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Introducción
Las royas (Puccinias spp) son las enfermedades más destructivas en los cereales y pueden afectar desde la etapa de plántula hasta el llenado del grano, ocasionan pérdidas de 51 hasta 100 % bajo alta presión del patógeno (Herrera-Foessel et al., 2005). El mejoramiento genético es el principal mecanismo para controlar las royas de los cereales, mediante el empleo de variedades resistentes (Johnson, 1981). En general, las variedades resistentes, desde su liberación, duran en promedio cinco años en explotación comercial donde la roya del tallo (Puccinia graminis f. sp. tritici) es endémica, periodo que equivale a la duración de la vida agronómica de una variedad cuando existe un programa de mejoramiento activo (Singh y Dubin, 1997).
En México, esta enfermedad ha sido controlada mediante liberación de variedades resistentes y desde 1960 no ha sido un problema (Huerta-Espino et al., 2011). En algunos países la roya del tallo puede presentarse en variedades resistentes al momento de su liberación que se siembran por primera vez, y en la mayoría de los casos los fracasos de las variedades previamente resistentes obedecen al inadecuado conocimiento de las razas o virulencias presentes en la población del patógeno. En otros casos se produjeron mutaciones o recombinaciones de los factores de virulencia existentes que superaron la resistencia del hospedante (Singh et al., 2000).
Los programas de mejoramiento genético trabajan continuamente para incorporar resistencia genética a los genotipos sobresalientes contra las royas. Con los estudios de la herencia de la resistencia a la roya del tallo en trigo (Triticum spp), al cruzar una variedad susceptible por una resistente, en su progenie es posible determinar tanto el tipo de acción génica como el número de genes que confiere la resistencia (Singh et al., 2000; Zhang y Knott, 1990).
En general, la resistencia a royas en trigo puede estar condicionada por uno o varios genes; éstos pueden actuar como dominantes, complementarios, recesivos o en sus posibles combinaciones. Sin embargo, algunas proporciones son difíciles de establecer aun cuando el tamaño de las poblaciones sea grande (Strickberger, 1988). Herrera-Foessel et al. (2005) observaron la presencia de un gen de resistencia en trigos cristalinos en las cruzas de Guayacán 2, Guayacán INIA, Storlom, Camayo, Llareta INIA y Somateria, al cruzar con el susceptible Atil C2000 e inocular con la raza BBG/BN de la roya de la hoja.
En 1950, en el noreste de México la roya del tallo fue una de las enfermedades más destructivas y de mayor importancia económica, donde ocasionó pérdidas significativas en variedades susceptibles (Singh et al., 2011). En México, las variedades permanecen resistentes a la roya de tallo. Sin embargo, existe la amenaza continua de la evolución del patógeno ante las condiciones climáticas cambiantes, por lo que es necesario contar con material genético con resistencia ante las posibles mutaciones del patógeno.
Recientemente no se han realizado estudios de resistencia genética en trigos cristalinos. Ello se debe a que desde 1950 con el efecto de los genes Sr2, Sr7a, Sr11, Sr13, Sr36, entre otros, se logró el control de P. graminis f. sp. tritici en México (Huerta-Espino et al., 2011). Lo que se tiene que trabajar ahora es en la incorporación de resistencia en las nuevas variedades, para contrarrestar la posible evolución del patógeno ante la presión de selección que se ha sometido año con año. Sin embargo, existe la amenaza del ingreso de la raza TTKSK (UG99), la cual es devastadora en el continente africano y puede llegar a México (Villaseñor, Com. pers.1).
Actualmente se desconoce la genética de la resistencia en las variedades de Atil C2000, Samayoa C2004, Cirno C2008 y Movas C2009, consideradas variedades de alto potencial en México por sus altos rendimientos y resistencia a la roya del tallo. Por tanto, se planteó la presente investigación con el objetivo de determinar la herencia de la resistencia a la roya del tallo causada por P. gramins f. sp. tritici en Atil C2000, Samayoa C2004, Cirno C2008, y Movas C2009.
Materiales y métodos
Material genético
Se utilizaron las variedades de trigo cristalino Atil C2000, Samayoa C2004, Cirno C2008 y Movas C2009, variedades que sobresalen por su rendimiento, resistencia a las royas y por la superficie sembrada en el noroeste de México. En el Cuadro 1 se presenta la genealogía de las variedades resistentes y del genotipo susceptible Noio; este genotipo es susceptible en plántula y planta adulta a todas las razas fisiológicas de la roya del tallo existentes en México y en particular a la raza RTR, la cual alcanza una severidad de 100 % en planta adulta y de 4 en la escala de 0 a 4 en plántula (Roelfs et al., 1992).
