Introducción

En 2019, el tomate de cáscara se cultivó en 30 estados de la República Mexicana (^{Sistema de Información Agroalimentaria y Pesquera [SIAP], 2021}); en donde se puede encontrar desde el sistema tradicional con siembra directa en temporal, hasta el fertirriego con acolchado y espaldera. En los ciclos primavera-verano y otoño-invierno, se cultiva tanto en riego como en temporal, por lo que el producto está disponible en el mercado todo el año (^{Peña-Lomelí, Santiaguillo-Hernández, & Magaña-Lira, 2007}).

La mayoría de los agricultores utilizan semilla que ellos obtienen de sus cultivos. En algunas partes del país se utilizan variedades comerciales obtenidas de la multiplicación de materiales criollos sobresalientes, pero que no han pasado por un robusto programa de mejoramiento (^{Magaña-Lira, Santiaguillo-Hernández, & Grimaldo-Juárez, 2011}), y no se pueden garantizar aspectos como identidad, pureza genética, calidad (física, fisiológica, sanitaria y genética), entre otros atributos agronómicos. Por lo anterior, es importante producir semilla certificada de variedades mejoradas y registradas, para dar certeza al productor de la calidad de la semilla y mejorar la productividad del cultivo (^{Santiaguillo-Hernández et al., 2012}).

El tomate de cáscara presenta autoincompatibilidad gametofítica determinada por dos genes independientes con alelos múltiples (^{Mulato-Brito, Peña-Lomelí, Sahagún-Castellanos, Villanueva-Verduzco, & López-Reynoso, 2007}; ^{Pandey, 1957}), razón por la cual no es posible formar líneas altamente endogámicas ni híbridos con las técnicas clásicas. En consecuencia, su mejoramiento genético está basado en la selección (^{Peña-Lomelí & Márquez-Sánchez, 1990}).

La endogamia es el apareamiento de individuos que están relacionados entre sí por ascendencia. La consecuencia esencial de que dos individuos tengan un ancestro común es que ambos pueden portar réplicas de uno de los genes presentes en el ancestro y, si se aparean, puedan heredarlo. El efecto más notable de la endogamia es la pérdida de vigor o depresión endogámica, caracterizada por la reducción del valor fenotípico que muestran los caracteres relacionados con la capacidad reproductiva o con la eficiencia fisiológica (^{Falconer & Mackay, 1996}).

La heterosis se presenta en cruzas de líneas endogámicas y en cruzas intervarietales, como en tomate de cáscara (^{Sahagún-Castellanos, Gómez-Ruiz, & Peña-Lomelí, 1999}). ^{Peña-Lomelí et al. (1998)} trabajaron con ocho variedades analizadas en un dialélico y encontraron que la heterosis media fue significativa para rendimiento total (17.19 %) y número de frutos por planta (10. 42 %), por lo que sería posible obtener híbridos de mejores características que las variedades. ^{Santiaguillo-Hernández, Cervantes-Santana, y Peña-Lomelí (2004)} encontraron heterosis promedio positiva significativa del rendimiento total por planta (21.4 %) en cruzas planta a planta entre las variedades Verde Puebla y CHF1 Chapingo, aunque en caracteres de calidad de fruto la heterosis promedio fue negativa.

^{Peña-Lomelí et al. (1999)} señalan que es posible obtener híbridos de cruzas entre familias de medios hermanos maternos (FMHM), y ^{Santiaguillo-Hernández et al. (2004)} mencionan que también se pueden obtener por cruzas planta a planta. No obstante, mantener la estabilidad de las familias a través de los ciclos de incremento de su semilla puede ser un problema debido al reducido número de individuos, lo que puede generar depresión endogámica. Una manera de conservar el genotipo de familias o plantas progenitoras de híbridos es la multiplicación in vitro (^{Andrade-Rodríguez, López-Peralta, González-Hernández, García-Velázquez, & Peña-Lomelí, 2005}), aunque aún no se cuenta con el protocolo completo para su propagación masiva.

Por lo anterior, el objetivo de este trabajo fue estudiar el efecto de la endogamia en familias de cuatro variedades de tomate de cáscara obtenidas a través de tres generaciones de apareamiento por cruzas fraternales y planta a planta.

Materiales y métodos

Las variedades de tomate de cáscara evaluadas fueron Tecozautla, Diamante, Manzano y Morado San Miguel (^{Servicio Nacional de Inspección y Certificación de Semillas [SNICS], 2021}). En cada una se estudiaron tres FMHM obtenidas de seis ciclos de incremento de su semilla por cruzas fraternales (Generación 1).

