Material genético y sitio experimental

Se evaluaron 38 genotipos de trigo harinero (Cuadro 1) durante el ciclo primavera-verano 2016 en el Campo Experimental Valle de México del INIFAP (INIFAP-CEVAMEX). La evaluación en plántula se realizó en el Laboratorio Nacional de Royas y otras Enfermedades de Cereales (LANAREC) y la evaluación en planta adulta se realizó en campo en condiciones de secano (temporal), así como en invernadero en el LANAREC. Se usaron 16 razas de roya de la hoja y se incluyeron las 21 líneas diferenciales (Cuadro 2).

Pruebas en estado de plántula

Para la prueba en plántula se colocaron de 8 a 10 semillas de cada genotipo en charolas de plástico utilizando como sustrato tierra estéril, también se incluyeron las líneas diferenciales de roya de la hoja (Cuadro 2). Trece días después de la siembra las plantas se inocularon con una suspensión de uredioniosporas de cada raza en aceite mineral (Soltrol 170^®) en una concentración de 5 mg de urediniosporas por mL de aceite ^{(Randhawa et al., 2018)} y se asperjaron con un atomizador conectado a un compresor eléctrico ^{(Valdez-Rodríguez et al., 2020)}.

Las plántulas se incubaron durante 12 h en una cámara húmeda, donde se generó rocío en forma artificial, y posteriormente fueron transferidas a un invernadero con una temperatura de 20-24 °C durante el día y con luz suplementaria de 10,000 Lux por 8 h. Los datos de tipo de infección se tomaron 10 días después de la inoculación siguiendo la escala de 0-4, donde 0, 1, 2 y X se consideran resistentes, mientras que 3 y 4 susceptibles. Dado que se trata de una escala visual relativa, también contempla variaciones o combinaciones del tipo de infección, como 0;, ;1, 11+, o 1+3c, etc., donde “c” indica clorosis, “+” indica una reacción más intensa pero menor al siguiente número en la escala.

Pruebas en planta adulta en invernadero

Cada genotipo se sembró en macetas de plástico que contenía suelo esterilizado para realizar la evaluación en planta adulta. Se depositaron seis semillas en cada maceta para dejar tres plantas por maceta, seleccionando las más vigorosas, se aplicó una dosis única de urea en etapa de plántula (20 g L^-1 de agua). Se inoculó la raza MBJ/SP asperjando la hoja bandera de cada genotipo con urediniosporas suspendidas en aceite mineral en la misma concentración usada en la evaluación en plántula; posteriormente, las plantas se mantuvieron en las mismas condiciones de invernadero que en la evaluación de plántula. La evaluación de severidad de la roya en la hoja se realizó 15 días después de la inoculación, siguiendo la escala de Cobb modificada, que va de 0 a 100 % ^{(Roelfs et al., 1992)}.

Pruebas en planta adulta en el campo

En la evaluación en campo los 38 genotipos se sembraron en dos surcos de 1 m de longitud y una fertilización inicial 160N-80P-00K. Se inoculó la raza MBJ/SP a los 45 días después de la siembra, preparando una suspensión de urediosporas en aceite mineral (5 mg de urediniosporas mL^-1 de aceite) ^{(Randhawa et al., 2018)} y asperjada con un atomizador manual. Las evaluaciones de severidad en la hoja bandera se realizaron siguiendo la escala de Cobb modificada que va de 0 a 100 % ^{(Roelfs et al., 1992)}.

Evaluación en plántula

De los más de 67 genes conocidos de resistencia a roya de la hoja ^{(McCallum et al., 2012)}, se postularon 14 en forma individual o en combinación. Los genes postulados fueron: Lr1, 2a, 2c, 3, 9, 10, 13, 14b, 16, 17, 23, 24, 27+31 y otros aún no identificados que se representan con el signo +. En México ya existe virulencia para los genes postulados; sin embargo, no existe una raza virulenta a todos ellos. Los genes postulados para cada variedad y línea avanzada se muestran en el Cuadro 3.

En las variedades Kronstand F2004, Cortázar S94 y Conatrigo F2015 se postuló la presencia de un solo gene, Lr16, 17 y 24, respectivamente. De éstos, sólo Lr24 mantiene su resistencia en planta adulta en campo, confiriendo casi inmunidad a las razas del patógeno existentes, ya que MFB/SP, virulenta para Lr24, no se ha detectado en los últimos años ^{(Huerta-Espino et al., 2008)}. El mayor número de genes postulados fueron: Lr1, 2a, 2c, 9, 10, 16, 17 y 23 en la variedad Noreste F2018.

Entre los genes de plántula identificados en el presente estudio, Lr17 se postuló en 31 de los 38 genotipos. Lr17 está presente en variedades como Lerma Rojo 64, INIA 66, Anáhuac 75 y Cocoraque 75 ^{(Singh y Rajaram, 1991)}. Lr17 confirió, por corto tiempo, resistencia a roya de la hoja a la variedad Jupateco 73 ^{(Huerta et al., 2002)}, y aún es efectivo para la raza TCB/TD, presente en México de 1989 a 1994 ^{(Huerta-Espino y Singh, 1996}; ^{Singh, 1991)}, pero inefectivo a las razas actuales, tanto en condiciones de riego como en condiciones de temporal.

