Tomando FDR menores al 10%, un total de 444 marcadores distribuidos en los 14 cromosomas se asociaron a la duración del ciclo vegetativo (Hd). El fenotipado para dicho caracter fue realizado en 2011 en dos localidades (Cabildo y Barrow), mientras que en 2014 en tres (Cabildo, Barrow y Pieres); totalizando cinco ambientes. Cuatro marcadores resultaron significativos en los cinco ambientes evaluados, mientras que otros cuatro marcadores lo fueron en cuatro ambientes. Se hallaron 28 SNPs significativos en tres de los cinco ambientes (Tabla AT12, Apéndice).
3.2.1.1. Marcadores significativos en cuatro o cinco ambientes
Los marcadores AX-94458060 (cromosoma 2B; 66,33 cM), AX-94897349 (cromosoma 5A; 13,03 cM), AX-94910468 (cromosoma 7A; 36,09 cM), AX-94657532 y AX-94852629 (cromosoma 7B, 221,9 cM); AX-94387960, PpdA1STS y PpdA1aGS105 (sin posición asignada en Allen et al., 2016) fueron asociados al caracter días a espigazón (Tabla AT12, Apéndice).
A fines prácticos, se reporta al marcador PpdA1STS por englobar la información de PpdA1aGS105 y PpdA1aGS100. PpdA1STS está ubicado en el cromosoma 2AS (Wilhelm et al., 2009).
Por lo tanto, en esta tesis, se encontraron cinco loci para Hd en los cromosomas 2AS, 2B, 5A, 7A y 7B.
Estudios previos de MA (GWAS) en trigo basados en mapas genéticos y marcadores diferentes a los del presente trabajo han identificado QTLs asociados a los días a espigazón en los cromosomas 2A (Maccaferri et al., 2010a), 2B (Giraldo et al., 2016; Mengistu et al., 2016; Soriano et al., 2017), 5A (Lopes et al., 2014; Sukumaran et al., 2015) y 7B (Maccaferri et al., 2008; Giraldo et al., 2016). De acuerdo con la revisión bibliográfica realizada, no han sido reportados QTLs/ loci en el cromosoma 7A relacionados a Hd en estudios de MA en trigo candeal.
En la Tabla 13 se muestra el resumen de los principales marcadores asociados a los días a espigazón. 94 cultivares llevaron el alelo A para el SNP AX-94458060, mientras que el alelo G se encontró en 71 genotipos, con ciclos vegetativos de 79 y 75 días promedio, respectivamente. Por otra parte, las variantes alélicas C y G del SNP
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AX-94897349 agruparon 51 y 118 cultivares, con mayores ciclos vegetativos en aquellos que portaron el nucleótido C (81 vs. 75 días en promedio).
El SNP AX-94910468 marcó diferencias de 4 días a espigazón en promedio entre los genotipos que llevaron la variante A (77 días, 155 cultivares) y la variante C (73 días, 14 cultivares).
Tabla 13. Marcadores significativos (FDR<10%), frecuencias genotípicas y efectos genéticos asociados a longitud de ciclo vegetativo en cuatro y cinco ambientes.
Caracter Marcador Cromosoma
Posición Genética (cM) Alelo/ Forma Frec % días a espigazón (media ± E.Est) N° ambientes signif. A 55.3 79 ± 0.57 G 41.8 75 ± 0.43 C 30 81 ± 0.57 G 69.4 75 ± 0.38 A 91.2 77 ± 0.41 C 8.2 73 ± 0.66 C 60.6 80 ± 0.43 B 32.9 71 ± 0.60 A 5.2 73 ± 0.37 G 15.2 75 ± 0.84 T 82.3 77 ± 0.44 C 15.9 75 ± 0.82 T 81.8 77 ± 0.44 C 85.3 76 ± 0.38 T 13.5 82 ± 1.03 221.9 221.9 7B AX-94910468 7A 36.09 AX-94657532 2AS (Wilhelm et al., 2009) PpdA1STS 5 4 Hd 13.03 5A AX-94897349 66.33 AX-94458060 2B sin mapear AX-94387960 AX-94852629 7B
En este estudio, el marcador STS del gen PpdA1 fue identificado de tres maneras (letras): A (GS-105) y B (GS-100), ambas indican la insensibilidad al fotoperíodo, y la forma C (secuencia intacta) que evidencia la sensibilidad a fotoperíodo. 103 genotipos que portaron la forma C tuvieron una mayor duración de ciclo vegetativo (80 días promedio), mientras que aquellos cultivares con las formas insensibles al fotoperíodo tuvieron un menor numero de días a espigazón promedio (73 y 71 días para las formas A y B; 56 y 9 cultivares respectivamente).