En el ciclo otoño-invierno 2018-2019, se establecieron en hidroponía bajo invernadero 114 plantas de cada familia (12 en total). Se seleccionaron las cinco mejores plantas de cada familia bajo criterios de altura, vigor y número de flores a los 15 días después del trasplante (ddt). En las plantas seleccionadas se realizaron cruzas planta a planta y fraternales mediante la técnica de polinización controlada descrita por ^{Peña-Lomelí, Magaña-Lira, Gámez-Torres, Mendoza-Celino, y Pérez-Grajales (2018)}.

Las cruzas planta a planta se hicieron en cadena. La primera planta se cruzó como macho con la segunda, ésta con la tercera y así sucesivamente, y la quinta planta se cruzó como macho con la primera. Para las cruzas fraternales, se colocó el polen de las cinco plantas en una caja Petri, se mezcló y se polinizó cada planta. En las cruzas planta a planta y fraternales, cada planta seleccionada dio origen a una familia de hermanos completos (FHC) y a una FMHM, respectivamente (Generación 2).

En el ciclo otoño-invierno 2019-2020, se establecieron en hidroponía bajo invernadero las familias resultantes de la Generación 2. Como algunas cruzas no produjeron suficiente semilla, se eligieron plantas de familias que tuvieran tanto FHC como FMHM. Por lo tanto, se seleccionaron cinco plantas dentro de cada familia. En el ciclo anterior, se realizaron ambos tipos de cruza para cada planta, y en el nuevo ciclo de selección únicamente se realizó un tipo de cruza por planta, lo cual dependió de su origen. Si la planta provenía de una FHC, se hicieron cruzas planta a planta; si provenía de una FMHM, se hicieron cruzas fraternales. Esto dio origen a nuevas FHC y FMHM (Generación 3). Para la evaluación en campo, se utilizaron todas las familias obtenidas.

En el ciclo primavera-verano de 2020, se hizo la evaluación en campo de aquellas familias obtenidas en ambos ciclos de selección-cruza en invernadero y que tuvieran semilla suficiente, más las familias originales (que provenían de los seis ciclos de incremento de semilla por cruzas fraternales); esto originó 82 familias (Generaciones 1, 2 y 3). La siembra se hizo el 29 de febrero, y se utilizaron charolas de poliestireno de 200 cavidades con turba como sustrato. Se colocaron de una a dos semillas por cavidad en función de su disponibilidad. Las plántulas se mantuvieron en condiciones de invernadero y se regaron cada tercer día con solución nutritiva de Steiner al 50 % por tres semanas; posteriormente, los riegos fueron diarios con la solución nutritiva de Steiner al 100 % (^{Steiner, 1984}). A los 15 días de la siembra se aclareó a una planta por cavidad.

La evaluación se estableció en el lote 10-C (19° 27’ 60’’ latitud norte y 98° 54’ 19’’ longitud oeste) del campo experimental del Colegio de Postgraduados, campus Montecillo, Estado de México. El terreno se preparó con barbecho y rastreo; el surcado se hizo a 1 m de distancia. El trasplante se realizó el 16 de abril con una distancia de 30 cm entre plantas. Se estableció un diseño de bloques completos al azar con cuatro repeticiones. Cada unidad experimental consistió en un surco de 4.2 m (15 plantas). Los riegos se realizaron semanalmente mediante el uso de sifones y se fertilizó con 200 N - 100 P₂O₅ - 50 K₂O. La primera fertilización se realizó una semana después del trasplante: se aplicó la mitad de urea y el total del fosfato diamónico y el cloruro de potasio. La segunda fertilización se hizo 28 ddt y se aplicó el resto de urea. Además de aplicaciones semanales del fertilizante foliar (Bayfolan Forte® + surfactante), se hicieron aspersiones preventivas para plagas y enfermedades (Confidor® [Imidacloprid] y Lannate® [Metomilo]). Las malezas se controlaron con tres escardas y dos deshierbes, y después del aporque se aplicaron 112.5 g_i.a.·ha^-1 de Provence 75 WG® (Isoxaflutole).

A los 40 ddt, se tomaron datos de altura de planta y número de bolsas formadas (frutos amarrados). La altura (ALT, cm) se tomó del nivel del suelo a la punta de la rama más alta. Para el número de bolsas (BOL), se contaron los cálices con desarrollo de fruto. En ambas variables se obtuvo la media por unidad experimental.