Lr1 se postuló en 30 de los 38 genotipos y fue el segundo gen más común en el estudio. Cuando Lr1 es efectivo, confiere inmunidad a la enfermedad en plántula y planta adulta ^{(Huerta et al., 2002)}; sin embargo, la mayoría de las razas presentes en México son virulentas a este gen ^{(Villaseñor-Espín et al., 2003)}. Lr1 ha estado presente en las variedades mexicanas Sonora F64, Yécora F70, Pavón F76 y Tonichi S81 ^{(Singh y Rajaram, 1991)}; recientemente se postuló en Urbina S2007 ^{(Solís et al., 2008)}, Maya S2007 ^{(Solís et al., 2009)} y Alondra F2014; además, Lr1, fue uno de los genes de resistencia más comunes encontrados en un estudio para resistencia a la roya de la hoja en trigos de temporal ^{(Huerta et al., 2002)}.

Otro de los genes, Lr10, estuvo presente en 29 de los 38 genotipos; este gen fue postulado en Temporalera M87, Romoga F96 y Rebeca F2000 ^{(Huerta et al., 2002)}, Bárcenas S2002 y Maya S2007 ^{(Solís-Moya et al., 2013)}.

Lr23 se postuló en 26 de los 38 genotipos; este gen ha conferido resistencia en algunas variedades liberadas en los años 70s y 80s, (Chapingo VF74, Glenson M81, México M82, Seri M82, Curinda F86, Temporalera M87 y Batán F96), inclusive en variedades más recientes como Rebeca 2000 ^{(Huerta y Singh, 2000)} y Alondra F2014 ^{(Solís et al., 2016)}.

También se postuló la presencia del gen Lr16; el tipo de infección característico de Lr16 es “1” o “1+”, en la escala de 0 a 4 ^{(Huerta-Espino et al., 2014)}; a bajas temperaturas es posible observar un tipo de reacción casi susceptible como un 3 pero con una necrosis intensa que se identifica como 3C3, en particular con las razas MBJ/SP y MCJ/SP. Este tipo de infección es típico, pero normalmente no se manifiesta por los efectos epistáticos de otros genes y sólo se pone de manifiesto cuando las plantas son expuestas a razas como TCT/QB, LCJ/BN y TBD/TM que son virulentas a Lr1, inclusive Lr9 puede tener este mismo efecto epistático sobre Lr16. Este gen de resistencia ha sido postulado en variedades como Tepoca M89, Pápago M86 y Ciano 79 ^{(Singh y Rajaram 1992}, ^{Huerta-Espino y Singh 1996)}, y recientemente en Alondra F2014 ^{(Solís et al., 2016)}. Lr16 confiere resistencia en estado de plántula a todas las razas, excepto a MGB/SM ^{(Huerta-Espino et al., 2003)}.

El par de genes complementarios Lr27+31 (que no tienen efecto cuando están separados) ^{(Huerta-Espino et al., 2011)} fueron identificados en Bárcenas S2002, Roelfs F2007, Alondra F2014, Valles F2015, entre otros, pero en combinación con dos a cuatro genes adicionales.

Otro gen postulado fue Lr14b, que se detectó en Borlaug 100 por su respuesta a la raza TCT/QB, cuya reacción de infección típica es X ^{(Roelfs et al., 1992)}. El gen Lr14b es inefectivo contra la mayoría de las razas a nivel mundial; sin embargo, está relacionado con el gen Lr68 que confiere resistencia en planta adulta ^{(Herrera-Foessel et al., 2012)}. El gen de resistencia Lr14b no había sido postulado en las variedades mexicanas, dado que no existía una raza avirulenta. Por su posición en el cromosoma y su cercanía al gene de planta adulta Lr68, se puede postular la presencia de este último al detectar Lr14b ^{(Herrera-Foessel et al., 2012)}.

Hasta la fecha, ninguna variedad con el gene de resistencia Lr9 había sido liberada en México. En un estudio realizado por ^{Villaseñor-Espín et al. (2003)} se determinó que este gen fue efectivo para 13 razas de roya de la hoja, incluso a MCJ/SP y MBJ/SP. La virulencia para Lr9 no era muy común en México hasta 2008, cuando se reportó por primera vez en norte de México ^{(Huerta-Espino et al., 2008)}. En la presente investigación se identificó en las variedades Noreste F2018, Línea Avanzada G, Luminaria F2012 y Elia M2016.

La raza MFB/SP es la única virulenta al gen Lr24 ^{(Huerta-Espino et al., 2003)}; este gen se identificó en Conatrigo F2015 como único gen, y en Cisne F2016, junto con otros cinco genes. Conatrigo F2015 interviene en los progenitores de Cisne F2016, lo que apoya la postulación del gene Lr24, cuya presencia no había sido reportada en las variedades liberadas en México.

