Mejoramiento genético de guayabo (Psidium guajava L.)
Genetic breeding of guava (Psidium guajava L.)
Evelyn Bandera Fernández, Dra.C. Leneidy Pérez Pelea
Departamento Biología Vegetal. Facultad de Biología, Universidad de la Habana. Calle 25 # 455 / I y J, Plaza de Revolución, La Habana.
El guayabo (Psidium guajava L.), es oriundo de la región tropical de las Américas, pero fue introducido a otras regiones del mundo, donde actualmente se encuentra naturalizado. Es considerado como uno de los frutales tropicales y subtropicales más valiosos, pues resulta una fuente natural de vitaminas y sales minerales. Producto de su propagación por semillas, se cuenta con poblaciones heterocigóticas, en las que existe una adecuada variación genética para la selección de tipos comerciales deseables. Con la fundación del Banco de Germoplasma de Frutales Tropicales y Subtropicales en 1965 (actualmente Instituto de Investigaciones en Fruticultura Tropical, IIFT), se creó la colección más grande de Cuba. Esta colección de germoplasma del cultivo, ha sido caracterizada con el empleo de marcadores morfológicos y técnicas de Polimorfismo de la Longitud de Fragmentos Amplificados (AFLP) y de Secuencias Simples Repetidas (SSR). Las evaluaciones realizadas permitieron la selección de genotipos élites para propósitos de comercialización y mejoramiento genético. Además, se lograron construir mapas de ligamiento utilizando los marcadores moleculares y se detectaron más de 50 loci de caracteres cuantitativos, como base para la selección asistida por marcadores. Estos resultados, junto al uso de técnicas de cultivo de tejidos, para la conservación y propagación de germoplasma, han permitido proponer una metodología para desarrollar el programa de mejoramiento del cultivo en el país.
Palabras clave: rutales, germoplasma, marcadores moleculares, mejoramiento genético de plantas.
ABSTRACT
Guava (Psidium guajava L.) is native to the tropical regions of America, but it has been introduced in different countries of the world where is nowadays naturalized. It is one of the most valuables tropical and subtropical fruit tree, because it is a natural source of vitamins and mineral salts. Due to its seed propagation, there are heterocigotic populations in which there is a correct genetic variability for the selection of desirable commercial types. At the foundation of the Cuban Fruit Tropical and Subtropical germplasm bank in 1965 (nowadays Tropical Fruit Research Institute, IIFT), was established the biggest collection of guava in the country. This germplasm collection has been characterized by using morphological markers and techniques of Amplified Fragment Length Polymorphism (AFLP) and Simple Sequence Repeats (SSR). The evaluations allowed the selection of elite genotypes for commercialization, breeding and the establishment of crossing programs. They are able to build linkage maps using molecular markers and over 50 quantitative trait loci were detected, as a basis for marker assisted selection. These results, in conjunction with the use of tissue culture techniques for the conservation and propagation of germplasm, have allowed to propose a methodology for developing crop improvement program in the country.
Key words: fruits, germplasm, molecular markers, plant breeding.
INTRODUCCIÓN
EEl guayabo (Psidium guajava L.), es uno de los frutales tropicales y subtropicales de mayor importancia económica, que se cultiva con fines comerciales en más de 60 países (1). Pertenece a la familia Myrtaceae, que está constituida por más de 133 géneros y de 3800 especies (2), pocas de las cuales producen frutos comestibles (3). ]]>
Está considerado, dentro del género Psidium, como uno de los representantes más importantes, desde el punto de vista comercial, debido fundamentalmente al alto valor nutricional de sus frutos, que son muy ricos en vitaminas A, B, C y en sales minerales, que son importantes para la salud y la dieta humana, así como por lo rentable de su cultivo (4). Constituye un frutal tropical y subtropical de gran importancia, que cuenta con grandes extensiones dedicadas a la industria y su comercialización en fresco.
Aunque la morfología de la flor de esta especie favorece la autopolinización, también se informa de 35 a 40 % de polinización cruzada, lo que unido a la propagación por semillas desde los inicios de la domesticación, ha permitido contar con poblaciones heterocigóticas, en las que existe una adecuada variación genética para la selección de tipos comerciales deseables (5).
Los programas de mejoramiento genético del cultivo, se encuentran en desarrollo en países como la India, Brasil, Cuba, Venezuela, Tailandia, México, Pakistán, entre otros, donde el guayabo representa un cultivo de importancia económica (6); estos programas se encuentran en distinto grado de desarrollo y difieren en sus objetivos. En varios de estos países se han hecho contribuciones significativas a lo largo de los años.
Aunque el mejoramiento selectivo de cultivares de guayabo comenzó hace casi un siglo, la facilidad de propagar las plantas a través de semillas, impide preservar los cultivares mejorados sin cambios significativos de sus atributos (7). Probablemente existen más de 400 cultivares de guayabo en el mundo, pero solo unos pocos se cultivan con fines comerciales.
Partiendo de los antecedentes anteriores, el objetivo de esta revisión es presentar la importancia y los avances en los programas de mejoramiento de guayabo en Cuba y en el resto del mundo.
CLASIFICACIÓN TAXONÓMICA
La posición taxonómica del guayabo, según estudios filogenéticos recientes es (8):
Reino: Plantae
División: Magnoliophyta
Clase: Magnoliopsida
Subclase: Rosidae
Orden: Myrtales
Familia: Myrtaceae ]]>
Subfamilia: Myrtoideae
Tribu: Myrteae.