La cosecha se efectuó en dos cortes: 30 de junio y 10 de julio. En ambos se evaluó el rendimiento por planta (RPC1 y RPC2, kg) y el rendimiento total por planta (RTP, kg); además, se pesaron 10 frutos al azar (P10FC1 y P10FC2, g) y solamente en el primer corte se midió el volumen (V1, mL). A partir del peso y el volumen de 10 frutos se estimó la densidad aparente de frutos en el primer corte (D1, g·mL^-1), que a su vez sirvió para estimar el volumen en el segundo corte (V2, mL). También se obtuvo el peso y el volumen promedio de los 10 frutos (PP10F y VP, respectivamente). El peso de 10 frutos se consideró como un estimador de su tamaño (fruto muy grande, grande y mediano) (^{Peña-Lomelí, Ponce-Valerio, Sánchez-del Castillo, & Magaña-Lira, 2014}).

El análisis de varianza se realizó según el siguiente modelo: Y _ijkl = μ + β _l + V _i + G _(i)j + C _(i)k + GC _(i)jk + ε _ijkl , donde Y _ijkl es el valor observado de la variable Y, µ es la media general, β _l es el efecto del bloque l, V _i es el efecto de la variedad i, G _(i)j es el efecto de la generación j anidado en la variedad i, C _(i)k es el efecto del tipo de cruza k anidado en la variedad i, GC _(i)jk es la interacción generación x cruza anidada en la variedad i y ε _ijkl es el error aleatorio. Se hicieron pruebas de comparación de medias (Tukey, P ≤ 0.05) entre variedades, entre generaciones para cada variedad y entre cruzas para cada variedad.

Resultados y discusión

El análisis de varianza (Cuadro 1) muestra que Variedad tuvo un efecto altamente significativo (P ≤ 0.01) sobre todas las variables. Esto indica comportamientos diferentes entre variedades, lo cual está relacionado con las características distintivas de cada una de ellas, como el tamaño de fruto y el rendimiento por planta. El efecto del factor Generación anidada en Variedad no fue significativo en RPC2 y D1; en ALT y V2 el efecto fue significativo (P ≤ 0.05), y en el resto de las variables fue altamente significativo (P ≤ 0.01). Lo anterior puede indicar depresión endogámica a través de generaciones en al menos una de las variedades estudiadas. El factor Cruza anidado en Variedad no tuvo efecto significativo sobre RPC2 y D1, pero lo tuvo (P ≤ 0.05) para ALT, P10FC2, V1 y V2; los efectos fueron altamente significativos (P ≤ 0.01) para el resto de las variables. Esto implica que, al menos para una variedad, el tipo de cruza produce un efecto diferente. La interacción Generación x Cruza no fue significativa.

La variedad Manzano fue la de mayor ALT, mientras que las otras no difirieron estadísticamente entre sí (P ≥ 0.05). Diamante tuvo el mayor número de BOL, seguida de Morado, Tecozautla y Manzano. En el RPC1 y el RTP Diamante fue superior, aunque en el segundo corte no fue diferente de Morado. La D1 no fue diferente entre Diamante, Manzano y Morado, pero las tres fueron superiores a Tecozautla. En el P10FC1 y el PP10F Tecozautla fue superior, pero en el P10FC2 no fue diferente de Diamante. Con respecto a las variables de volumen, Tecozautla fue superior en las tres (Cuadro 2).

Tecozautla fue la variedad con frutos más grandes, pero con menor densidad. Diamante fue la de mayor precocidad y rendimiento. El hábito de crecimiento en Manzano fue más erecto que en las otras. Morado fue la variedad con los frutos de menor tamaño. Lo anterior coincide con lo reportado por ^{Sánchez-Martínez y Peña-Lomelí (2015)} respecto a las características distintivas de dichas variedades.

La ALT sólo fue diferente entre generaciones para la variedad Manzano, donde la Generación 2 presentó el valor más alto (Figura 1a). La Generación 1 de la variedad Diamante presentó menor número de BOL que las Generaciones 2 y 3, las cuales no fueron diferentes entre sí. En el resto de las variedades, no se encontraron diferencias en BOL (Figura 1b). El RPC1 y el RTP no fueron diferentes entre las Generaciones 1 y 2 en todas las variedades, pero en Tecozautla y Diamante se obtuvo un rendimiento significativamente menor en la Generación 3 (Figuras 1c y 1e). De acuerdo con ^{Márquez-Sánchez (2007)}, la disminución en el rendimiento es un indicador medible de la depresión endogámica. El RPC2 y la D1 no fueron diferentes entre generaciones para ninguna variedad (Figuras 1d y 1f).