Obtención de generaciones F1, segregantes F2 y familias F3
Se sembraron los progenitores en tres fechas diferentes con intervalos de 8 d entre fecha de siembra en el ciclo Otoño-Invierno de 2012 a 2013 en un campo experimental localizado en Chapingo a 19° 29' N y 99° 53' O, a una altitud de 2250 m. En marzo de 2013 se efectuaron las cruzas de las variedades resistentes con el progenitor susceptible (Noio), y entre las variedades resistentes × resistentes mediante el método emasculación-polinización manual simple (González et al., 2005) (Cuadro 2), de donde se obtuvo la generación filial F1. Del total de las semillas F1 provenientes de tres espigas de cada cruza, se sembraron 60 semillas en el ciclo Primavera-Verano de 2013 en el mismo campo experimental; de cada cruza se cosecharon tres plantas con un total de 150 semillas, las cuales dieron origen a la generación F2. En diciembre de 2014 se sembraron en un lote de Celaya, Guanajuato ubicado 20o 34' 49.0" N, 100o 49' 15.10" O, a 1768 msnm, las 10 poblaciones F2 con tres repeticiones. Cada población se sembró en una parcela de 5 m de longitud con una separación de 10 cm entre plantas. Para obtención de las familias F3 se cosecharon individualmente todas las plantas F2 de cada cruza.
Evaluación de familias F3 en plántula
Las familias F3 y los progenitores se evaluaron en plántula durante el ciclo Primavera-Verano de 2015 bajo condiciones de temperatura controladas de invernadero en el Laboratorio Nacional de Royas y otras Enfermedades de Trigo (LANARET) del INIFAP-CEVAMEX.
Las familias de cada cruza se sembraron en charolas de plástico (20 x 30 x 6 cm) a las cuales se les agregó una mezcla de tierra preparada y peat moss (60:40), se marcaron pequeños surcos y orificios con una plancha de acero. La siembra se efectuó de dos formas: 1) Las cruzas resistentes × susceptibles se sembraron en charolas con dos hileras y cinco columnas (capacidad para 10 familias, se colocaron 30 semillas por familia); 2) Las cruzas resistentes × resistentes se sembraron en charolas de ocho hileras y seis columnas (capacidad para 48 familias, se colocaron 8 semillas por familia). Se agregó tierra para tapar las semillas y se dio un riego ligero. Las charolas se acomodaron en un diseño de bloques completamente al azar con dos repeticiones, las cuales se mantuvieron en invernadero con temperaturas de 20 a 25 °C. Se utilizó la raza de roya del tallo RTR (fórmula de avirulencia/virulencia: Sr7a, 9e, 10, 12, 13, 14, 22, 23, 24, 25, 26, 29, 30, 31, 32, Dp2, H, Gt,W3560, Agi/Sr5, 6, 7b, 8a, 8b, 9a, 9b, 9d, 9f, 9g, 11, 15, 17, 21, 28, 34, 36 y Pl) (Singh, 1991), la cual se colectó en Ciudad Obregón, Sonora y se almacenó en un frasco a -80 oC.
Para rehabilitar las urediniosporas se realizó un tratamiento térmico con agua a 60 oC por 5 min (baño maría) y luego se rehidrató por 4 h en una cámara húmeda (Mariscal-Amaro et al., 2009). Plántulas de 10 d de edad se inocularon con aspersiones de urediniosporas de la raza RTR suspendidas en aceite mineral Sotrol®170 (Chevron Phillips Chemical Company LP, San Ramón, California, USA) a una concentración de 1 x 10-6 mL-1. Las plántulas inoculadas se colocaron en cámara de rocío por 9 h, y 3 h de luz a 20 °C; después de 16 h se trasladaron a invernadero a 24 oC durante el día y aproximadamente 12 oC durante la noche.
Clasificación de las familias
A los 12 d después de la inoculación se registraron los tipos de infección, para la cual, se usó la escala de 0 a 4, de acuerdo con Roelfs et al. (1992). Dentro de esta escala, las plantas con tipos de infección 0, (fleck), 1, 2 y X se consideran resistentes, y los tipos de infección 3 y 4 se utilizan para las plantas consideradas susceptibles. Las familias se clasificaron en tres grupos de acuerdo con la reacción de infección (Singh y Rajaram, 1993). El Grupo 1 corresponde a las familias homocigotas con una respuesta de resistencia similar a la del progenitor resistente; el Grupo 2 son aquellas familias homocigotas con una respuesta similar a la del progenitor susceptible; y el Grupo 3 se refiere a las familias heterocigotas segregantes en las que se agrupan familias con plantas resistentes y susceptibles.