Lr3 se postuló sólo en Faisán S2016 y en Lucía “S”; este gen ya había sido postulado en Norteña F2007 y Alondra F2014 por ^{Solís-Moya et al. (2013)} y ^{Solís et al. (2016)} respectivamente; este gen es inefectivo contra las razas MBJ/SP y MCJ/SP, que son de las más comunes en los Valles Altos de México ^{(Villaseñor-Espín et al., 2003)}. Lr3 se postuló en las variedades Ahome F70, Zacatecas 74 y Victoria M81 ^{(Singh, 1993)}, en Gálvez ^{(Singh y Rajaram, 1991)} y en 16 genotipos de trigo de temporal ^{(Huerta et al., 2002)}.

El gen Lr13 se postuló en Roelfs F2007, Norteña F2007, Borlaug 100, Bacorehuis F2015, Faisán S2016, Canícula “S” y en la Línea avanzada B. Cuando Lr13 es efectivo, se expresa mejor a temperaturas sobre los 24 ^oC en invernadero, y es necesario inocular cuando la segunda hoja esta completamente extendida ^{(Huerta-Espino et al., 2003)}.

En las variedades Náhuatl F2000, Tlaxcala F2000, Valles F2015, Texcoco F2016 y Canícula “S” hay otro gen presente que no fue identificado, el cual fue representado con el signo +.

Evaluación en planta adulta en invernadero y campo

La raza inoculada en campo fue MBJ/SP, y la respuesta de los 38 genotipos en planta adulta se presenta en el Cuadro 3. Al comparar las líneas avanzadas y variedades de reciente liberación con aquellas liberadas antes de 2014, se encontró de manera general que el primer grupo mostró mayor resistencia; sin embargo, el número de genes postulados en estado de plántula no necesariamente fue mayor en los genotipos más recientes. Un ejemplo de ello es la variedad Conatrigo F2015, que a pesar de que mostró resistencia a 14 razas en estado de plántula y su respuesta en planta adulta fue 1 %, en esta variedad únicamente se postuló el gen Lr24, debido a que en genes de raza específica los niveles de resistencia no están en función del número de genes de resistencia, sino de la efectividad de los mismos. En este caso, de las razas usadas en la evaluación, sólo MFB/SP es virulenta a Lr24, mientras que Lr24 protege a la variedad contra las razas más comunes (MBJ/SP y MCJ/SP). Cuando hay genes efectivos en plántula para la raza MBJ/SP, éstos permanecen en todas las etapas de crecimiento de la planta, con excepción de las líneas portadoras del gen Lr16 que, si bien es efectivo en plántula, en planta adulta no lo es y se convierte en un gen con efectos intermedios ^{(Huerta et al., 2002)}, como es el caso del comportamiento de la variedad Kronstad F2004.

Se observaron genotipos susceptibles en estado de plántula, pero con altos niveles de resistencia en planta adulta, como Alondra F2014, Borlaug 100, Bacorehuis F2015, Altiplano F2007, Lucía “S” y las Líneas avanzadas B, E y F. Lo anterior puede explicarse porque existen genes de resistencia de raza específica que se expresan de manera óptima en la etapa de planta adulta, pero lo hace de manera leve en plántula; sin embargo, la respuesta de resistencia en planta adulta de los genotipos evaluados no necesariamente es causada por genes de raza específica, ya que puede deberse a genes que confieren resistencia sin especificidad de raza demostrada ^{(Kolmer, 2013)} tales como Lr34, 46 y 68.

En algunos casos la respuesta de los genotipos a la infección en planta adulta en invernadero no coincidió con los resultados de la evaluación en campo. En genotipos susceptibles en plántula se espera un porcentaje de infección mayor debido a las reinfecciones sucesivas del patógeno, mientras que en otros casos la presencia de genes de resistencia que condicionan un desarrollo lento de la enfermedad tendrá niveles de infección más bajos. En invernadero se inocula toda el área de la hoja bandera y se proporcionan las condiciones óptimas para el establecimiento del patógeno, mientras que en campo llega a existir interacción con el ambiente. Lo anterior explica el comportamiento de las variedades Bárcenas S2002, Cortazar S94 y Temporalera M97 que mostraron niveles más altos de infección en campo en comparación con la respuesta en el invernadero, y lo opuesto en variedades como Náhuatl F2000, Rebeca F2000 y Don Carlos M2015 con niveles más bajos en el campo que en invernadero (Cuadro 3).

Los avances del mejoramiento genético para resistencia a roya de la hoja en planta adulta son evidentes al comparar el germoplasma de reciente formación con las variedades liberadas con anterioridad, observándose mayor resistencia en el primer grupo, debido a la recombinación entre progenitores que han mostrado buen comportamiento en planta adulta y porque dentro del proceso de selección hacia homocigosis y en la evaluación de las líneas experimentales, la expresión de resistencia en planta adulta es de suma importancia para el fitomejorador.