Obtención de líneas macho-estériles genético-citroplasmáticas (MEGC) y líneas de sus mantenedores

Para la obtención de líneas MEGC de arroz, el primer requerimiento es el de obtener plantas macho-estériles con esterilidad heredable. El segundo requerimiento es el de hacer que esa esterilidad sea siempre estable, y que al mismo tiempo en ese proceso, se desarrollen los mantenedores. Dado que las plantas macho-estériles varían en tipo y origen, los métodos para estabilizar su esterilidad no son idénticos y el grado de dificultad que se encuentra para esa estabilización es también diferente. Hay tres enfoques para desarrollar líneas MEGC y sus mantenedores: i) la utilización directa de las líneas MEGC existentes; ii) la transferencia de citoplasma estéril de las líneas MEGC existentes a nuevas líneas; y iii) la creación de líneas MEGC con nuevo citoplasma estéril.

INTRODUCCIÓN DE LÍNEAS MEGC EXISTENTES

Muchas líneas de MEGC de varios tipos han sido desarrolladas en China y otros países. Presentan diferencias entre ellas en las características agronómicas, la duración del crecimiento, la habilidad combinatoria, la resistencia al estrés, la calidad del grano, el espectro de restauración y otras. En un programa para líneas MEGC la forma mas económica y efectiva de proceder es la introducción de líneas MEGC existentes y seleccionar entre ellas las líneas superiores para uso directo en las condiciones locales. Las principales líneas MEGC usadas actualmente en China se presentan en la Tabla 12.

Observación de la adaptabilidad

Las líneas MEGC introducidas y las líneas de mantenedores se siembran en la época normal de siembra y se trasplantan con una sola plántula en cada hoyo; para cada línea son necesarias de 20 a 30 plantas.

Los criterios para la observación de la adaptabilidad incluyen especial-mente vigor del crecimiento, uniformi-dad, características agronómicas, resistencia a insectos y enfermedades y comportamiento de la floración.

TABLA 12

Las principales líneas MEGC usadas actualmente en China

Inspección de la macho-esterilidad

Después que se forma la panoja, la macho-esterilidad se identifica usando los siguientes métodos.

Inspección visual. Durante, o unas pocas horas después de la floración, se observa, a ojo desnudo, el color y la hinchazón de las anteras en las plantas macho-estériles; se sacuden ligera-mente las panojas para ver si las anteras son dehiscentes y caen o no granos de polen (Figura 6).

FIGURA 6

Inspección visual de la macho esterilidad

Se debe observar especialmente si hay algún poro dehiscente en la parte basal de las anteras; aquellas plantas de arroz que presentan anteras dehiscentes indican que su macho-esterilidad no es satisfactoria.

Embolsado de las panojas. En el momento en que las plantas macho-estériles comienzan a formar la panoja pero que sus espiguillas no están aún emergiendo, las panojas se cubren con bolsas de papel manteca para que se autofecunden (Figura 7). Por lo general, se embolsan dos panojas en cada planta.

FIGURA 7

Cubriendo las panojas para controlar la formación de semilla por autofecundación

Después de 15 días se controla la formación de semillas en las panojas embolsadas; si no hay formación de semilla la planta es considerada completamente macho-estéril y cuando se forman unas pocas semillas la planta puede ser considerada como parcialmente macho-estéril.

Observación al microscopio. Se toman muestras de algunas anteras de diferentes partes de varias panojas, se aplastan en un portaobjeto con una gota de una solución de I-KI y se examinan al microscopio.

Los granos normales de polen fértil son esféricos y se tiñen de color azul oscuro con la solución de I-KI. Si el número de granos fértiles de polen de las líneas esporofíticas de MEGC es de mas de 1%, la macho-esterilidad es considerada insatisfactoria.

Las líneas MEGC que tienen buen crecimiento y que muestran buenas características y esterilidad estable bajo las condiciones locales pueden ser usadas directamente en el programa de mejoramiento.

TRANSFERENCIA DE LAS FUENTES DE MEGC

Es un método efectivo, conveniente y ampliamente usado para desarrollar nuevas líneas MEGC. En China, casi todas las líneas de MEGC del tipo AS han sido obtenidas por este método.

