Plasticidad fenotípica y bases genéticas de la producción y partición de biomasa en el cultivo de maíz

Abstract

En el contexto actual de cambio climático global resulta crítica la comprensión de los procesos ecofisiológicos determinantes de la captura y eficiencia de uso de los recursos, y de la producción y partición de biomasa. El objetivo de la presente tesis fue evaluar para estos rasgos: las diferencias entre líneas e híbridos; la plasticidad fenotípica de líneas, híbridos y la heterosis; los efectos génicos determinantes y el efecto de la calidad ambiental sobre la cuantificación de las heredabilidades. Para ello, se fenotipificó un experimento dialélico completo en 14 ambientes, producto de la combinación no factorial de localidad × año × régimen hídrico × N. Los rasgos evaluados fueron: el rendimiento en grano y sus componentes numéricos; la acumulación de biomasa, la captura y eficiencia en el uso de recursos (i.e., agua y radiación) a través del ciclo del cultivo; y la arquitectura y funcionalidad del sistema radical. Los resultados obtenidos permitieron identificar (i) diferentes patrones de respuesta al ambiente para diferentes rasgos (i.e., lineal, bilineal, ausencia de respuesta), (ii) una relación lineal y positiva entre la plasticidad fenotípica del rasgo y la de su heterosis, (iii) un predominio de los efectos génicos aditivos en ambientes de tipo potencial y con limitación preponderante de agua, y de los no aditivos en ambientes con limitación preponderante de N, (iv) una mayor captura y eficiencia en el uso de los recursos en híbridos respecto a líneas, dada principalmente por diferencias durante el llenado y en menor medida durante los períodos crítico y prefloración, y (v) una tendencia a mayor rendimiento en grano en genotipos con mayor longitud de raíces en estratos profundos (mayor a 120 cm) en postfloración. La información generada resulta de utilidad para el mejoramiento genético, especialmente en el diseño de estrategias de selección para diferentes situaciones ambientales.

In the current context of global climate change, it is critical to understand the ecophysiological processes determining resources capture and use efficiency, and the biomass production and its partitioning. The objective of this thesis was to evaluate for these traits: the differences between inbreds and hybrids; the inbreds, hybrids and heterosis phenotypic plasticity; the prevailing genetic effects and the influence of environmental quality on the quantification of heritabilities. For this, a complete diallel mating design was evaluated over 14 contrasting environments, product of the non-factorial combination of site × year × water regime × N. The evaluated traits were grain yield and its numerical components; biomass accumulation, resources capture and use efficiency (i.e., water and radiation) throughout the crop cycle; and the architecture and functionality of the root system. The results allowed to identify (i) different patterns of environmental response for different traits (i.e., linear, bilinear, non-response), (ii) a linear and positive relationship between the trait phenotypic plasticity and the heterosis plasticity, (iii) a predominance of genetic additive effects in potential-type environments and under water limitation, and of non-additive genetic effects in environments with N limitation, (iv) greater resources capture and use efficiency in hybrids with respect to inbreds, mainly due to differences during grain-filling and, to a lesser extent, during critical and pre-flowering periods, and (v) a trend towards higher grain yield in genotypes with greater root length in deeper soil layers (> 120 cm) at post-flowering. The generated information is useful for maize breeding, especially for designing selection strategies for different environmental conditions.