Material Genético

El material genético utilizado en este estudio consistió en ocho LDH de maíz de grano amarillo con alto contenido de aceite, seleccionadas fenotípicamente considerando sus características fenológicas, agronómicas y de productividad (Cuadro 1), cinco de ellas derivadas de la Población Amarilla del Noroeste (PAN) y tres de la Población Amarilla del Bajío (PAB); ambas poblaciones fueron desarrolladas a través de ocho ciclos de selección recurrente para incrementar el contenido de aceite; la descripción de las poblaciones, la metodología y respuesta a la selección fue reportada por ^{Ortega-Corona et al. 2015} y ^{Preciado-Ortiz et al. 2013}.

Semilla proveniente del último ciclo de estas poblaciones fue cruzada con el inductor de haploidía con el uso del protocolo para el desarrollo de LDH descrito por ^{Prigge et al. (2011)} que consiste en: 1) inducción de haploidía a través de la cruza de las poblaciones fuente (PAN y PAB) con polen del inductor de haploidía RWS × UH400 de origen alemán, 2) identificación de semilla con haploidía mediante el marcador Navajo R₁-n_j, 3) duplicación de los cromosomas con un inhibidor mitótico (colchicina) y 4) autofecundación de las plantas duplicadas para incrementar la semilla de las nuevas líneas generadas.

Cruzas dialélicas

Se realizaron las cruzas directas y recíprocas posibles de las ocho LDH para generar un diseño de apareamiento dialélico completo (Método I) (^{Griffing, 1956}), el cual incluyó a los progenitores. Esta actividad se realizó durante el ciclo primavera-verano (P-V) 2013 en el Programa de Mejoramiento Genético de Maíz del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agrícolas y Pecuarias (INIFAP) con sede en el Campo Experimental Bajío (CEBAJ) en Celaya, Guanajuato.

Evaluación agronómica

La evaluación de campo se realizó en el ciclo agrícola P-V 2014. Las localidades de evaluación fueron Celaya, Guanajuato y Tarímbaro, Michoacán. Celaya, Guanajuato está ubicada a los 20º 58’ 23” latitud N, 100º 81’ 72” longitud O a 1750 msnm, y de acuerdo con el Sistema de Köppen modificado por ^{García (1987)}, su clima es semiárido templado con temperatura media anual mayor de 18 ºC, con precipitación media anual de 550 a 710 mm; las precipitaciones mayores ocurren de junio a septiembre y las más bajas de diciembre a abril. El régimen térmico medio anual es de 18.4 ºC. Tarímbaro, Michoacán se ubica en el Eje Neovolcánico a los 19º 77’ 36” latitud N, 101º 19’ 23” longitud O y una altitud de 1860 msnm, y de acuerdo con el sistema de Köppen modificado por ^{García (1987)}, presenta un clima del tipo (ACm), templado, húmedo con abundantes lluvias en verano. En el área, se reporta una temperatura media anual de 21.2 ºC, que se registra antes del solsticio de verano, en tanto que la mínima es de 16.1 ºC; con un promedio anual de 18.8 ºC y una precipitación media anual de 1622.3 mm.

Diseño y unidad experimental

Las 56 cruzas directas y recíprocas F₁ y sus ocho líneas progenitoras se establecieron bajo un diseño experimental látice 8 × 8 parcialmente balanceado con dos repeticiones. La parcela experimental en los híbridos consistió de un surco y en los progenitores de tres surcos de 5 m de longitud, para evitar que las líneas tuvieran competencia por luz; sin embargo, sólo fue cosechado el surco central; la separación de surcos fue de 0.76 m; las semillas fueron sembradas con una separación de 14.7 cm para obtener una densidad de población aproximada de 90 mil plantas ha^-1.

