Aplicación de mutagénesis in vitro en genotipos INTA de caña de azúcar para la generación de variabilidad genética

Abstract

El mejoramiento genético de caña azúcar se enfrenta a su complejo genoma, la estrecha base genética y la baja fertilidad de los cultivares modernos que dificultan la obtención de genotipos superiores. La mutagénesis in vitro es una herramienta alternativa para generar variabilidad genética, combinando la variación somaclonal generada por el cultivo in vitro y la inducción de mutaciones. Por otro lado, la embriogénesis somática es una excelente vía de regeneración de plantas mutantes, ya que disminuye la frecuencia de aparición de quimeras. En caña de azúcar, la formación de callos embriogénicos y la regeneración de plantas varían según el genotipo. En este trabajo, se estudió la respuesta a la embriogénesis somática de cinco genotipos desarrollados y/o seleccionados por el Programa de Mejoramiento Genético de Caña de azúcar de INTA, con el objetivo de identificar genotipos adecuados para la aplicación de mutagénesis in vitro. Los genotipos mostraron una gran variabilidad en su respuesta a las diferentes etapas de cultivo in vitro. Cuatro de los genotipos de INTA formaron callos embriogénicos y regeneraron plantas con alta capacidad de aclimatación y supervivencia en el campo. El cultivar INTA CP 98-828 mostró la mejor respuesta y fue seleccionado para los tratamientos mutagénicos. La optimización de la dosis de mutágeno adecuada es un paso fundamental en la mutagénesis in vitro. En este estudio, se expusieron callos embriogénicos del genotipo INTA CP 98-828 a diferentes dosis (0, 8, 16, 32 y 48 mM) de etil metanosulfonato (EMS) durante 3 h para inducir variación genética. Los resultados mostraron diferencias significativas en la capacidad de recuperación, la sensibilidad de los callos al mutágeno y la capacidad de regeneración entre las dosis de EMS evaluadas. Las concentraciones de EMS ≤ 32 mM fueron adecuadas para regenerar un número óptimo de plantas normales en el cv. INTA CP 98-828, encontrándose por debajo de las DL50 determinadas para la regeneración de plantas y recuperación de callos embriogénicos. Las cuatro poblaciones (0, 8, 16 y 32) de somaclones y/o plantas mutantes obtenidas se evaluaron fenotípicamente a campo, para una exploración preliminar de la variación genética generada mediante el cultivo in vitro y/o la aplicación de EMS. Los resultados demostraron que la dosis 32 mM presentó mayor variabilidad genética entre las dosis de EMS, con valores medios a altos de heredabilidad en sentido amplio, sin un efecto en detrimento de los caracteres culturales y de calidad evaluados, incluso con incrementos de la media poblacional respecto al genotipo wild type en algunos atributos. Estos resultados presentan la posibilidad de aprovechar este enfoque para introducir nuevas variantes genéticas en el Programa de Mejoramiento Genético de Caña de azúcar de INTA.

The sugarcane genome complexity, the narrow genetic base and poor fertility are limitations for conventional breeding. In vitro mutagenesis is an alternative tool to generate variability involving both somaclonal variation and inducted mutations. Furthermore, somatic embryogenesis offers an efficient way for avoiding chimera occurrence but it is highly genotype-dependent. In this study, somatic embryogenesis response of five INTA genotypes was investigated in order to achieve an efficient in vitro mutagenesis. Four out of five INTA genotypes were able to form embryogenic calluses and regenerated plants. The cv. INTA CP 98-828 showed the best in vitro response and it was selected for mutagen treatments. Embryogenic calluses were exposed to different doses of EMS to induce genetic variation. EMS concentrations ≤ 32 mM were suitable to regenerate an optimum number of plants. Four somaclonal-mutant plants populations were phenotypically evaluated in the field for a preliminary assessment of genetic variation generated by in vitro mutagenesis. Field assessments evidenced that the 32 mM EMS dose showed the highest genetic variability without a detrimental effect on agronomic and quality traits. These results show the prospect of exploiting this approach in INTA Sugarcane Breeding Program.