Validación de concordancia entre los fenómenos reproductivos poliembrionía, apomixis y efecto del polen en maíz

Abstract

"El maíz (Zea mays L.) es una de las especies que cuenta con una gran diversidad genética, generada a partir de la mutación, selección, y recombinación, ligada a las necesidades de las poblaciones humanas en

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crecimiento. Diversidad que resulta de gran interés y que han permitido la creación de variedades que reúnen características deseables en la producción de alimentos. Una de las características del maíz que puede ser utilizada para el diseño de nuevas variedades es la poliembrionía (PEm), dada su influencia en la calidad del grano, mayor contenido de ácidos grasos, triptófano y lisina, así como el potencial de rendimiento por la condición de generar plantas múltiples por semilla.

El propósito de este trabajo fue validar fenómenos ligados a la PEm, planteándose tres objetivos: 1) Identificar secuencias polimórficas y monomórficas de regiones hiper-variables del ADN, 2) Determinar homocigosis o heterocigósis a nivel ADN en plantas y 3) Determinación de polimorfismo en la expresión de la poliembrionía debido al efecto del polen.

El material de estudio para la identificación de secuencias polimórficas y monomórficas de las regiones hiper-variables (ITS e IGS) consistió en tres familias, dos de ellas con progenies nivel de endogamia S1, y la tercera con progenie originada por polinización abierta o libre (D-S1-03, D-S1-05 y D-PL-13) de la población UAAAN-IMM-BAP (en breve BAP o D), además se incluyó a muestras de ADN de dos familias (D-S1-03* y D-S1-07*) previamente analizadas por Avendaño (2012). Los genotipos utilizados para determinar homocigosis y heterocigosis, y variación genética mediante la utilización de marcadores moleculares de tipo microsatélites (SSR) fueron de las familias D S1-03, D-S1-03*, D-S1-07* y D-PL-13. Para la determinación de polimorfismo en

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la expresión de la PEm por el efecto del polen se realizó mediante inter microsatélites (ISSR), utilizando progenies de dieciséis cruzas directas y reciprocas de las poblaciones BAP y UAAAN-IMM-NAP (en breve NAP o C), y como materiales de referencia, prototipos del maíz común, No-PEm, la línea de alta endogamia denominada AN-Tep.3 y la población Tuxpeño-HOC.

El juego de comparaciones entre los integrantes de las familias PEm S1 y PL mostraron en algunos casos, como en las familias D-S1-07* y D-PL-13, una proporción de alta similitud en la región ITS con valores de hasta 100%, sin embargo, la discrepancia a esta similaridad se observa en los valores obtenidos en la región IGS con porcentajes menores o iguales a 81%, corroborando así que la utilización de regiones hipervariables ITS no es evidencia suficiente para avalar una condición genética idéntica entre la planta madre y una de las hijas PEm. En las familias D-S1-03, D-S1-03* y D-S1-07*, el mayor porcentaje de similaridad fue para el par de plantas poliembriónicas hermanas, originadas de la misma semilla.

Los resultados de similaridad genotípica (homocigoto y heterocigoto) evidenciaron el aumento de los loci homocigotos en la progenie, plantas individuales y PEm. Los estimadores de variabilidad genética, el análisis de varianza molecular, el patrón de ordenamiento y agrupamiento de las familias muestran una estrecha relación entre los integrantes de las familias analizadas. Las familias que tuvieron una distancia más ordenada fueron D-S1-03 y D-S1 07*. Este análisis aporta evidencia para establecer que el tipo de reproducción

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de las familias analizadas es sexual, y que solo existe una relación estrecha, pero no una condición genética idéntica entre la planta madre y una de las hijas, sean estas de tipo individual y/o PEm.

Los estimadores de variabilidad muestran poca variación entre las cruzas analizadas. El mayor polimorfismo se presentó cuando los dos progenitores de expresión fenotípica PEm provenían de diferente población, en concreto NAP como polinizador, y BAP como hembra. La menor variación fue cuando ambos progenitores PEm correspondían a la población BAP. Se determinaron cuatro tipos de fuentes de polen, denominados como: PE,RE, No-PE, PE,NoRE y No PE,NoRE. Tres de los polinizadores (PE,NoRE, No-PE,NoRE y No-PE,RE) con valores intermedios-altos de polimorfismo presentaron progenies con distancias estrecha entre el par de plantas PEm (Parcelas 6, 26 y 34). Los valores de distancias genéticas estrechas 0.0 y 0.03 no indica necesariamente que el par de plantas PEm sean idénticas. Los dendrogramas y árboles de recorrido mínimo apoyan la relación estrecha de las plantas hermanas PEm.

Se determinó un locus de asociación, el 341 del ISSR1, correlacionado con la dirección de cruza sin importar la expresión fenotípica de los progenitores (valor-p 1.13E-06), y además el locus 363 ISSR 11 se asocia a la expresión fenotípica PE y No-PE cuando uno de los progenitores es PEm y el otro individual, proveniente de familia de naturaleza PEm (valor-p 7.89E-07).

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El análisis de asociación de frecuencias de la PEm con respecto a la dirección de la cruza demostró que no existe relación alguna con la presencia de plantas PEm. La mayor frecuencia de plantas poliembriónicas se presenta cuando los dos progenitores proceden de diferente población poliembriónica, ambos de expresión fenotípica PEm, donde el polinizador pertenece a la población NAP, y la hembra BAP, similar al caso donde se presentó el polimorfismo más elevado. Se corroboró el fenómeno de la penetrancia incompleta cuando se cruzan dos plantas individuales, emparentadas o no, pero que provienen de familias de naturaleza poliembriónica. Se determinó que la frecuencia PEm en las progenies de estos casos, alcanza proporciones entre 57 y 70%."