Género: Psidium
Especie: Psidium guajava L.
La familia Myrtaceae, en la cual se encuentra el guayabo, está representada por 133 géneros y 3800 especies de árboles y arbustos, que prosperan en las áreas tropicales y subtropicales del planeta (2). El género Psidium, incluido en esta familia, está compuesto por 150 especies aproximadamente (9); algunas de las más importantes son P. cattleianum Sabine, P. fredrichsthalianum (Berg) Nied y P. guajava (10).
DESCRIPCIÓN BOTÁNICA DE P. guajava
Psidium guajava L. es un árbol o arbusto perennifolio o caducifolio, que alcanza de 5-10 m de altura en promedio, pero si se maneja adecuadamente con podas, no sobrepasa los tres metros y con un diámetro a la altura del pecho de hasta 6 x 10-2 m. Su copa es irregularA, con hojas decusadas simples, oblanceoladas, oblongas o elípticas, margen entero; verde brillantes a verde parduscas; dispuestas en pares alternos a lo largo de las ramas, poseen vellosidades finas y suaves en ambos lados, con una nervadura central y varias secundarias que resaltan a simple vista. Presentan un aroma específico al ser estrelladas, que proviene de un aceite esencial y el olor depende del cultivar.
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El tronco es, generalmente, torcido y muy ramificado, con ramas gruesas, ascendentes y retorcidas (11). La corteza externa es escamosa en piezas lisas, delgadas e irregulares, pardo rojiza y escamas grisáceas.
La corteza interna es fibrosa, ligeramente amarga, de color crema rosada o pardo rosada, cambiando a pardo oscuro; grosor total de 5 x 10-3 a 8 x 10-3 m (12). Las flores son solitarias o en cimas, axilares; dulcemente perfumadas, actinomórficas; sépalos de cuatro a cinco, verdes en el exterior y blancos en el interior; pétalos cuatro a cinco, blancos (12). El estilo es filiforme, liso, de color verde amarillento. La floración puede mantenerse todo el año, si las condiciones fitotécnicas son buenas y las condiciones ambientales lo permiten (11).
La forma del fruto, el color de la pulpa y de la cáscara dependen de la variedad. Lo más común es el fruto en bayas hasta de 8 x 10-2 m de diámetro, globosas a ovoides, con el cáliz persistente en el ápice, carnosas, de color crema amarillento a rosado y de olor fragante. El sabor varía desde dulce a ácido o muy ácido.
La cáscara exterior es fina, de color amarillo; el fruto contiene numerosas semillas (11). Las semillas son pequeñas, en forma reniforme, con bordes lisos y con una corteza dura. Pueden ser numerosas en el fruto (112 a 535), aunque algunas guayabas no tienen semillas o presentan muy pocas (13).
El sistema radicular es muy superficial, pero el árbol lo compensa con la extensión y el número de raíces, que sobrepasan la proyección de la copa. Esto es lo que incrementa su posibilidad de sobrevivir en áreas donde frecuentemente se tienen problemas con ciclones y le permite, además, que se desarrolle en casi todos los tipos de suelos.
]]> FLORACIÓN Y FRUCTIFICACIÓN
El guayabo florece y fructifica en diferentes épocas, en los diversos lugares donde se cultiva, en dependencia de las características climáticas y el manejo. Las flores aparecen, generalmente, dispuestas en inflorescencias con dos o tres flores, aunque pueden aparecer más de tres, pero no todas producen frutos. Las flores localizadas entre el medio y la base de la rama tienen mayor probabilidad de producir frutos (14).
El desarrollo completo de la flor desde la diferenciación de la yema floral hasta la apertura del cáliz, dura aproximadamente 30 días (15). La apertura del cáliz ocurre, generalmente, 24 horas antes de la apertura de la flor (7, 14). Cuando los botones florales alcanzan su máximo desarrollo, los sépalos comienzan a romperse en varios puntos, lo que indica el inicio de la antesis. La hora de inicio de la apertura floral puede variar en dependencia de la temperatura diurna. Esta característica es muy valiosa para la evaluación de colecciones de genotipos o bancos de germoplasma, debido a su estrecha relación con las características productivas de las plantas. La observación y el conocimiento de estas características, pueden guiar los programas de mejoramiento genético del cultivo, especialmente aquellos enfocados en las obtención de nuevos cultivares a partir de la recombinación de genotipos (14).
El guayabo es un frutal que predominantemente se autopoliniza (16) con la ayuda de agentes externos, aunque también puede aparecer polinización cruzada de 25,7- 41,3 %, con una media de 35,6 %.
IMPORTANCIA Y USOS DEL CULTIVO
En la actualidad, el cultivo del guayabo tiene un mercado bien establecido en más de 60 países, debido a su rusticidad, proliferación, alto contenido de vitaminas y gran retorno económico (17). Los frutos del guayabo, son muy utilizados para el consumo en fresco y como materias primas para la industria de jugos, néctares, helados, jaleas y dulces (18). Recientemente se ha desarrollado el mercado del “guatchup” que es un mojo agridulce preparado a base de guayaba, como sustituto del ketchup, entre otros productos informados (19).
