loci Glu-A1, Glu-B1 y Glu-D1. Las combinaciones alélicas 2*, 17+18, 2+12; 2*, 7+8, 2+12; y 2*, 17+18, 5+10 mostraron la mayor influencia positiva sobre las características asociadas con fuerza y extensibilidad de masa, en comparación con el resto de combinaciones.

The visco-elastic properties of the gluten are largely influenced by glutenin sub-units combinations that enhance dough strength and extensibility in the bread-baking process, and consequently improve the end-use quality of the wheat (Triticum aestivum L.). A set of 201 recombinant inbred lines from six different crosses having a common female parent ('Avocet') and the experimental lines 'Attila', 'Pastor', 'Amadina', 'Parula', 'Tonichi' and 'Pavón' as male parents were analyzed to determine the effect of different glutenin combinations on the visco-elastic properties. The lines were grown under irrigation in Cd. Obregón, Sonora, México. The protein composition was analyzed for both high (HMW) and low (LMW) molecular weight glutenins, and the effect of each allelic variant and allelic combinations (loci Glu-A1, Glu-B1, Glu-D1) on the rheological characteristics was evaluated using mixograph and alveograph equipment. At the Glu-A1 locus, the presence of allele 1 was related to larger gluten strength; at locus Glu-B1 alleles 7+8 and 17+18 produced similar effects on the quality traits, while at locus Glu-D1 allele 5+10 induced larger strength and extensibility. Twelve glutenin allelic combinations were found throughout the six populations at loci Glu-A1, Glu-B1 and Glu-D1. Allelic combinations 2*, 17+18, 2+12; 2*, 7+8, 2+12; and 2*, 17+18, 5+10, showed higher positive influence on traits associated with dough strength and extensibility, compared to the other combinations.

Mass selection allows yield increments without depleting additive genetic variability in Zacatecas 58 maize variety

Para estimar los parámetros genéticos de la variedad de maíz (Zea mays L.) Zacatecas 58 original (Z0) y de su versión mejorada por 24 ciclos de selección masal visual estratificada (SMVE), así como conocer la factibilidad de poder continuar con el proceso de selección en la variedad mejorada, se evaluó en cuatro ambientes el rendimiento de mazorca por planta (RMPP) de 35 familias de medios hermanos (FMH) y 35 de hermanos completos (FHC) derivadas de Z0, así como 40 FMH y 40 FHC derivadas de su versión mejorada Zac. 58 SM24 (Z24). La SMVE aumentó el rendimiento de mazorca de Z0 después de 24 ciclos de selección (3.65 % por ciclo). Las FHC rindieron más (P ≤ 0.05) que las FMH, en ambas poblaciones. Con la evaluación conjunta de FMH y FHC fue posible estimar las varianzas genéticas aditiva (σ²A ) y de dominancia (σ²D) de Z0 y Z24. Aunque se esperaba que la σ²Ade Z0 fuera mayor que la de Z24, ello no ocurrió; en cambio, el coeficiente de variación genética aditiva (CVA) de Z0 resultó mayor que el de Z24, lo que permitió inferir que es posible seguir incrementando el rendimiento de mazorca por SMVE aún después de 24 ciclos de selección.

To estimate the genetic parameters of the maize (Zea mays L.) variety Zacatecas 58 original (Z0) and its improved version (Z24) obtained through 24 cycles of stratified visual mass selection (SVMS), as well as to estimate the feasibility of continuing the selection process, 35 half-sib (HS) and 35 full-sib (FS) families derived from Z0 and 40 HS and 40 FS families derived from Z24 were evaluated in four environments for yield per ear per plant (YEP). SVMS increased the yield per plant after 24 cycles (3.65 % per cycle). FS families yielded more (P ≤ 0.05) than HS families, in both populations. Joint evaluation of HS and FS families allowed to estimate genetic additive (σ2A) and dominant (σ2D) variances. Although higher σ2Aof Z0 than Z24 was expected, this did not occur; however, the additive coefficient of variation (ACV) of Z0 was higher than Z24, thus indicating it is still possible to further increase yield by SVMS after 24 cycles of selection.

Characterization of rhizobacteria isolated from tomato and their effect on tomato and bell pepper growth