Análisis estadístico
Las frecuencias observadas y esperadas se compararon mediante la prueba de Ji-cuadrada (X2), el valor de tablas y la significancia fueron determinadas de acuerdo con la X2, resultado de las proporciones de las familias de cada cruza. Para el valor de tablas se usaron n-1 grados de libertad, donde n es el número de grupos de clasificación de familias F3 (Infante-Gil y Zárate de Lara, 2012).
Resultados y discusión
Pruebas de plántula en invernadero
En la determinación del número de genes se tomó como referencia el número de familias homocigotas susceptibles, bajo el supuesto de que la virulencia del patógeno es recesiva y la resistencia en planta es dominante (Singh et al., 2001).
Las frecuencias de las familias en plántula de las cruzas resistente × susceptible se muestran en el Cuadro 3. En las cruzas Atil C2000 × Noio y Cirno C2008 × Noio las frecuencias observadas fueron 29:110:20 y 23:137:19 resistentes: segregante:susceptibles, respectivamente. Para el análisis se agruparon las familias resistentes y las segregantes, las cuales se compararon con las susceptibles; ambas frecuencias se ajustaron a la relación fenotípica 57:7 lo que indica que Atil C2000 y Cirno C2008 poseen tres genes, dos genes dominantes complementarios de resistencia y un tercer gen con dominancia completa e independiente. Huerta et al. (2010) determinaron que la resistencia a roya de la hoja en la cruza de trigo cristalino Altar + Lr14a con Jupare C2001 estuvo condicionada por tres genes de resistencia, dos genes complementarios provenientes de Jupare C2001 y el gen Lr14a transferido a la variedad Altar C84, al inocular con la raza BBG/BN.
R = resistentes, Seg = segregantes, S = susceptibles.
Cuadro 3 Número de plantas F3 resistentes y susceptibles observadas frente a la raza RTR de la roya del tallo en trigos cristalinos.
Boskovic et al. (2008), al evaluar la progenies F2, encontraron la frecuencia fenotípica 57:7 en las cruzas de los cultivares NS-66/5 × Lr24, NS-66/2 × Lr9 y NS77/2 × Lr19; NS-26/2 × Lr19, NS-32/1 × Lr9 y NS-46/3 × Lr24; NS-77/3 × Lr24, NS-26/1 × Lr9 y NS-32/3 × Lr24 e inoculados con los patotipos de la roya de la hoja B.g.s.1289, Is.w.889 y Chl.w.1489, respectivamente. Prijic y Jerkovic (2010), en un estudio realizado en otro patosistema de base genética de la resistencia duradera a Puccinia trtiticina con las variedades Anastasia y Selekta, al cruzarlas con diferenciales que poseen los genes Lr1, Lr2a, Lr3, Lr13, Lr14a, Lr16 y Lr26, descubrieron que en las poblaciones F2 las frecuencias se ajustaron a 57:7. Por su parte, al evaluar cultivares de trigo cristalino y variedades locales de España contra la raza DBB/CN de roya de la hoja, en las cruzas con el susceptible Somateria y los resistentes Don Valentín y Don Ricardo, el susceptible Jupare (Lr27+31) y los resistentes Don Jaime, Don Javier, Don Juan y Colosseo, Soleiman et al. (2014) encontraron frecuencias fenotípicas de 57:7.
Por lo tanto, en este estudio la segregación en las poblaciones derivadas de las cruzas entre los padres resistentes (Atil C2000 y Cirno C2008) con el susceptible (Noio) indican un control genético diferenciado de la resistencia a la raza RTR, con una segregación observada para ambos de 57:7. En la relación esperada de 19 resistentes, 38 segregantes y 7 susceptibles para tres genes dominantes, dos complementarios y un dominante independiente, las familias segregantes no se pudieron distinguir con seguridad de las familias resistentes, por lo que se decidió agrupar las resistentes y segregantes en una sola categoría para facilitar la determinación de la relación fenotípica en la F3. Algunas de las causas de la agrupación se deben a la clasificación equívoca de las familias por la considerable variación en la intensidad de la infección, en particular para estas dos cruzas. En este caso es difícil distinguir las familias heterocigotas de las familias homocigotas resistentes, y la tendencia es clasificarlas como resistentes, como lo hicieron Mckenzie y Martens (1968) con las líneas F3 de las retrocruzas C.I.3034 × Rodney 02 y C. I. 3034 × Rodney ABD2, quienes juntaron las familias en dos clases y obtuvieron frecuencias que se ajustaron a la relación fenotípica esperada.