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Es un frutal de gran valor nutritivo, en el cual se destaca su elevado contenido de vitamina C. Este antioxidante natural varía en contenido entre 200 a 400 mg 100 g-1 de peso fresco, valores sustancialmente mayores que los encontrados en el jugo de limón (Citrus limon L.) 46 mg 100 g-1 de jugo y de naranja (Citrus sinensis L. Osb.) 50 mg 100 g-1 de jugo, frutales comúnmente asociados como excelentes fuentes de vitamina C (20). Los frutos presentan un contenido de 0,1-1,9 % de pectina, que se incrementa durante la maduración y disminuye en los frutos super maduros. Son también ricos en hierro, calcio y fósforo (21). El manganeso se encuentra presente en combinación con los ácidos fosfórico, oxálico y málico (22).
Los frutos contienen también saponinas, piranosideos, flavonoides, guaijaverina, ácido oleanólico y quercetina (23), muy empleados por el hombre por sus propiedades medicinales y de gran importancia para la planta en sus funciones metabólicas.
Estudios farmacológicos han demostrado un gran número de usos medicinales en el guayabo, como antimicrobiano, antigenotóxico, anti-inflamatorio, antialérgico, antiplasmódico, hepatoprotector y para el tratamiento de diarreas y diabetes (24). Su consumo también ha sido asociado con la reducción del colesterol, los triglicéridos y la presión sanguínea (25).
Esta especie ha sido cultivada como ornamental en diversas partes del mundo y sus flores son muy importantes para la apicultura (26). Su madera es moderadamente pesada (densidad 0,8 x 10-2 kg x 10-6 m), dura, elástica, moderadamente duradera, se utiliza como leña, carbón, para cabos de herramientas, en la construcción aeronáutica, entre otros usos (27). También es útil en el control de la contaminación, pues sirve como bioindicador y bioacumulador. Es indispensable en plantaciones mixtas destinadas a la recomposición de áreas degradadas (27).
NIVEL DE PLOIDÍA EN LA ESPECIE Psidium guajava L.
En general, los representantes de la familia Myrtaceae, tienen un número básico de 11 cromosomas, aunque algunos autores plantearon que pueden encontrarse especies cuyo número básico de cromosomas varía entre seis y nueve (28). La poliploidía es más frecuente en las Myrtaceas con frutos carnosos que en las especies que tienen frutos secosB (29). ]]>
En la especie P. guajava L. la variación citológica es alta, se han registrado formas diploides, triploides, tetraploides y aneuploides (disploides). Los genotipos poliploides constituyen razas cromosómicas o citotipos (29). La mayoría de las variedades comerciales están informadas como diploides, con un número cromosómico de 2n=2x=22 (30),B aunque se han encontrado cultivares de guayabo sin semillas, que presentaban 33 cromosomas. Además, se encontró un cultivar de guayabo triploide y se sugirió que podía tratarse de un autotriploide (31).
Los estudios citológicos realizados en la especie P guajava, basados en la estructura y el comportamiento de los cromosomas, indican que la meiosis transcurre de forma normal, con la formación de 11 bivalentes en la diacinesis y una correcta distribución de los cromosomas en los estadios finales del proceso (10, 15).
El carácter ausencia de semillas, está relacionado con varios factores, de los cuales las anomalías cromosómicas y la auto-incompatibilidad, son los principales. Iyer y Subramanyan, citados por otros autores (32) plantearon que la producción de triploides era inútil, pues la formación de los frutos de los triploides era altamente irregular y mal acabada, debido al tamaño diferente de las semillas.
En la India se realizó un cruzamiento entre un cultivar triploide sin semillas y uno diploide (‘Allahabad Safeda’), para desarrollar un cultivar con menos semillas y mayor rendimiento potencial. En la generación F1 se obtuvo 26 plantas diploides, nueves trisómicas, cinco dobles trisómicas y 14 tetrasómicas (30). En esta progenie se observaron variaciones en el hábito de crecimiento y los caracteres de las flores y los frutos.
Existen pocas investigaciones enfocadas a conocer la conducta de los trisómicos, tetrasómicos y aneuploides en el mejoramiento de la especie, aun cuando se conoce que los trisómicos y otros aneuploides pueden emplearse para vencer el problema de incompatibilidad en ciertos cruces interespecíficos (31). ]]>
En Cuba se han realizado trabajos para la obtención de algunos cultivares sin semillas como: ‘Gonzalo No. 1’, ‘Gonzalo No. 2’, ‘Ibarra’ y ‘N7’ sin semillas. No obstante, no debe perderse de vista que, aun cuando la ausencia de semillas es un atributo comercial muy importante, se ha publicado en la literatura pobre germinación de los granos de polen y bajo porcentaje de amarre de los frutos que, además, presentan pocas semillas viables; así como bajo rendimiento (33).
OBJETIVOS PARA EL MEJORAMIENTO DEL GUAYABO
Los objetivos para el mejoramiento del cultivo son muy variados y difieren en los países donde este frutal se cultiva. Las estrategias de mejoramiento generalmente consideran cultivares promisorios, lo cual conlleva a una base genética estrecha. La introgresión de variedades tradicionales o de genotipos sin características de interés comercial al banco de genes, no es de mucha aceptación debido a la posible incorporación de caracteres no deseados.