Una nueva línea MEGC desarrollada con este procedimiento será similar al original en la modalidad de aborto del polen y en sus relaciones con los restauradores y los mantenedores, pero con diferentes características agronómicas y mas o menos habilidad combinatoria.

La operación de este método se divide en las siguientes etapas:

Pruebas de evaluación. Se seleccionan las variedades deseadas o las líneas a cruzar para hacer cruzas apareadas de plantas simples con una línea GEMC existente. Normalmente son necesarias de 10 a 20 plantas F1 para cada combina-ción.

Identificación de la esterilidad. Las plantas F1 se cultivan una junto a otra con el parental masculino para cada combinación. Cuando comienza la floración, se observa cuidadosamente y se evalúa la frecuencia de las plantas macho-estériles y el grado de macho-esterilidad en la F1 de cada combina-ción.

Retrocruza sucesiva. Las combina-ciones cuyos híbridos F1 son completa-mente macho-estériles y poseen buenos hábitos de floración son selec-cionadas y los híbridos estériles son sucesivamente retrocruzados con su parental masculino original.

La segregación comienza en B1F1: son necesarias de 30 a 50 plantas B1F1 para ser cultvadas con el progenitor masculino en surcos adyacentes. La selección debería ser hecha en el orden de combinaciones, familias y plantas individuales. Las plantas que tienen las características de los progenitores recurrentes y que muestran completa macho-esterilidad son seleccionadas y usadas como progenitor femenino para retrocruzar posteriormente con el parental recurrente.

En las generaciones B2F1 y en generaciones posteriores, por lo general se establecen de tres a cinco pares de familias de cada combinación y se cultivan cerca de 30 plantas de cada familia. La selección y las sucesivas retrocruzas se continúan en la misma forma hasta que las plantas femeninas muestran macho-esterilidad estable y son idénticas al progenitor masculino recurrente en sus características morfológicas. En general, se llega a esta situación en la B4F1; en este momento se multiplica la población.

Para desarrollar y registrar exitosa-mente una nueva línea MEGC, el porcentaje de plantas macho-estériles en una población de 1 000 plantas debe ser de 100% y el grado de macho-esterilidad también debe ser de 100%. El progenitor recurrente es lógicamente designado como su mantenedor.

OBTENCIÓN DE LÍNEAS MEGC A PARTIR DE NUEVAS FUENTES DE CITOPLASMA ESTÉRIL

Se ha comprobado en la práctica que la sustitución del núcleo, por ejemplo, usando cruzamientos distantes seguidos por retrocruzas sucesivas, es un método potencial de obtención de líneas MEGC a partir de una nueva fuente de citoplasma. A partir de tales cruzamientos para la sustitución de los núcleos, se ha creado un híbrido nuclear citoplasmático donde el núcleo y el citoplasma tienen distintos orígenes. Los parentales masculino y femenino tienen una relación tan distante que el citoplasma materno y el núcleo paterno no armonizan, lo cual en algunos casos puede llegar a la macho-esterilidad.

Cruzamientos para la sustitución del núcleo

Por lo general se hacen tres tipos de cruzamientos para obtener líneas MEGC con nuevas fuentes de citoplasma estéril.

Cruzamientos interespecíficos - incluyen el cruzamiento de especies salvajes de arroz con cultivares de Oryza glaberrima cruzados con O. sativa L. La probabilidad de ocurrencia de plantas macho-estériles es mas bien alta en la progenie de estas cruzas, sobre todo en los arroces salvajes cruzados con variedades de japonica, en cuyos casos pueden ser obtenidas progenies con 100% de esterilidad. Las líneas MEGC del tipo AS y del tipo Hong-Lien fueron desarrolladas a partir de este tipo de cruzas.

Cruzamientos intersubespecíficos - los cruzamientos entre indica y japonica pertenecen a esta categoría. Dado que la relación entre las mismas es relativamente lejana, la macho-esterilidad puede ser obtenida en algunas combinaciones, a condición de que los progenitores femenino y masculino hayan sido adecuadamente seleccionados. El punto mas importante es el uso de variedades de indica como progenitores femeninos; las líneas MEGC del tipo BT en Japón y Tian 3 en China, fueron obtenidas siguiendo este método.

