Caracterización genética de las especies silvestres de papa Solanum gourlayi y Solanum spegazzinii e incorporación de germoplasma silvestre a la papa cultivada

Abstract

La papa común, Solanum tuberosum L., es una especie tetraploide (2n=4x=48, 4NBE), que presenta alrededor de 200 especies emparentadas que constituyen un importante recurso genético para el mejoramiento heredable. Sin embargo, la mayoría de las especies silvestres son diploides (2n=2x=24) y, en muchos casos, no es posible aprovechar directamente este valioso recurso genético pues existen barreras internas que impiden la hibridación; entre estas barreras, las poscigóticas son las más frecuentes en cruzamientos interploides debido al colapso del endosperma híbrido. Sin embargo, es posible sobreponer esta dificultad y disponer del “pool” génico silvestre mediante manipulaciones de ploidía. Por otra parte, algunos autores han puesto énfasis en la necesidad de realizar una mayor utilización de las especies silvestres en el mejoramiento genético y, en particular, se ha resaltado la gran potencialidad de dos especies del noroeste argentino, S. spegazzinii y S. gourlayi. En estas y en numerosas especies de papa, en las cuales hay una extensa superposición de caracteres, se ha señalado la dificultad para establecer límites específicos sobre la base de conceptos puramente morfológicos. El Banco de Germoplasma de la EEA Balcarce, INTA, dispone de numerosas introducciones de S. spegazzinii y de ambos citotipos de S. gourlayi (2x y 4x) que se regeneran y evalúan periódicamente ex situ, de las que se desconoce si persisten en sus ambientes naturales. Además, en trabajos previos del Banco, se observó una alta variabilidad morfológica para poblaciones de ambas especies provenientes de diferentes Departamentos de la provincia de Salta. Por ello, para esta tesis se realizaron nuevas colecciones de S. spegazzinii y S. gourlayi en sitios que coinciden con los de colecciones previas de estas especies. Además, se coleccionaron las especies de S. okadae, S. acaule, S. chacoense, S. infundibuliforme, S. vernei y S. tuberosum ssp. andigenum; estas especies crecían en sitios coincidentes y/o próximos a los sitios de colección de las especies de interés. Se encontraron citotipos tetraploides de S. gourlayi, que no habían sido descriptos para estos sitios en colecciones previas, se realizaron especulaciones sobre su posible origen y sobre los fenómenos de hibridación interespecífica y flujo génico. Por otra parte, se realizaron cruzamientos dirigidos entre S. spegazzinii, S. gourlayi 2x y 4x, utilizando tres introducciones por especie y 15 plantas por introducción. Se establecieron combinaciones genotípicas intra- e interespecíficas, intra- e interploides, incluyendo también cultivares de la papa común, en las que se estudió la relación polen-estilo/estigma. Se detectaron problemas en la producción de semilla debido a inhibición del crecimiento de los tubos polínicos en diferentes sitios (estigma, primer tercio, mitad y segundo tercio del estilo), así como barreras postcigóticas en combinaciones en que la relación polen-estilo/estigma fue normal. Se obtuvo semilla de cruzamientos S. gourlayi 4x x la papa común, lo que demuestra la posibilidad de la incorporación de germoplasma de esta especie de papa silvestre al pool de la papa cultivada. Para completar el estudio, se evaluó la variabilidad genética de dos introducciones de las dos especies mencionadas con marcadores AFLP; estas introducciones representaron los sitios de las colecciones originales, la primera regeneración ex situ y las nuevas colecciones realizadas en los mismos sitios después de 20-30 años. Las bandas electroforéticas (presencia/ausencia) fueron analizadas mediante análisis de componentes principales, análisis de agrupamiento y análisis de la variabilidad molecular. En el análisis molecular, se observó una extensa superposición de plantas de las dos especies, lo que se puede atribuir a limitaciones de los marcadores AFLP para la separación de estos taxa, o a un posible origen híbrido de las poblaciones muestreadas.

The common potato, Solanum tuberosum L., is a tetraploid species (2n = 4x = 48, 4EBN) that has about 200 related species which constitute an important genetic resource for breeding. However, most wild species are diploid (2n = 2x = 24) and, in many cases, it is not possible to directly exploit this valuable genetic resource due to the action of internal barriers that prevent hybridization; among these barriers, the post- zygotic ones are the most common in interploid crosses due to the collapse of the hybrid endosperm. However, it is possible to overcome this difficulty and to make use of the wild gene pool through ploidy manipulations. On the other hand, some authors have emphasized the need for making a greater use of the wild species in breeding and, in particular, they have highlighted the great potential of two species from Northwest Argentina, S. spegazzinii and S. gourlayi. In these and other potato species, in which there is an extensive overlapping of characters, the difficulty in establishing specific limits on the basis of purely morphological concepts has been pointed out. The Germplasm Bank of the EEA Balcarce, INTA, has numerous accessions of S. spegazzinii and both cytotypes (2x and 4x) of S. gourlayi that are periodically ex- situ regenerated and evaluated, being unknown whether they persist in their natural environments. Moreover, in previous works carried out at this Bank, a high morphological variability was observed in populations of both species from different geographic Departments of Salta province. Therefore, for this thesis, new collections of S. spegazzinii and S. gourlayi were made in sites that coincided with those of previous collections of these species. In addition, other potato species, S. okadae, S. acaule, S. chacoense, S. infundibuliforme, S. vernei and S. tuberosum ssp. andigenum, were collected; these were growing in sites coincident with the collection sites of the two species of interest and/or close to them. Tetraploid cytotypes of S. gourlayi were found, that had not been described in previous collections at the same site; speculations on their likely origin and the phenomena of interspecific hybridization and gene flow were made. Moreover, controlled crosses between S. spegazzinii, S. gourlayi 2x and 4x were carried out, employing three accessions per species and 15 plants per accession. Both intra- and interspecific, intra- and interploid genotypic combinations were established, that also included common potato cultivars, to study pollen-stigma/style interactions. Problems were detected in seed production due to the inhibition of pollen tubes growth at different sites (stigma, first third, half and second third of the style), as well as to the action of post-zygotic barriers in combinations with normal pollen- stigma/style relationships. Seed were obtained from S. gourlayi 4x x common potato crosses, which demonstrates the feasibility of incorporation of germplasm from these wild species into the cultivated potato pool. To complete the study, the genetic variability of two accessions of each of the two species was analyzed with AFLP markers; these accessions represented the original collection sites, the first ex-situ regeneration and the new collections made at the same sites after 20-30 years. Electrophoretic bands (presence or absence) were analyzed by principal coordinates clustering and molecular variance analyses. In the molecular analysis, an extensive overlapping of plants from the two species was observed, which can be attributed either to limitations of the AFLP markers for the separation of these taxa, or to a possible hybrid origin of the sampled populations.