La realización de inventarios, la colecta, la caracterización y la evaluación, garantizan el mantenimiento y el uso de una herencia genética para futuras generaciones, con el objetivo de contar con una base más amplia en los programas de mejora, que posibilite responder ante las demandas del mercado y ante la incidencia de plagas y enfermedades (34).
La mayoría de los programas de mejoramiento del guayabo incluyen los objetivos: (a) colectar, introducir, caracterizar y seleccionar genotipos de guayabo con características definidas y apropiadas para la producción; (b) seleccionar genotipos con alto potencial productivo y con mecanismos de resistencia a plagas y enfermedades; (c) establecer descriptores botánicos importantes para el guayabo, buscando eliminar redundancias en la colección; (d) mantener la colección de genotipos de guayabo en áreas de desarrollo estratégicas; (e) seleccionar y difundir genotipos de guayabo, para la formación de huertos comerciales y para suplir de material élite a otros programas de mejoramiento y viveros (6, 14).
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Los cultivares que tienen frutos con muchas semillas son indicados para la hibridación controlada y las progenies obtenidas por polinización abierta, pueden ser adecuadas para los programas de desarrollo de cultivares (10). Estos autores plantean que los criterios de selección que deben ser considerados son los siguientes:
Frutos: a) frutos de tamaño grande 200 x 10-3 - 340 x 10-3 kg), con pocas semillas y pulpa gruesa; b) pulpa blanca para consumo en fresco y de rosado oscuro a rojo para la industria; c) sabor y aroma característicos del fruto; d) contenido de sólidos solubles totales superior al 10 %; e) acidez de 1,25-1,50 % para los frutos destinados a la industria y de 0,2-0,6 % para los que se consumirán en fresco; f) contenido de vitamina C igual o superior a 300 x 103 mg x 10-3 g; g) número mínimo de células pétreas; h) buena calidad post cosecha; i) resistencia a plagas y enfermedades que dañan a los frutos.
Planta: a) árboles vigorosos, con copas anchas y de baja altura; b) resistencia a plagas y enfermedades; c) alta producción; d) porta-injertos con efecto reductor de la altura.
Otros autores también publicaron una lista de objetivos para el mejoramiento del guayabo (35) que incluye:
• Aspecto externo del fruto: peso medio superior a 100 x 10-3 kg en plantas no raleadas; forma oval; halos de tamaño medio o pequeño; color de la corteza amarillo-verdoso o amarillo cuando madura el fruto; resistente a la transportación y con buena calidad de almacenamiento.
• Aspecto interno del fruto: color de la pulpa rosada o roja; relación entre el peso de la pulpa y el peso total superior a 70; espesor del pericarpio superior a 100 x 103 m; ausencia o pocas manchas en el pericarpio; ausencia de células pétreas; pocas semillas y semillas de tamaño pequeño. ]]>
• Características organolépticas y contenido de los frutos: contenido de sólidos solubles totales superior a 10 oBrix; relación sólidos solubles totales/AT superior a 11,7; contenido de vitamina C alrededor de 100 mg de ácido ascórbico en 100 g de pulpa; sabor y aroma agradables que se mantenga en los productos industriales.
• Plantas: productividad mínima de 30 ton ha-1 año-1; copa baja y abierta; resistentes a P. psidii.
HERENCIA EN GUAYABO
En los cultivos perennes como el guayabo, se dificulta obtener una información precisa, debido a que son altamente heterocigóticos, se necesitan extensas áreas y labores para su cultivo, se propagan por semillas, tienen una alta adaptabilidad y variabilidad genética y se requieren evaluar poblaciones grandes para realizar este tipo de estudio, del cual se puede derivar poca información relacionada con la herencia del cultivo (7). Esta es una de las razones por la cual, en el guayabo existe muy poca información relacionada con la herencia de los caracteres cuantitativos; sin embargo, se ha estudiado un poco más la herencia de los caracteres cualitativos.
Se conoce que la forma ovoide del fruto es dominante sobre los tipos redondeados y piriformes. En Brasil, algunos autores observaron que la pulpa roja es dominante sobre la pulpa blanca (26). En la India otros autores demostraron que ese atributo está gobernado monogénicamente y que el gen que codifica para el color de la pulpa está ligado con el gen que controla el tamaño de las semillas (15).
La heredabilidad, en sentido ancho, incluye todos los tipos de acción génica, como la dominancia, la aditividad y la epistasia (30); mientras que la heredabilidad, en sentido estrecho, sólo tiene en cuenta la contribución de la varianza genética aditiva a la varianza fenotípica. El efecto de aditividad es el más importante, porque es la causa principal del parecido entre parientes, determinante de las propiedades genéticas observables en la población y de la respuesta positiva a la selección (36).
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Se han realizado considerables esfuerzos para estimar la heredabilidad de los caracteres de importancia agrícola en el guayabo.
Se ha observado que algunas características comercialmente importantes, tales como el rendimiento, el tamaño del fruto, ciertos tipos de resistencia a enfermedades, el contenido de vitamina C, la pectina y la acidez, tienen con frecuencia, estimados bajos de heredabilidad. Ninguna de esas características es determinada de forma exclusiva por genes principales, aunque genes básicos sujetos a efectos modificadores de poligenes, han sido identificados para algunos caracteres cualitativos, como el color de la corteza y la acidez.