Los SNPs AX-94657532 y AX-94852629 a través de sus variantes alélicas evidenciaron diferencias de dos días en la espigazón entre los grupos de genotipos generados. AX-94657532 separó dos grupos de 26 y 140 genotipos (alelos G y T, 75 y 77 días a espigazón), mientras que AX-94852629 de variantes alélicas C y T (75 y 77
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días a espigazón respectivamente) dividieron la colección de CERZOS en dos grupos de 27 y 139 cultivares.
Por último, el SNP AX-94387960, cuyos alelos fueron C y T, separó dos grupos de cultivares con 76 y 82 días de ciclo vegetativo respectivamente (145 y 23 genotipos).
Maximizar el rendimiento potencial en un ambiente determinado requiere optimizar la utilización del agua, nutrientes y radiación, y evitar los efectos negativos de cualquier tipo de estrés durante los períodos vegetativo y reproductivo. Es esencial determinar la fecha de espigazón óptima en un ambiente determinado, no sólo para potenciar el rendimiento de grano, sino también para asegurar la calidad del producto final (Royo et al., 2016).
La manipulación de la fecha de espigazón siempre ha sido un objetivo crucial en los programas de mejoramiento de trigo. La comprensión de su control genético y el efecto ambiental sobre su expresión es de fundamental relevancia para ajustar la fenología dado un conjunto de condiciones ambientales.
La duración del ciclo vegetativo en trigo está controlada principalmente por tres
grupos de loci, dos de los cuales interactuán con factores ambientales, llamados
genes de sensibilidad a fotoperíodo (Ppd) y genes de requerimientos de vernalización (Vrn) (Distelfeld et al., 2009). El tercer grupo de loci, que controlan la “precocidad intrínseca” o “earliness per se” (Eps), actúan sobre la tasa de desarrollo independientemente de la vernalización y el fotoperíodo (Scarth y Law, 1984).
La vernalización es un proceso fisiológico mediante el cual las plantas se
vuelven competentes para florecer luego de ser expuestas a bajas temperaturas (Basualdo et al., 2015). Según sus requerimientos de vernalización, el trigo se clasifica de hábito de crecimiento invernal o primaveral. Aquellas variedades clasificadas como invernales tienen requerimientos de vernalización considerables (acumulación de cierta cantidad de horas de frío entre 3° y 7°C), mientras que aquellos tipos
primaverales pueden ser insensibles o parcialmente sensibles a la vernalización. Los
requerimientos de vernalización están controlados principalmente por los genes Vrn-1. El trigo candeal contiene dos copias homólogas de Vrn-1, designadas Vrn-A1 y Vrn-B1 y se ubican en los brazos largos de los cromosomas 5A y 5B respectivamente (Yan et al., 2004; Fu et al., 2005). Los alelos dominantes son designados como Vrn-A1 y Vrn-
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B1; los recesivos vrn-A1 y vrn-B1. La presencia de cualquiera de los alelos dominantes en cualquiera de los genomas le confiere hábito primaveral, mientras que los alelos recesivos deben estar en estado homocigota para que un cultivar sea invernal. Por otra parte, Vrn-A1 elimina los requerimientos de vernalización, y es epistático sobre Vrn-B1 (Santra et al., 2009). Comparado al trigo pan, las colecciones mundiales de líneas elite de trigo candeal no presentan mayores requerimientos de vernalización (se clasifican como trigos primaverales).
Los cultivares de trigo sensibles a fotoperíodo son estimulados a florecer sólo ante la exposición a días largos (fotoperíodo en aumento). Aquellos trigos primaverales que sean sensibles al fotoperíodo no pueden cultivarse en regiones de bajas latitudes o tropicales, ya que el requerimiento del largo del día no estaría satisfecho en un período de tiempo relativamente corto para producir un cultivo comercial viable (Worland y Snape, 2001). Los trigos insensibles a fotoperíodo
florecen independientemente de la duración del día y pueden ser cultivados en condiciones ambientales de día corto o largo. Esto resulta ventajoso en climas cálidos y secos, ya que estas variedades son capaces de llenar el grano previo a la aparición de temperaturas elevadas y sequía de fin de ciclo. La sensibilidad al fotoperíodo en trigo candeal está deternimada por los loci Ppd-A1 y Ppd-B1, ubicados en los cromosomas 2AS y 2BS, respectivamente (Laurie, 1997).
La intensa selección a favor de la insensibilidad a fotoperíodo en los cultivares modernos fue un factor muy importante para el desarrollo de la “revolución verde”, se instalaron los ciclos vegetativos cortos, en su mayoría con baja o nula sensibilidad a fotoperíodo, y lo más importante, con una adaptabilidad a un amplio rango de ambientes agrícolas templados. Ello le permitió al trigo semienano mexicano (CIMMYT) ser cultivado en millones de hectáreas alrededor del mundo (Borlaug, 1995).
