Sistemas genéticos y diversidad en Acroceras macrum Stapf

Abstract

Acroceras macrum es una especie C3 perenne originaria de regiones húmedas, tropicales y subtropicales, de África. Sus destacables propiedades nutricionales se traducen en producción de carne, y su excelente adaptación a regiones con problemas de anegamiento del nordeste de nuestro país, la convierten en una especie de especial interés para ser incorporada en los sistemas ganaderos de estas regiones. Su baja producción de semillas es un limitante para su adopción y es uno de los fundamentos para incluir la especie en un programa de mejoramiento genético. Los escasos estudios que se han realizado hasta el momento no son suficientes para iniciar un correcto plan de mejoramiento genético, lo que hace necesario estudiar el sistema reproductivo, los mecanismos de polinización y las características citogenéticas en A. macrum. Además de esto, es indispensable establecer si el germoplasma disponible contiene una diversidad genética lo suficientemente amplia, para que sea posible el mejoramiento genético. En este trabajo de tesis se realizó el acopio de germoplasma introducido hace varios años en Argentina y se lo caracterizó molecularmente mediante marcadores ISSR y por 16 características morfológicas y agronómicas, en ambos casos con la finalidad de estudiar su diversidad genética. Sus niveles de ploidía fueron determinados por conteo cromosómico y se estudió el tipo de poliploidía a partir de la observación de las asociaciones cromosómicas en la meiosis masculina. El modo de reproducción se determinó observando la megasporogénesis, megagametogénesis y sacos embrionarios maduros, además de cruzamientos en condiciones de polinización abierta, autopolinización, cruzamientos controlados, y finalmente testeando el origen híbrido de la progenie obtenida en los cruzamientos controlados. La fertilidad se estudió mediante las observaciones de los procesos de formación de las gametas, estimando la fertilidad del polen, y evaluando la producción de semillas por cruzamientos controlados, autopolinización y polinización abierta. La información obtenida a partir de estos estudios fue que el germoplasma estudiado cuenta con 27 genotipos, 22 de ellos tetraploides con 36 cromosomas y 5 hexaploides con 54 cromosomas. La mayor diversidad genética fue detectada dentro del genotipo tetraploide, tanto por el método molecular como por el fenotípico. Ambas metodologías ofrecieron información complementaria acerca de la diversidad genética del germoplasma estudiado y presentaron una correlación significativa, aunque baja. Los estudios de las variables fenotípicas arrojaron importantes datos de variables de interés agronómico y otros datos que xv serán de utilidad en un plan de mejoramiento de esta especie. La observación de las asociaciones cromosómicas durante la meiosis masculina, indicó que ambos citotipos son alopoliploides por su origen. Las características del desarrollo del megagametófito y el tipo de saco embrionario que se observó, indican que la especie sólo forma sacos embrionarios por procesos meióticos. La relación entre la producción de semillas en polinización abierta (con una media general del 28 %) con la de autopolinización forzada (con una media general del 4 %), indicó alogamia. A su vez, mediante el testeo de la progenie de cuatro familias obtenidas mediante cruzamientos controlados, fue posible corroborar la reproducción sexual y alógama de la especie. Dichos cruzamientos, diseñados sin la emasculación previa del progenitor femenino, resultaron en una progenie cuyo origen híbrido pudo ser corroborado para la amplia mayoría de los individuos. Dentro de los dos citotipos, los genotipos presentaron diferentes niveles de fertilidad masculina y femenina; según la viabilidad del polen, y la producción de semillas en polinización abierta y autopolinización forzada, respectivamente. A partir de los resultados de los distintos estudios, fue posible establecer que el citotipo tetraploide presenta una mayor fertilidad general que hexaploide. El citotipo tetraploide, presentó una media de abortos durante los procesos de megaesporogénesis y megagametogénesis del 8 %, 47,5 % de irregularidades durante la microesporogénesis, viabilidad media del polen de 43,3 %, y una producción media de semillas de 5,1 % en autopolinización y de 34,5 % en polinización abierta. Por su parte, el hexaploide, presentó una media de abortos durante los procesos de megaesporogénesis y megagametogénesis del 22 %, 78,1 % de irregularidades durante la microesporogénesis, viabilidad media del polen de 26,2 %, fue estéril en autopolinización, y presentó una producción media de semillas del 1,5 % en polinización abierta. El porcentaje de divisiones meióticas con irregularidades, durante la microesporogénesis, fue similar al del polen calificado como no-viable, para ambos citotipos. Esto indica que el desarrollo normal de la meiosis es determinante para la viabilidad del polen. Aun así, la fertilidad del polen no resultó un factor limitante para la producción de semillas. Fue posible deducir que, más allá de la fertilidad masculina o femenina de los genotipos individuales, el factor determinante en la producción de semillas es la combinación de los genotipos utilizada en cruzamientos controlados. Una acertada combinación puede alcanzar interesantes porcentajes de semilla viable. Estos resultados proporcionan información básica necesaria para diseñar un plan de mejora para esta especie, basado en hibridación, propagación y selección.

Acroceras macrum Stapf is a perennial grass native to Africa. Its high nutritional value, translated to weight gain in ruminants and their adaptation to waterlogged soils in northeastern Argentina, have sparked interest in the improvement of some agronomic traits of the species, mainly the production and retention of seeds. In this thesis basic studies have been conducted that were not previously documented on the A. macrum germplasm available in Argentina. A. macrum germplasm adapted to the northeastern region of the country was studied. Genetic diversity was assessed by ISSR molecular markers and by morphological, agronomical and phenological traits. Interesting information was obtained either by the molecular method as for the phenotypical. This germplasm contained 27 different genotypes. The ploidy levels were determined by chromosome counting, resulting in 22 tetraploid genotypes (36 chromosomes) and five hexaploid genotypes (54 chromosomes). Most genetic diversity was in the tetraploid cytotype. Chromosomal studies in male meiotic chromosomic associations demonstrated that the origin of both cytotypes was allopolyploid. The mode of reproduction of the species was sexual; that conclusion came from observations of ontological processes of embryo sac in clarified gineceos, and the study of the origin of hybrids obtained by crossing. The pollination system of the species was allogamy, this was determined from the comparison of the levels of seed produced in terms of open-pollination, self-pollination and controlled cross-pollination with and without emasculating the female parent. The confirmation of this came from the result of the progeny test. Both, male fertility and female fertility were significantly greater in the tetraploid cytotype than in the hexaploid cytotype. This was concluded from pollen viability, seed production in the different conditions of pollination (open pollination, self-pollination and controlled crosses) and observing embryo sacs. The combination of genotypes used at crossing was the most important factor in the seed setting. These results provide the necessary basic information to design an improvement plan for the species based on hybridization, propagation and selection.