En la India se estudiaron las progenies F1 obtenidas de cuatro cruzamientos, entre plantas del cultivar ‘Apple Colour’ con los cultivares ‘Arka Mridula’, ‘Chittidar’, ‘Beaumont’ y ‘Allahabad Safeda’ (37). Estos autores determinaron que la varianza genotípica y el coeficiente de variación genético fueron menores que la varianza fenotípica y el coeficiente de variación fenotípico, respectivamente, en los caracteres evaluados (contenido de sólidos solubles totales, peso, largo, ancho y volumen del fruto). Los bajos valores de los coeficientes de variación genética indicaron un bajo grado de variabilidad genética en las poblaciones de medios hermanos evaluadas, mientras que los mayores valores de los coeficientes de variación fenotípica implican mayor manifestación de esos caracteres.
Los coeficientes de variación indican solo la variabilidad en diferentes caracteres pero no su porción heredable (37), por lo que es necesario determinar también la heredabilidad de los mismos. Estos autores estimaron los valores de heredabilidad en sentido estrecho de los caracteres evaluados y obtuvieron estimados medios en los mismos; los mayores valores de heredabilidad se observaron en los caracteres largo del fruto y contenido de sólidos solubles totales. Por tanto, la selección se puede realizar con vistas de mejorar los componentes del rendimiento, al estar controlados estos caracteres, por genes con efectos aditivos. Estos autores también calcularon las correlaciones genéticas y fenotípicas entre los caracteres y determinaron que el peso del fruto presentaba correlación positiva con el largo, el ancho y el volumen de los frutos, mientras que la correlación con contenido de sólidos solubles era negativa.
La correlación genotípica fue mayor que la correlación fenotípica en los caracteres evaluados con excepción del contenido de sólidos solubles, lo cual puede estar relacionado con la estabilidad relativa de los genotipos. Esto sucede no solo cuando los genes que controlan los caracteres son similares, sino también cuando los factores ambientales relacionados tienen efectos similares.
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En otro trabajo realizado en la India se obtuvieron altos valores de heredabilidad en los caracteres vegetativos de las flores y los frutos evaluados en accesiones de guayabo (38). Estos autores también determinaron correlaciones fenotípicas positivas entre el ancho de los frutos, el peso de los frutos, el contenido de sólidos solubles y los días requeridos para la maduración de los frutos con el tamaño de las flores, así como entre el número de semillas/fruto y acidez, y contenido de sólidos solubles con acidez y contenido total de azúcares. Además se obtuvieron altos valores de heredabilidad en sentido ancho, así como de los coeficientes de variación genético y fenotípico, en caracteres de los frutos y las semillas, evaluados en 50 accesiones de guayabo (39).
Estos resultados indicaron que dichos caracteres tenían un efecto genético aditivo, por lo que se podía realizar una selección efectiva de los mismos. Estos autores también observaron correlaciones genotípicas y fenotípicas positivas entre el largo, el ancho, el peso de los frutos y el número y el peso de las semillas/fruto, en todas sus combinaciones; mientras que las correlaciones fueron negativas entre el peso, el largo de los frutos, el peso y el número de semillas/fruto con la relación peso del fruto/peso de semillas.
A partir de la estimación de componentes de varianza fenotípica en caracteres del fruto evaluados en ocho genotipos de guayabo, se obtuvieron altos valores de varianza genética y de la varianza del error (componente de varianza frutos dentro de árboles, tomada como error, por la estructura jerárquica del diseño experimental y el análisis estadístico) en la mayoría de los caracteres, siendo mayores los estimados de la varianza del error en algunos caracteres (40). Estos autores obtuvieron una interacción significativa, así como, bajos valores para la varianza de la interacción. Además obtuvieron bajos valores de la componente de varianza árboles dentro de genotipos (réplicas de los genotipos) y esta fuente de variación solo fue significativa en dos de los nueve caracteres evaluados (contenido de vitamina C y peso de la cavidad de las semillas).
Con los resultados sobre los bajos valores de varianza de árboles dentro de genotipos y altos valores de la varianza de frutos dentro de árboles, los autores sugirieron que los frutos cosechados de diferentes árboles de un mismo genotipo tenían cualidades similares, por lo que evaluaciones efectivas de los caracteres del fruto podían realizarse en un solo árbol por genotipo y que incrementar el número de frutos a evaluar por árbol (genotipo) era más efectivo que incrementar el número de árboles (réplicas) por genotipo, para obtener estimados genéticos exactos. Estos resultados pudieran permitir que el programa de mejoramiento del cultivo opere de forma más económica y eficiente en las evaluaciones de campo.
En Cuba, también se han realizado trabajos con el objetivo de estimar parámetros genético-estadísticos en poblaciones del cultivo, obtenidas a partir de cruzamientos controlados realizados entre plantas del cultivar ‘Enana Roja Cubana’ y los cultivares ‘N6’, ‘Suprema Roja’ y ‘Belic L-207’. En este sentido en el año 2013 se obtuvieron valores muy variables de heredabilidad, en sentido ancho y en sentido estrecho, en caracteres vegetativos y de los frutos, evaluados en las tres poblacionesC. Estos estimados fueron mayormente medio, lo cual evidencia la influencia tanto de los factores genéticos, como de los ambientales, en la expresión de los caracteres.