Figura 1 Comparación de medias en tres generaciones de cruzas para cuatro variedades de tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot. ex Horm.): a) altura de planta (ALT, cm), b) número de bolsas (BOL), c) rendimiento por planta en el corte 1 (RPC1, kg), d) rendimiento por planta en el corte 2 (RPC2, kg), e) rendimiento total por planta (RTP, kg) y f) densidad de 10 frutos en el corte 1 (D1, g·mL^-1). DMSH = diferencia mínima significativa honesta. Medias con la misma letra en cada variedad no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05). 

En Tecozautla y Diamante, la Generación 1 fue superior en P10FC1, P10FC2, PP10F, V1, V2 y VP. De igual manera, las Generaciones 2 y 3 no fueron diferentes entre sí en Diamante (Figura 2). Cabe recordar que no se contó con semilla suficiente de la Generación 2 de Tecozautla para la evaluación en campo. En Manzano, únicamente se observó disminución en el P10FC1 y el V1 (Figuras 2a y 2d), donde la Generación 1 fue significativamente superior a las Generaciones 2 y 3, entre las cuales no hubo diferencias significativas. En el resto de las variables, no se encontraron diferencias entre generaciones. La variedad Morado no presentó diferencias significativas entre generaciones para ninguna variable (Figuras 1 y 2).

Figura 2 Comparación de medias en tres generaciones de cruzas para cuatro variedades de tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot. ex Horm.): a) peso de 10 frutos en el corte 1 (P10FC1, g), b) peso de 10 frutos en el corte 2 (P10FC2, g), c) peso promedio de 10 frutos (PP10F, g), d) volumen de 10 frutos en el corte 1 (V1, mL), e) volumen de 10 frutos en el corte 2 (V2, mL) y f) volumen promedio de 10 frutos (VP, mL). DMSH = diferencia mínima significativa honesta. Medias con la misma letra en cada variedad no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05). 

En resumen, la comparación de medias indica que el rendimiento, el tamaño y el volumen de fruto disminuyeron en Tecozautla y Diamante con el paso de las generaciones. El rendimiento disminuyó después de la segunda generación, mientras que el tamaño y el volumen lo hicieron después de la primera. En Manzano solamente el tamaño y el volumen de fruto en el primer corte se vio afectado, en ambos casos después de la Generación 1. Esto es un indicador de depresión endogámica, como lo señaló ^{Márquez-Sánchez (2007)}. Con base en lo anterior, se puede decir que la depresión endogámica tuvo mayor efecto en las variedades Tecozautla y Diamante, lo cual se puede deber a su nivel inicial de endogamia. Ambas tienen más ciclos de selección que Manzano y Morado (^{Peña-Lomelí et al., 2018}; ^{Sánchez-Martínez & Peña-Lomelí, 2015}), por lo que se infiere que hay más endogamia en Tecozautla y Diamante.

La ALT solamente fue diferente entre tipos de cruzas en Manzano, donde las familias obtenidas por cruzas planta a planta fueron superiores (Figura 3a). El BOL y el RPC1 fueron diferentes en Morado, siendo superiores las familias obtenidas de cruzas fraternales (Figuras 3b y 3c). El tipo de cruza tuvo efecto sobre las variables de rendimiento en Diamante, ya que, en ambos cortes y en el rendimiento total, las familias provenientes de cruzas planta a planta presentaron menor rendimiento (Figuras 3c, 3d y 3e). En la variedad Tecozautla, no se encontró efecto del tipo de cruza sobre la ALT, el BOL ni en variables de rendimiento (Figura 3). La densidad no fue afectada por el tipo de cruza.

Figura 3 Comparación de medias en dos tipos de cruza para cuatro variedades de tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot. ex Horm.): a) altura de planta (ALT, cm); b) número de bolsas (BOL), c) rendimiento por planta en el corte 1 (RPC1, kg), d) rendimiento por planta en el corte 2 (RPC2, kg), e) rendimiento total por planta (RTP, kg) y f) densidad de 10 frutos en el corte 1 (D1, g·mL^-1). DMSH = diferencia mínima significativa honesta. Medias con la misma letra en cada variedad no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05). 