Características agronómicas evaluadas

Las características agronómicas evaluadas fueron días a floración masculina (DFM), días a floración femenina (DFF), altura de planta (AP) en cm, altura de mazorca (AM) en cm y rendimiento de grano (RG) en t ha^-1. En el laboratorio se determinó el contenido de aceite en el grano (CA) de todos los materiales evaluados, el cual se obtuvo a partir de muestras obtenidas en el experimento conducido en Celaya, Gto., donde se realizaron dos autofecundaciones en cada parcela experimental para asegurar que el contenido de aceite observado no tuviera efecto de xenia debido a la polinización cruzada. El análisis del contenido de aceite se realizó en el Campo Experimental Norman Borlaug del INIFAP, con un espectrofotómetro de Rayos Infrarrojos Cercanos (NIR) (Infratec® 1241 Foss, Barcelona, España) que analiza el conjunto de las semillas de cada mazorca autofecundada.

Análisis estadístico

Los análisis de varianza para determinar la aptitud combinatoria general (ACG), específica (ACE), efectos recíprocos (ER) y maternos (EM) en las variables descritas se realizaron de acuerdo con el método I de ^{Griffing (1956)}, mediante el programa Diallel-SAS Method I propuesto por ^{Zhang y Kang (2003)}. En este estudio se utilizaron modelos de efectos aleatorios, bajo el supuesto que las LDH estudiadas son representativas de poblaciones de materiales genéticos seleccionados, con el fin de interpretar las varianzas entre materiales.

Análisis de varianza y efectos genéticos

Fueron encontradas diferencias altamente significativas (P ≤ 0.01) entre genotipos para los caracteres estudiados; esto indica que los genotipos evaluados mostraron diferencias genéticas debido al empleo de las LDH progenitoras, que son menos productivas que sus cruzas simples, las cuales expresaron heterosis; además, debe haber diferencias entre cruzas por el grado diferencial de heterosis que normalmente expresan (Cuadro 2).

Se observaron diferencias estadísticas (P ≤ 0.01) entre ambientes para las características RG, DFM, DFF y AM, pero no hubo significancia para AP, lo que indica que los ambientes presentaron variaciones climáticas que influenciaron de manera diferencial sobre la manifestación de dichas características agronómicas. También se observó significancia (P ≤ 0.01) en la interacción genotipo × ambiente (G × A) para las variables RG, DFM y DFF; esto indica que los genotipos difirieron en su respuesta a la variación entre ambientes, ya que se incluyeron progenitores y sus cruzas y por diferencias genéticas entre ellos. Estos resultados concuerdan con los presentados por ^{Ali et al. (2014)} y ^{Umar et al. (2014)}, quienes encontraron resultados similares en una evaluación de líneas avanzadas de maíz en diversos ambientes.

Los efectos de ACG presentaron diferencias estadísticas altamente significativas (P ≤ 0.0.1) para la mayoría de las características evaluadas, y significativa (P ≤ 0.05) para AM. Los efectos de ACE presentaron diferencias altamente significativas (P ≤ 0.01) en todos los caracteres estudiados. Los efectos recíprocos (ER) modificaron estadísticamente RG (P ≤ 0.01), lo cual indica que hubo diferencias en la manifestación de estos rasgos entre cruzas directas y recíprocas. Por otro lado, los efectos maternos no afectaron estadísticamente ninguna característica.

La significancia en ACG y ACE en los caracteres estudiados indican que los efectos aditivos y de dominancia fueron importantes; sin embargo, es la proporción relativa de los efectos de ACG y ACE que se observa al comparar los cuadrados medios de ambos componentes de variación lo que indica el tipo de acción génica (^{Baker, 1978}). Como se puede apreciar en el Cuadro 2, se asume que los efectos aditivos fueron de mayor magnitud para RG, DFM y DFF. Resultados similares se encontraron en germoplasma diverso para rendimiento de grano (^{Ali et al., 2014}; ^{Conrado et al., 2014}; ^{Escorcia-Gutiérrez et al., 2010}). Por el contrario, para AP y AM los efectos no aditivos fueron el componente más importante, contrario a lo reportado en otras investigaciones con distinto germoplasma (^{Antuna et al., 2003}; ^{Conrado et al., 2014}; ^{Escorcia-Gutiérrez et al., 2010}); así mismo, AM expresó mayor variabilidad en comparación con AP; es decir, que es más influenciada por las variaciones ambientales. Los coeficientes de variación de todos los caracteres evaluados presentaron valores aceptables, por lo que se tiene buen grado de precisión al comparar genotipos (Cuadro 2).