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También se obtuvieron valores mayormente medios de los coeficientes de variación genéticos, resultados que muestran la marcada influencia ambiental que tuvieron los caracteres; criterio que debe tenerse en cuenta al adoptar nuevas estrategias en el programa de mejoramiento genético del cultivoC. Esta autora obtuvo valores de los coeficientes de variación genéticos mayores que los del coeficiente de variación ambiental en la mayoría de los caracteres evaluados.
Existe una situación muy favorable para la ganancia por selección cuando la relación entre el coeficiente de variación genético y ambiental es superior a uno, ya que en estos casos la variación genética es mayor que la ambiental, lo que indica que la selección para estos caracteres tiene las mejores condiciones en términos de ganancia genética (41).
En este estudio, también se calculó la respuesta a la selección y se observaron los mayores valores en los caracteres peso del fruto, número y masa total de las semillas por fruto, ancho de la hoja y altura de la planta, los cuales presentaron también valores medio de los coeficientes de variación genéticos y estimados de heredabilidad en ambos sentidos medio o alto. Por tanto, estos caracteres tienen alta variabilidad genética que puede ser explotada en los programas de mejoramiento genético del cultivo, pues en los mismos predomina la acción de los genes con efecto aditivo y se puede hacer una selección efectiva (39, 42).
Al analizar las asociaciones existentes entre los caracteres evaluadosC, se detectó que los valores de las correlaciones genéticas fueron de mayor magnitud que las fenotípicas en la mayoría de los caracteres correlacionados, lo que indica que la relación entre los mismos obedece a factores genéticos aditivos, presentes en el material en estudio, más que a la existencia de efectos ambientales (43).
Se observaron correlaciones genéticas y fenotípicas positivas y significativas entre el peso, el largo, el ancho del fruto y el espesor externo de la pulpa; entre el número y la masa total de las semillas con el peso de los frutos, en todas sus combinaciones; así como, entre el espesor interno de la pulpa, el número y la masa total de las semillas por fruto. Sin embargo, al relacionar estos caracteres con los de las dimensiones de los frutos, se observaron correlaciones genéticas negativas entre el largo del fruto con el espesor interno, el número y la masa total de las semillas; así como, correlaciones fenotípicas negativas entre el largo del fruto con el espesor interno de la pulpa y el número de semillas.
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Estos resultados son de gran importancia, ya que uno de los caracteres que se quiere mejorar en el guayabo es el número de semillas, pues los mejoradores desean obtener cultivares con pocas semillas que sean más rentables, tanto para la industria como para el consumo en fresco.
RESULTADOS EN EL MEJORAMIENTO GENÉTICO DEL GUAYABO
Históricamente, el guayabo se ha propagado a partir de semillas y las plantaciones obtenidas son muy variables, producto de la polinización por insectos. Las plántulas presentan altas tasas de segregación y es esta la base de la variación empleada a nivel mundial, tanto por mejoradores como por productores (14).
La morfología de la flor del guayabo favorece la auto polinización, aunque también al ser una especie de polinización cruzada, se cruza de forma natural con otros cultivares, dando origen a genotipos diferentes en apariencia, producción y calidad (44). Lo anterior, unido a la propagación por semillas en los inicios de la domesticación, ha generado cierta variabilidad que debe ser estudiada y caracterizada, con fines de poder reconocer, identificar y documentar la variabilidad dentro y entre cultivares de la especie, así como analizar su comportamiento agronómico en respuesta al sistema de producción utilizado (45).
En algunos países como Estados Unidos (principalmente en la Florida y Hawaii) e Israel, donde se cultiva el guayabo desde hace más de un siglo, los cultivos están basados prácticamente en un solo cultivar comercial. Aunque en Israel, algunos investigadores realizaron cruzamientos entre diferentes cultivares provenientes de Brasil, Tailandia y México y obtuvieron cinco nuevos cultivares prometedores, con los que se comenzó a incrementar la base genética del cultivo en el país (46).
En Pakistán se han utilizado técnicas no convencionales como inducción de mutaciones, para tratar de incrementar la variabilidad genética (47). La resistencia a los nemátodos que atacan las raíces es el principal objetivo del programa de mejoramiento en Malasia y se han detectado tres accesiones con potencial resistencia (48, 49). En Tailandia (40) y en México (50, 51) se han caracterizado las colecciones de germoplasma del cultivo y se ha detectado gran variabilidad genética, principalmente en caracteres del fruto. En la India se desarrolla el programa principal de mejoramiento de guayabo y se han identificado y caracterizado nuevos híbridos y cultivares, mediante diversos marcadores morfológicos y molecularesD (32, 52, 53). En Brasil, aunque la producción se ha incrementado en los últimos años, el programa de mejoramiento del cultivo ha sido discontinuo por varias razones (35). ]]>
En Cuba, los trabajos de mejoramiento y selección se iniciaron a principios de la década del 60 del pasado siglo, con la obtención de 36 cultivares por polinización libre del cultivar ‘Indian Pink’ en la Estación Experimental Agronómica de Santiago de las Vegas. Se continuó con el estudio de 108 cultivares en la colección del Banco de GermoplasmaE. Resulta válido destacar los trabajos realizados por González y SourdF (54). El primero incluye el ensayo de 10 variedades de P. guajava, nueve de ellas injertadas sobre el cultivar ‘Cotorrera’ y una sobre Psidium friedrichsthalianum. El segundo trabajo comprendió la evaluación de 10 selecciones de guayabo atendiendo a los caracteres físico-químicos de los frutos.