Cruzamientos intervarietales - son usados solamente entre variedades de arroz indica muy distantes entre ellas. En general, la probabilidad de obtener plantas macho-estériles a partir de tales cruzamientos es mas baja que por medio de indica/japonica. Sin embargo, si los progenitores son seleccionados correctamente, por ejemplo, usando las variedades primitivas como proge-nitores femeninos y las variedades adelantadas como progenitores mascu-linos, será posible obtener plantas macho-estériles en la progenie. Las líneas del tipo G fueron desarrolladas siguiendo este método.

El proceso de obtención

Los procedimientos para obtención de líneas MEGC por medio de los cru-zamientos mencionados anteriormente son los mismos que se han adoptado en la transferencia de las líneas MEGC; sin embargo, se debe poner atención a la ocurrencia de esterilidad cromo-sómica y a la esterilidad femenina debido a cruzas de materiales distantes. En el caso de la esterilidad cromo-sómica, la fertilidad será gradualmente restaurada en las sucesivas retrocruzas de los híbridos y, en el caso de la esteri-lidad femenina, aparecerá infertilidad cruzada.

Las plantas fértiles o parcialmente estériles pueden ser seleccionadas entre los híbridos de algunas combina-ciones para ser usadas con el progeni-tor femenino para las retrocruzas y después permitir la autofecundación. A continuación, en la progenie auto-fecundada, las plantas fértiles -sin esterilidad cromosómica- son selec-cionadas como progenitores femeninos para hacer retrocruzas con progenitores masculinos recurrentes para el desa-rrollo de líneas MEGC. En Japón, las líneas MEGC del tipo BT fueron obtenidas usando este método.

OBTENCIÓN DE LÍNEAS MEGC CON UNA ALTA TASA DE CRUZAMIENTO

El nivel de rendimiento de la produc-ción de semillas del arroz híbrido depende fundamentalmente de la tasa de fecundación cruzada que puede ser aumentado por la obtención de líneas MEGC con características florales mejores, con un mejor comportamiento de la floración y con otras carac-terísticas morfológicas.

Características para una alta tasa de fecundación cruzada

Las líneas MEGC deben poseer las siguientes características:

• estigmas con un largo estilo bien exerto y que permanezcan fuera de las glumas después de la antesis (Figura 8);
• estigmas mas largos y plumosos (Figura 8);
• estigmas con vigor fisiológico para una mayor duración del período de receptividad del polen;
• un amplio ángulo de exerción (40-50°) y una larga duración -mas de una hora- de apertura de las glumas;
• un tipo de planta abierto y corto, con una hoja bandera angosta y horizontal y un ángulo tal que facilite la deposición del polen en los estigmas; y, por sobre todo,
• el momento de la antesis temprano y centralizado en el día de la floración.

Estrategias para una alta tasa de fecundación cruzada

Por lo general, una línea MEGC es casi idéntica a su correspondiente línea mantenedora excepto en lo se refiere a su macho-esterilidad. Para obtener una línea MEGC con una alta tasa de fecundación cruzada, es importante desarrollar los mantenedores nece-sarios con las características mencio-nadas anteriormente.

Unas pocas características, tales como un amplio ángulo y una mayor duración de la apertura de las glumas se expresan al máximo solamente en las líneas MEGC a causa del efecto del citoplasma estéril. Una floración menos centralizada y una mayor cantidad de espiguillas no abiertas se encuentran frecuentemente en las líneas MEGC.

Para estas características se debe poner atención a la selección de plantas individuales MEGC; por lo general, las plantas con glumas largas y finas tienen un mejor comportamiento en la floración que aquellas con glumas cortas y anchas.

Varias líneas MEGC indica con tasas de fecundación cruzada muy altas -85-90%- han sido obtenidas en China, las mas conocidas de las cuales son II-32 A, Zhi A y You-I A.

FIGURA 8

Una línea MEGC con estigmas muy plumosos y bien exertos