Por convención, a los alelos que confieren insensibilidad al fotoperíodo se le agrega un sufijo “a” (ej. Ppd-A1a, McIntosh et al., 2003), y al alelo de sensibilidad una “b”. Wilhelm et al. (2009) encontraron dos delecciones mayores dentro del gen Ppd-A1 en trigo candeal (1027 y 1117 pb, designadas como los alelos “GS-100” y “GS-105”, respectivamente). La presencia de cualquiera de las delecciones aceleraba la floración, y se concluyó que serían las reponsables de la insensibilidad al fotoperíodo en trigo tetraploide. Ambas mutaciones predominan en trigo candeal moderno y están ausentes en trigos tetraploides silvestres, por ende, se ha sugerido que los alelos de
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insensibilidad surgieron por mutación durante la domesticación (Bentley et al., 2011). El locus Ppd-B1 fue mapeado por Hanocq et al. (2004) y Mohler et al. (2004) en trigo pan y por Maccaferri et al. (2008) en trigo candeal. Beales et al. (2007) y Rasheed et al. (2016) encontraron varios polimorfismos dentro del gen Ppd-B1 para trigo hexaploide. Díaz et al. (2012) encontraron que es que la variación en el número de copias de este gen la que provoca las diferencias en su expresión. Los marcadores KASP® para Ppd-B1probados por el Dr. Pablo Roncallo durante su pasantía en CIMMYT resultaron monomórficos para la colección de CERZOS (marcadores diferentes a los utilizados por Royo et al., 2016)
La siembra de trigo en el sur bonaerense se realiza preferentemente en los meses de junio y julio. Las variedades elegidas por los productores son de ciclo vegetativo largo e intermedio, puesto que, en general, son más estables en rendimiento y calidad comercial que los ciclos cortos.
En la presente tesis, la colección de CERZOS fue genotipada para el gen Vrn- A1, en donde el único cultivar de hábito invernal para este locus fue VF0121 (25). Los genotipos restantes presentaron hábito primaveral (Tabla AT13, Apéndice).
Debido a que los ensayos fueron sembrados desde mediados de julio en adelante, la línea VF0121 (25) tuvo problemas para la inducción al estadío reproductivo, presumiblemente por no lograr alcanzar el número de horas frío requeridas para la espigazón (no espigó en Cabildo y Pieres 2014) o espigando muy tardíamente (Barrow 2014) (Tabla AT13, Apéndice). Este comportamiento coincide con lo expuesto por Di Pane (2016), para las variedades de trigo pan con requerimientos de vernalización, en situaciones de retrasos de siembra. Desde el punto de vista agronómico, estos tipos de trigos sufren en gran medida las demoras en la siembra y serían cultivares a reemplazar si no se pueden sembrar en junio en el sur de la provincia de Bs. As.
Coincidentemente con lo expuesto por Royo et al (2016) para trigo candeal, casi la totalidad de la colección del CERZOS, presentó hábito primaveral. Sería deseable y necesario la obtención de variedades de trigo candeal argentinas de hábito invernal, para aumentar la adaptabilidad general, y por pedido de productores del sur bonaerense que desean ampliar la ventana de siembra del cultivo (Carlos Jensen, comunicación personal). Para ello, será necesario recurrir a fuentes de germoplasma
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diferentes a las utilizadas históricamente en nuestro país, por ejemplo Hungría, Alemania, etc.
Un 71,7% de los genotipos argentinos utilizados en esta tesis portó el alelo de sensibilidad a fotoperíodo en el locus Ppd-A1 (letra “C” en Tabla AT13 del Apéndice). El alelo de sensibilidad en los materiales nacionales habría sido introducido a partir de cruzas con materiales alemanes, franceses, estadounidenses, el ruso Taganrog (88) y sus selectas. Los alelos GS-100 y GS-105 de insensibilidad fotoperiódica provendrían del CIMMYT, ya sea a través de la introducción de líneas estabilizadas o bien a partir de cruzamientos con materiales mexicanos.
A excepción de Quc3775-2008 (158) y Gan (97), los materiales chilenos y mexicanos portaron los alelos de insensibilidad a fotoperíodo en el locus Ppd-A1 (Tabla AT13, Apéndice). Esta condición fue un objetivo específico del programa de mejoramiento del CIMMYT, por la cual muchos de los materiales lograron alcanzar excelentes rendimientos en muchas áreas trigueras de los países en desarrollo (CIMMYT, 1987).
Para estudiar en mayor detalle la adaptabilidad general del cultivo de trigo candeal sería de interés estudiar todos los alelos de los genes Vrn-1, Ppd-1 y de earliness per se, similar a lo realizado en nuestro país en trigo pan por Gomez et al. (2014). La respuesta a la vernalización, sensibilidad al fotoperíodo y la precocidad intrínseca determinan el momento de floración y la adaptación básica de un genotipo para condiciones ambientales específicas (Worland y Sayers, 1996; Worland et al., 2001).