Otro estudio realizado fue en el que se caracterizó la descendencia del cruzamiento entre los cultivares ‘Enana Roja Cubana’ y ‘Bangkok’ (5). Los caracteres evaluados mostraron muy pocas diferencias entre las plantas analizadas; se pudieron agrupar los descendientes en base a la altura de la planta, el color de la pulpa y a la resistencia al ataque de hongos como Colletotrichum gloeosporioides.
Posteriormente, se realizó una evaluación de la diversidad del germoplasma cubano de guayabo mediante marcadores morfológicos y técnicas de Polimorfismo de la Longitud de Fragmentos Amplificados (AFLP) y de Secuencias Simples Repetidas (SSR) (55, 56, 57).
Basados en los resultados, los autores pudieron recomendar genotipos élites para diferentes propósitos como la comercialización y el mejoramiento, así como, para el establecimiento de programas de cruzamientos, de los cuales se seleccionaron 25 genotipos de porte bajo. Además, se lograron construir mapas de ligamiento, utilizando dichos marcadores moleculares (SSR y AFLP), la saturación del mapa molecular de ligamiento y la detección de más de 50 loci de caracteres cuantitativos, como base para la selección asistida por marcadores. Estos resultados, de conjunto con el uso de técnicas de cultivo de tejidos, para la conservación y propagación de germoplasma, han permitido proponer una metodología para desarrollar el programa de mejoramiento del cultivo en el país (3).
EMPLEO DE MARCADORES MOLECULARES EN EL MEJORAMIENTO
]]> Las marcadores morfológicos ha sido utilizados tradicionalmente para evaluar la variabilidad genética. Para suplementar y refinar las descripciones basadas en la morfología, se comenzaron a emplear marcadores enzimáticos (58). Subsecuentemente, los marcadores basados en el ADN brindaron una nueva opción para estudios genéticos y mostraron ventajas significativas en relación con los marcadores morfológicos y bioquímicosC. Los marcadores de ADN se han hecho muy importantes por su utilización en la construcción de mapas de ligamiento genético, el análisis de mapeo comparativo, el marcaje de genes de importancia económia, la selección asistida por marcadores y el clonaje basado en mapas. También proveen información genética en las principales áreas de conservación del germoplasma, tanto ex situ como in vitro (59).
DESARROLLO DE SSR PARA Psidium guajava L.
Con vistas a explotar las potencialidades que brindan las Secuencias Simples Repetidas (SSR), se desarrolló una librería enriquecida de microsatélites con las secuencias (GA)n y (GT)n para impulsar estudios genéticos y selección asistida por marcadores en el guayabo y otras especies afines (61).
Con la finalidad de determinar la utilidad de los cebadores, se emplearon muestras de ADN de guayabo de diversos orígenes (Camerún, Colombia, Cuba, Florida, Hawaii y Martinica) así como de otras especies como Psidium acutangulum D.C., Psidium cattleianum Sabine var. lucidum y Psidium friedrichsthalianum Nied. Para el resto de las especies de Psidium, excepto para cuatro loci, la amplificación reveló patrones SSR confiables. ]]>
Esta librería es la primera referida para el guayabo y puede ser usada para la identificación de genotipos, análisis de pedigrí, estudios de diversidad del germoplasma y de mapeo genético. Por otra parte, constituye un potencial para las investigaciones de recursos genéticos y mejoramiento en el género Psidium (61). Investigaciones que involucran el uso de este marcador para diversos propósitos también han referido la obtención de patrones SSR confiables, tanto en esta especie, como en otros representantes de la familia. Las mismas se han desarrollado en países como la India (62, 63), Cuba (64, 65); México (66); Brasil (67), Venezuela (68, 69), entre otros.
MARCADORES DE ADN PARA LA IDENTIFICACIÓN DE GENOTIPOS
Se ha sugerido para muchos cultivos el uso de los marcadores moleculares con el fin de establecer huellas de ADN de accesiones individuales (70). Además, la Unión Internacional para la Protección de nuevas Variedades de Plantas (UPOV) promueve la introducción de nuevos métodos de pruebas estables, uniformes y distintivas (DUS) y vencer las implicaciones legales de ciertos cambios para la protección de variedades de plantas (71). En este sentido, el uso de cuatro sistemas isoenzimáticos (a-esterasas, ß-esterasas, fosfatasa ácida y peroxidasas) constituyó una aproximación para distinguir variaciones intra e inter-específicas en especies de Psidium; sin embargo, no fue observada una clara identificación de los genotipos (72). A veces los marcadores isoenzimáticos exhiben un polimorfismo insuficiente. Además, pueden ocurrir variaciones de espacios temporales y experimentales (73). Por ello, su uso con propósitos de identificación está restringido a un germoplasma local si se tiene en cuenta que los perfiles isoenzimáticos no son transferibles.
Diversos trabajos han corroborado la utilidad de los marcadores AFLP, ISTR, microsatélites y RAPD con fines de identificación en países donde se cultiva esta especie: CubaG (5, 74, 75, 76); MéxicoH (50, 51, 77); Bangladesh (78); Colombia (79); India (80, 81, 82), Brasil (67, 83, 84); Estados Unidos (85), entre otros. En el caso de los marcadores RAPD, a pesar de que su reproducibilidad entre diferentes laboratorios permanece bajo discusión (71), los mismos han mostrado buenos resultados, por lo que se pueden recomendar para este propósito.