Para CA se detectaron diferencias significativas (P ≤ 0.01) entre genotipos, lo que indica que al menos uno de los genotipos evaluados fue diferente al resto. Con base en la partición de los cuadrados medios de los genotipos se encontró que ambos efectos (ACG y ACE) tuvieron diferencias significativas (P ≤ 0.01), lo cual indica que tanto los efectos aditivos como los de dominancia fueron importantes en la expresión de esta variable en los genotipos estudiados; la proporción de efectos aditivos observada a través del cuadrado medio de ACG fue dos veces mayor en magnitud que los efectos de dominancia, representados por ACE. Esta información concuerda con lo asentado por ^{Hallauer et al. (2010)} quienes reportaron para CA una heredabilidad del 70 %; este valor indica la importancia de los efectos aditivos para esta característica que puede tener una respuesta importante a través de selección recurrente. La presencia de efectos de dominancia de importancia (62 % respecto a ACG) para RG da la oportunidad de diseñar esquemas de hibridación a corto plazo mediante el uso de LDH, que permitan generar híbridos productivos con alto CA que puedan impactar en la industria agropecuaria del país.

Los Efectos Recíprocos (ER) y Maternos (EM) para el contenido de aceite en el grano mostraron diferencias estadísticas altamente significativas (P ≤ 0.01), lo cual indica que existen diferencias al utilizar las líneas como progenitor masculino o femenino en sus cruzas (Cuadro 3).

Al analizar los estimadores de ACG de las ocho LDH para RG, la línea PAN DH 142 presentó un efecto de ACG de 2186.43 y un rendimiento per se de la línea de 2.5 t ha^-1 (Cuadro 1), el cual fue el más alto de todas las líneas. Para CA la línea PAN DH 141 éste presentó un valor alto y positivo de 3.64 y un porcentaje de aceite de 6.1 y PAB DH 230 el estimador más bajo -0.56 y un contenido de 6.9 %.

Para DFM los efectos de ACG más altos y positivos los presentó PAN DH 139 con un valor de 1.79 y 82 d, por lo que este genotipo puede ser clasificado como tardío, en contraste con PAN DH 230 que presentó estimadores bajos y mayor precocidad (-2.63 y 75 d).

Para AP y AM PAB DH 204 presentó los efectos más altos de ACG con valores positivos de 7.91 y 2.46, y alturas de 184 y 104 cm, respectivamente. Por el contrario, PAN DH 139 presentó los efectos más bajos para AP de -10.76 (133 cm de altura) y la PAN DH 138 para AM con valores de -4.73 y 68 cm de altura. El comportamiento de las LDH a través de sus cruzamientos, los cuales son favorables o desfavorables, dependen de la respuesta de los efectos de las diversas características con diferencia estadística (P ≤ 0.01) positiva o negativa (Cuadro 4).

Los efectos de ACE para RG presentaron diferencias altamente significativas (P ≤ 0.01) en la cruza PAN DH 139 × PAB DH 230, con un estimador de 2941.99 y un rendimiento de grano de 11.52 t ha^-1, el cual se interpreta como una respuesta heterótica importante entre líneas derivadas de ambas poblaciones; seguida de la cruza PAN DH 142 × PAN DH 137 con un valor de 2108.96 y un rendimiento de 10.84 t ha^-1, en este caso los dos progenitores son derivados de la misma población; esta condición puede deberse a que PAN DH 142 es una línea de alta ACG. Por otro lado, los cruzamientos con valores negativos en sus efectos correspondieron a PAN DH 141 × PAN DH 137 y PAN DH 138 × PAN DH 139, con valores de -1832.44 y -1671.55, y rendimientos de 4.98 y 5.50 t ha^-1, respectivamente. Es importante resaltar que los valores negativos de los efectos se pueden deber a la falta de heterosis al cruzar LDH derivadas de la misma población. Asimismo, se observó para rendimiento que los ER y EM se manifiestan a través de los cruzamientos directos y recíprocos en algunos progenitores; por ejemplo, a través de los cruzamientos directos del progenitor PAN DH 141, se observan efectos significativos en seis cruzas, mientras que en los cruzamientos recíprocos sólo una cruza presentó efecto significativo (Cuadro 5).