El empleo de biofertilizantes con base en rizobacterias promotoras del crecimiento, constituye una alternativa biotecnológica para mejorar la producción de especies de interés hortícola. En el presente trabajo se identificaron mediante análisis del gen 16S rRNA, cuatro rizobacterias previamente aisladas de plantas de tomate (Lycopersicum esculentum Mill.), las que fueron caracterizadas por sus propiedades bioquímicas relacionadas con la promoción del crecimiento vegetal y evaluadas por su efecto en la germinación y crecimiento de plántulas de tomate y pimiento (Capsicum annuum L.). Las cuatro cepas, denominadas MA04, MA06, MA12 y MA17, pertenecen al género Bacillus, producen ácido indolacético (0.9 a 2.3 mg L-1), solubilizan fósfato tricálcico (18.5 a 34.7 mg-L-1) y poseen actividad ACC deaminasa. Además, MA04, MA06 y MA12 fueron capaces de crecer en ausencia de nitrógeno (potenciales fijadoras de nitrógeno atmosférico). Al evaluar el efecto de la inoculación de estas rizobacterias en semillas de tomate se encontró que MA04 y MA17 aumentaron el porcentaje de germinación en 5 y 6 % respectivamente, mientras que las cepas MA06 y MA12 incrementaron el peso de las plántulas en 17 y 20 % respectivamente. En semillas de pimiento, la cepa MA06 incrementó el porcentaje de germinación en 7 %, y MA12 y MA17 incrementaron la biomasa en 37 y 16 %, respectivamente. La cepa MA12 fue más versátil para promover el crecimiento de plántulas de tomate y pimiento, y podría recomendarse para la formulación de biofertilizantes destinados al tratamiento de tales cultivos.

The use of microbial biofertilizers based on plant-growth-promoting rhizobacteria is a biotechnological alternative to improve production of horticultural crops seedlings. In this study, four bacterial strains previously isolated from tomato (Lycopersicum esculentum Mill.) rhizosphere were identified by using 16S rRNA gene sequence analysis and characterized according to their biochemical properties as plant growth promoters, and their effect on seed germination and seedling growth of tomato and bell pepper (Capsicum annuum L.) was also evaluated. The four strains isolated, named MA04, MA06, MA12 and MA17 and belonging to genus Bacillus, were able to produce indole acetic acid (0.9 to 2.3 mg L-1), to solubilize tricalcium phosphate (18.5 to 34.7 mg L-1), and posess ACC deaminase activity. Furthermore, MA04, MA06 and MA12 can grow in nitrogen free culture medium (with potential atmospheric nitrogen fixing ability). As far as their effect on tomato seeds, MA04 and MA17 improved germination by 5 and 6 % respectively, while MA06 and MA12 strains increased seedling weight by 17 and 20 %, respectively. On pepper seeds, only MA06 increased germination by 7 %, whereas MA12 and MA17 strains increased biomass by 37 and 16 % respectively. The MA12 strain proved to be the most efficient for improving seedling growth of tomato and bell pepper and could be proposed to produce biofertilizers for both plant species.

**Growth strategies and biomass distribution in Pinus pseudostrobus under different conditions of competition**

La intensidad de competencia en la que se desarrollan los individuos es un factor importante en la supervivencia, producción de biomasa y estrategia del crecimiento de la planta (arquitectura), características que interaccionan con su genotipo. En el presente estudio se evaluó el efecto de niveles de competencia en 13 familias juveniles de medios hermanos de Pinus pseudostrobus Lindl., sobre su supervivencia, producción y distribución de biomasa. Se compararon las condiciones: (I) baja densidad (0.25 x 0.12 m) con múltiples familias aleatorizadas (inter-familiar), (II) alta densidad (0.12 x 0.06 m) con grupos inter-familiares, y (III) alta densidad (0.12 x 0.06 m) con parcelas monofamiliares (intra-familiar), establecidas en un ensayo de jardín común bajo un diseño de parcelas divididas con cuatro repeticiones y cuatro individuos por familia. A 10 meses de establecido el ensayo se cosecharon dos repeticiones. Se detectaron diferencias entre condiciones de competencia (P ≤0.05) para todas las variables evaluadas de producción, distribución de biomasa, supervivencia y arquitectura de crecimiento. A nivel de familia se identificaron estrategias en el crecimiento de los individuos semejantes a los tres comportamientos clásicos de arquetipos (de aislamiento, de competencia y de cultivo), así como genotipos que pudieron ajustar su crecimiento en función del ambiente de competencia. Los resultados obtenidos reflejan la importancia de la selección de ambientes y de genotipos para aumentar su adaptación y productividad en los programas de mejoramiento.

Competition intensity at which individual plants grow is an important factor in their survival, biomass production and architecture; characteristics that interact with their genotype. In this study, we evaluated the effect of different levels of competition in 13 juvenile families of Pinus pseudostrobus Lindl. half-siblings in terms of plant survival, growth and biomass distribution. The conditions compared were (I) randomized multiple families (inter-family) planted at low density (0.25 x 0.12 m), (II) inter-family groups at high density (0.12 x 0.06 m), and (III) single-family parcels (intra-family) at high density (0.12 x 0.06 m), established in a common garden test under a split plot design with four replicates and four plants per replicate. At 10 months of being established, two replicates were harvested. Differences were detected between competitive conditions for all measured variables on production, biomass distribution, survival and growth architecture (P ≤ 0.05). At family level we identified individual growth strategies which resemble the three classic ideotypes (isolation, competition and crop), as well as genotypes that adjusted their growth depending on the competitive environment. These results reflect the importance of environmental and genotype selection in order to increase adaptation and productivity at breeding programs.

'H-563', tropical maize hybrid tolerant to tar spot disease complex

'H-561', New corn hybrid ear rot resistant for tropical regions

Las Epífitas de la Reserva El Triunfo, Chiapas