Por el tipo de familia que genera cada cruza, se esperaba que las variables evaluadas tuvieran menor expresión en las familias derivadas de las cruzas planta a planta, pues el apareamiento entre hermanos completos genera mayor endogamia que entre medios hermanos (^{Falconer & Mackay, 1996}). Lo anterior se puede deber a que las cruzas se hicieron entre plantas selectas en ambos casos y posiblemente aún presentan alta heterocigosidad. ^{Hallauer, Carena, y Miranda (2010)} mencionan que el cambio de vigor es directamente proporcional a la modificación en la heterocigosidad en la población, es decir, a mayor heterocigosidad mayor rendimiento.

El tamaño de fruto (peso y volumen) en el primer corte fue diferente entre tipo de cruzas en Tecozautla y Morado. En ambos casos, se observó una disminución significativa en las cruzas planta a planta respecto de las fraternales (Figuras 4a y 4d). En Tecozautla y Diamante se encontraron diferencias entre tipo de cruzas para P10FC2 y V2 (Figuras 4b y 4e). Las familias obtenidas mediante cruzas planta a planta presentaron valores inferiores a los de las fraternales. En el tamaño promedio de fruto de Tecozautla, Diamante y Morado también se encontró que las familias de cruzas planta a planta fueron inferiores a las de cruzas fraternales (Figuras 4c y 4f). En general, no se encontraron diferencias entre tipos de cruza para Manzano (Figuras 3 y 4).

Figura 4 Comparación de medias de dos tipos de cruza para cuatro variedades de tomate de cáscara (Physalis ixocarpa Brot. ex Horm.): a) peso de 10 frutos en el corte 1 (P10FC1, g), b) peso de 10 frutos en el corte 2 (P10FC2, g), c) peso promedio de 10 frutos (PP10F, g), d) volumen de 10 frutos en el corte 1 (V1, mL), e) volumen de 10 frutos en el corte 2 (V2, mL) y f) volumen promedio de 10 frutos (VP, mL). DMSH = diferencia mínima significativa honesta. Medias con la misma letra en cada variedad no difieren estadísticamente (Tukey, P ≤ 0.05). 

Tecozautla tuvo un comportamiento diferente en las variables relacionadas con el tamaño y el volumen de fruto. Diamante fue diferente en el RTP, el PP10F y el VP. Manzano solamente fue diferente en ALT. Morado tuvo comportamiento diferente en el RPC1, el P10FC1, el V1 y el VP. En Tecozautla, Diamante y Morado la cruza fraternal fue superior; en Manzano lo fue la cruza planta a planta. De manera general, esto indica que las cruzas planta a planta generaron mayor depresión endogámica que las cruzas fraternales, excepto en Manzano.

La mayor depresión endogámica en la cruza planta a planta se debe a que durante la polinización entran en juego sólo dos individuos, y en la fraternal intervienen cinco. Con menos individuos aumenta la probabilidad de que parientes cercanos se apareen y que la homocigosis aumente, por lo que la frecuencia de los fenotipos dominantes disminuye y los efectos deletéreos de los alelos recesivos incrementan. En las FHC, la endogamia es mayor que en las FMHM (^{Falconer & Mackay, 1996}; ^{Hallauer et al., 2010}).

Los resultados muestran que es posible desarrollar un programa de mejoramiento genético por hibridación en tomate de cáscara, a pesar de la autoincompatibilidad, ya que se ha demostrado que, efectivamente, las cruzas planta a planta generan endogamia. Sin embargo, es necesario considerar que para generar un nivel de endogamia similar al de un ciclo de autofecundación se requieren varios ciclos de cruzas planta a planta (^{Falconer & Mackay, 1996}), por lo que el tiempo requerido para la obtención de FHC altamente endogámicas sería mucho mayor.

Conclusiones

Se presentó depresión endogámica entre generaciones en el rendimiento, el tamaño y el volumen de fruto, la cual disminuyó a través de éstas.

Las variedades Tecozautla y Diamante presentaron mayor depresión endogámica que Manzano y Morado, pues tuvieron una tendencia decreciente en las variables evaluadas a través de las generaciones.

El tipo de cruza tuvo efecto diferente en función de la variedad. En las variables relacionadas con el tamaño de fruto, el comportamiento de las plantas originadas por cruzas planta a planta fue inferior en Tecozautla, Diamante y Morado, lo cual indica que se genera mayor depresión endogámica con este tipo de cruza.

Es posible obtener familias de hermanos completos altamente endogámicas para un programa de mejoramiento genético por hibridación en tomate de cáscara.