Para el contenido de aceite en el grano los efectos genéticos para ACE fueron menores en la cruza PAN DH 139 × PAN DH 138, con un valor de 3.15 y un contenido de aceite de 6.8 %; por su parte, la cruza recíproca PAN DH 138 × PAN DH 139 presentó un efecto significativo y negativo con un valor -1.09 y un contenido de aceite de 6.4 %. Con base en los cuadrados medios presentados en el Cuadro 3, donde se observó que los ER y EM fueron significativos en estas LDH, se puede interpretar que existen diferencias al tomar la decisión de utilizar determinada LDH como progenitor masculino o femenino (Cuadro 6).

Los efectos de ACE para los DFM y DFF permitieron identificar que la cruza PAN DH 138 × PAN DH 139 presentó los efectos más altos con valores de 1.94 y 2.03 y con 81 y 82 d, respectivamente. De manera opuesta, la cruza PAN DH 139 × PAB DH 205 presentó efectos negativos y significativos con valores de -2.01 y -2.37 y mayor precocidad (77 d para ambas características) (Cuadros 7 y 8).

En los efectos de ACE para AP y AM se obtuvo que la cruza PAN DH 139 × PAB DH 230 presentó efectos altos y positivos (25.76 y 17.61) con 240 y 135 cm para AP y AM, respectivamente. Por el contrario, la cruza PAN DH 141 × PAN DH 137 presentó un efecto de ACE negativo y significativo para AP, con valores de -17.12 y 196 cm de altura, y para AM la cruza PAB DH 205 × PAN DH 138 fue consistente con la menor altura y con estimadores negativos (-12.5) (Cuadros 9 y 10).

Al analizar los resultados obtenidos para RG, CA y características agronómicas, se observó que los progenitores que mostraron mayor ACG intervinieron en algunas cruzas específicas sobresalientes, lo cual concuerda con lo reportado por ^{Ávila et al. (2009)}, ^{Cervantes-Ortiz et al. (2007)} y ^{Haro et al. (2007)}, quienes señalan que una cruza específica será destacada si al menos uno de sus progenitores posee alta ACG. Por otro lado, se observó falta de consistencia de los progenitores para los efectos de ACE con respecto a los estimadores de los progenitores con la mayor ACG; en este sentido, ^{De la Cruz-Lázaro et al. (2010)} puntualizaron que el comportamiento de las cruzas específicas no puede ser predicho totalmente con base en los estimadores de la ACG de sus parentales. En este caso, la línea PAN DH 142 utilizada como progenitor femenino presentó valores más altos de ACG a través de sus combinaciones híbridas para la mayoría de las líneas con que se cruzó, aunque no participó en la mejor cruza.

Es importante mencionar que en el germoplasma utilizado para formar las poblaciones PAN y PAB existe divergencia genética y un patrón heterótico específico en la expresión de su hibridación, pero estos no se manifestaron claramente, ya que existieron buenas combinaciones híbridas con líneas derivadas dentro de la misma población; sin embargo, esta respuesta puede ser aprovechada de manera importante para generar híbridos trilineales que faciliten la producción de semilla, donde se utilice como progenitor femenino una cruza simple formada con dos líneas derivadas de la misma población y como progenitor masculino una línea de la población opuesta.

Con respecto al CA, algunos investigadores (^{Dudley y Lambert, 1992}, ²⁰⁰⁴; ^{Rosulj et al. 2002}) han reportado una asociación negativa con el rendimiento; sin embargo, en este trabajo se encontraron cruzamientos, como el de PAN DH 141 × PAN DH 142, que presentó un rendimiento promedio para ambas localidades de 11.7 t ha^-1 y un porcentaje de aceite de 7.8 %, por lo que los genotipos evaluados pueden tener un impacto significativo en la industria pecuaria por su alto valor calórico y un potencial de rendimiento adecuado. Así mismo, al ser esta cruza formada por dos líneas de la misma población, podría ser utilizada como progenitor femenino de una cruza trilineal, con una línea de la población opuesta como progenitor masculino.