3.2.1.2. Haplotipos y su relación con la duración del ciclo vegetativo
En el presente trabajo fue posible caracterizar a los genotipos por su composición alélica en loci del gen Ppd-A1 y SNPs asociados a la longitud de ciclo vegetativo. La Tabla AT13 muestra los haplotipos y su relación con el fenotipo observado en cinco ambientes del sur bonaerense.
Teóricamente, la configuración alélica que proveería una mayor longitud de ciclo vegetativo sería ACACTTT (Tabla 13). Los genotipos primaverales que poseen dicha configuración son Granato (70), Taganrog (88), Taganrog Sel. Buck (90), Amarillo (53), Candeal Durumbuck (81), Taganrog Vilela Fideos (91), Taganrog Buck
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Balcarce (89), CBW 05072 (161) y Gabbiano (69) (Tabla AT13, Apéndice). VF 0121 (25) también tuvo los alelos ACACTTT, de tipo invernal.
Por otra parte, hubo genotipos que presentaron longitud de ciclo vegetativo similar a los anteriores, reemplazando uno (o dos) nucleótidos de la forma ACACTTT. Una de las combinaciones fue ACACTTC: CBW0101 (54), Arbois (57), DGE-1 (127), Buck Granate (64), Sachem (116), Polesine (86), CBW 05082 (133), VF 0113 (22), Duetto (117), Buck Ambar (5), VF 0167 (26), Arcodur (59), Exeldur (123), CBW 0112 (34), CBW 0153 (37), Artimon (37), CBW 0156 (56), Garic (118), Buck Cristal (4), VF 042 (21), CBW 05081(163), B#27 (31), Langdon(Dic-3A)-10 (159), CBW 0210 (39) y CBW 05080 (=Bonaerense INTA Quillén).
Los genotipos CBW 0111 (55), Gerardo 610 (73), Dupri (109), Bonaerense INTA Cariló (7), B#6 (102), Gerardo 645 (74), Vivadur (120), Durobonus (110) y Nautilur (121) portaron el haplotipo AGACTTT.
Joyau (111), Karur (114) y Buck Topacio (2) presentaron datos faltantes en al momento de su caracterización genotípica, que posiblemente coincida con alguno de los haplotipos mencionados previamente.
El análisis del patrón alélico de los cultivares de ciclo vegetativo corto resultó de mayor complejidad, ya que se observaron genotipos con los alelos de sensibilidad Ppd-A1b (“C” en Tabla AT13 del Apéndice) y e insensibilidad a fotoperíodo (Ppd-A1a, “A” y “B” en Tabla AT13 del Apéndice). La menor duración de ciclo vegetativo en aquellos genotipos de sensibilidad al fotoperíodo estuvo dada por la portación de los alelos GCC en los SNPs AX-94458060, AX-94897349, AX-94910468, respectivamente (ej. grupo “OmRabi”).
Sin embargo, aquellos cultivares que portaron los alelos de insensibilidad a fotoperíodo (Ppd-A1a, “A” y “B” en Tabla AT13 del Apéndice), mostraron ciclo corto.
Fue posible observar que la colección del CERZOS manifestó una interesante variabilidad genética y fenotípica al considerar los días a espigazón. Es interesante destacar que fue posible encontrar diferencias el ciclo vegetativo en función de genes ya conocidos (Vrn-A1 y Ppd-A1), de los SNPs significativos del array 35K y de la combinación entre estos (haplotipos).
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La mayor parte de las accesiones argentinas llevaron el alelo de sensibilidad a fotoperíodo (Ppd-A1b, “C” en Tabla AT13 del Apéndice), posiblemente producto de la selección a favor de este alelo para la adaptabilidad a los ambientes del sur bonaerense. Muchas de las accesiones de origen francés manifestaron un mayor número de días a espigazón, y esto podría ser de utilidad al momento de planificar nuevos cruzamientos con la intención de buscar ciclos vegetativos más largos que pudiesen tener un mejor desempeño en el SO de la provincia.
La variabilidad de haplotipos encontrados podría utilizarse para colaborar en la selección asistida de las distintas filiales en los programas de mejoramiento, contribuyendo a generar materiales con distinta sensibilidad a fotoperíodo y longitud de ciclo vegetativo. Se podría complementar a la presente
caracterización molecular con otras (por ejemplo genotipar Ppd-B1, con los primers
utilizados por Royo et al., 2016; Eps) y otros arrays comerciales. También sería deseable realizar otros ensayos a campo en diferentes localidades y épocas de
siembra para ajustar el fenotipado.