En la cruza Movas C2009 × Noio las frecuencias en plántula se ajustaron a una proporción 67:176:13, de familias resistentes, segregantes y susceptibles, lo que indicó que la resistencia en Movas C2009 está condicionada por cuatro genes dominantes complementarios. Se reportó la presencia de cuatro genes de resistencia SH1, SH2, SH4 y SH5 en un solo genotipo en Coffea arabica contra la roya del café Hemileia vastatrix en café silvestre de Etiopía y en cultivares comerciales (Castillo y Leguizamon, 1992). En trigo, y en particular en la resistencia a roya del tallo, es la primera vez que se reportan cuatro genes complementarios; sin embargo, la presencia de cuatro genes dominantes e idependientes es común en trigo harinero en la variedad Centurk que posee los genes Sr6, Sr8a, Sr9a y Sr17, mientras que la variedad Agatha tiene los genes Sr9g, Sr12, Sr16 y Sr25 (McIntosh et al., 1995). Una variedad de trigo puede poseer más de cuatro genes de resistencia, como Kenya Plume Sr2, Sr5, Sr6, Sr7a, Sr8a, Sr9b y Sr17 (Singh y McIntosh, 1986).
Para la cruza Noio × Samayoa C2004 se obtuvieron las frecuencias 48:84:38 correspondientes a resistentes : segregantes : susceptibles, proporción que se ajustó a una relación 1:2:1 que indica que la var. Samayoa C2004 posee un gen de resistencia dominante. Resultados similares han sido reportados en diferentes estudios de adhesión y de resistencia a diferentes patosistemas, como el de Olivera et al. (2008) quienes evaluaron la adhesión en los materiales 1644 y 229 de Aegilops sharonensis e inocularon con la raza TTTT de P. graminis f. sp. tritici. Así mismo, Mariscal et al. (2007) encontraron la misma relación fenotípica al evaluar trigos duros contra la roya de la hoja al cruzar a Atil C2000 × Cresso e inocular con la raza BBG/BN.
Herrera-Foessel et al., 2005 encontraron que la resistencia a la raza BBG/BN en familias F3 de las cruzas con los progenitores Guayacan 2 y Guayacan INIA se condiciona por la presencia de un solo gen. Loladze et al. (2014) obtuvieron la misma relación fenotípica 1:2:1 en un estudio de análisis genético de resistencia en seis genotipos de trigo cristalino, después de realizar la cruza de Amria, Geromtel_3, Tunsyr_2 y Byblos con los susceptibles Atil C2000 y Atil*2Local Red, e inoculados con la raza BBG/GP de la roya de la hoja. Mariscal-Amaro et al. (2009) observaron las mismas frecuencias en familias de avena (Avena sativa L.) en las cruzas de Opalo × Avemex y Chihuahua × Avemex, al evaluar con el aislamiento PagMex99.13; también Adhikari et al. (1999) observaron en familias F3 de la cruza Culgoa × Swan la misma frecuencia al evaluar con Puccinia graminis f. sp. avenae. En particular en la cruza de Noio × Movas C2004 se ha observado la presencia de quemadura de la punta de la hoja, lo que podría indicar la presencia del gen Lr46/Sr58 (Rosewarne et al., 2006; William et al., 2003).
Los resultados que se muestran en el Cuadro 3 de las familias F3 indican que Movas C2009 tiene el mayor número de genes que le confieren resistencia a la raza RTR, por lo que se puede utilizar para realizar futuras cruzas para la obtención de variedades con mayor número de genes de resistencia para la raza RTR.
En el caso de las cruzas resistentes × resistentes no se encontraron familias susceptibles, lo que indica que las variedades tienen al menos un gen en común. Adhikari et al. (1999) observaron familias resistentes homocigotas al hacer un estudio genético en avena de las colecciones de Australia y Brasil, y mencionan que la falta de segregantes susceptibles se debió a que los progenitores compartían al menos un gen. En contraste, Mariscal et al. (2010) mencionan que la similitud de los genes de resistencia que se pueden observar al evaluar progenitores resistentes, lo que es evidente cuando no se observan familias homocigotas susceptibles. En este estudio la evaluación se realizó solo en plántula por los altos niveles de resistencia de los progenitores, misma que se expresa en planta adulta debido a que los genes de resistencia específica en plántula como en planta adulta se conservan (Hanson, 1959; Hsam y Zeller, 2002).
Conclusiones
En los cuatro genotipos resistentes, la resistencia a la roya del tallo en trigos cristalinos está condicionada por uno, tres y cuatro genes. La ausencia de familias susceptibles en las cruzas de las variedades resistentes indica la existencia de al menos un gen de resistencia en común.
Movas C2009 tiene un número mayor de genes y diferentes a los presentes en Atil C2009 y Cirno C2008, lo que le confiere mayor nivel de resistencia.