Estudios más recientes han incursionado en el uso de otros marcadores moleculares. Tal es el caso de la región 18S del ARN ribosomal, regiones de Secuencias espaciadoras de transcriptos internas (ITS) del ADN ribosomal y regiones de Secuencias espaciadoras intergénicas (IGS) de ADN cloroplástico, los cuales han sido empleados en Taiwan para la identificación de accesiones de guayabo y otros representantes del género Psidium (86).
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De igual forma, se ha evaluado la utilidad de las Regiones de Secuencias Internas Espaciadoras (ISSR) para la discriminación entre genotipos pertenecientes a diferentes especies del género Psidium. Esta técnica combina el empleo de un único cebador como los RAPD y la confiabilidad y reproducibilidad de los SSR, lo que la hace más potente para estos fines (53). Este tipo de marcador molecular también ha sido empleado en la estimación de la fidelidad genética entre plantas regeneradas por embriogénesis somática y plantas madres, procedentes de accesiones de guayabo, brindando muy buenos resultados, que confirman la uniformidad del material obtenido (87, 88, 89).
Otro sistema de marcadores de ADN muy utilizado es el basado en retrotransposones, del tipo denominado Sitios de Unión Inter Cebador (iPBS), los cuales son diseñados a partir de regiones conservadas de los sitios de unión al cebador dentro del retrotransposon. Para la discriminación de accesiones de guayabo procedentes de polinización abierta, se empleó ese tipo de marcador obteniendo muy buenos resultados con la aplicación de los iPBS con estos fines (90). Este estudio demostró que los iPBS constituyen una herramienta poderosa, ya que además de posibilitar la identificación de genotipos cuando no se tiene un conocimiento a priori de las secuencias a analizar, poseen un bajo costo y son eficientes y de fácil manipulación.
Por otra parte, la selección de un marcador dado es un balance entre el nivel de polimorfismo que puede detectar (información contenida) y su capacidad de identificar múltiples polimorfismos (91). El parámetro D (poder de discriminación), evalúa la eficiencia de un cebador para la identificación de variedades (la probabilidad de que dos individuos seleccionados al azar tengan diferentes patrones) y además, puede usarse para comparar diferentes tipos de marcadores, conociendo solo las frecuencias de los alelos (92).
En este sentido, estudios realizados determinaron que los cebadores AFLP más eficientes para la discriminación en las accesiones de guayabo que forman el banco de germoplasma cubano fueron: E32 x M33, E32 x M35, E32 x M32, E33 x M39, E32 x M36, E33 x M32, E32 x M34, dado por los valores del parámetro D calculados (65, 93). Estos trabajos, previos a los estudios de diversidad, permiten evaluar las potencialidades de cada marcador molecular, con el objetivo de identificar cuál es la aplicación más adecuada de los mismos, o sea, donde brindan una información más confiable para trazar estrategias futuras en el programa de mejoramiento de la especie.
CONSTRUCCIÓN DE MAPAS DE LIGAMIENTO GENÉTICO
Para el uso eficiente del polimorfismo detectado por los marcadores genéticos, es necesario el conocimiento de su localización individual en el genoma y puede lograrse a través de la construcción de un mapa de ligamiento genético. Por tanto, el mapa de ligamiento genético representa el arreglo o acomodo de los innumerables loci, los cuales incluyen marcadores morfológicos, bioquímicos y de ácidos nucleicos, a través del cromosoma (70). ]]>
Para la implementación futura de la selección asistida por marcadores para impulsar el programa de mejoramiento genético en Cuba, se obtuvieron tres poblaciones de mapeo por polinización cruzada de tres árboles individuales de ‘Enana Roja Cubana’ como progenitor femenino, donadores de polen ‘N6’ (población de mapeo 1 = MP1), ‘Suprema Roja’ (MP2) y ‘Belic L-207’ (MP3). La población MP1 se usó para una identificación inicial de la co-segregación de marcadores en la progenie a través del uso de la técnica de AFLP.
Basado en estos resultados, se estableció el primer mapa de ligamiento genético con un total de 167 marcadores mapeados sobre 11 grupos de ligamientos que presumiblemente representan los 11 cromosomas del genoma haploide del guayabo (75). Estos esfuerzos fueron posteriormente extendidos por el incremento de las combinaciones de cebadores AFLP y SSR y el mapeo adicional de estos marcadores sobre el mapa de ligamiento. El alto número de marcadores comunes permitieron la fusión de los mapas individuales de los parentales en un mapa integrado con un total de 220 marcadores mapeados. Los grupos individuales de ligamiento contienen desde 11 hasta 30 marcadores cada uno, con variaciones en la longitud entre 104 y 150 cM, resultando en un total de 1379 cM (74).
De igual forma, se ha trabajado en el desarrollo de otros dos mapas de ligamiento para los cruces ‘Enana Roja Cubana’ x ‘Suprema roja’ y ‘Enana Roja Cubana’ x ‘Belic L-207’, basados en marcadores AFLP y SSR (94, 95, 96). Esto tiene como objetivo identificar marcadores comunes que permitan homologar grupos de ligamiento para la construcción de un mapa integrado para la especie. Para esto se han referido combinaciones de cebadores SSR y AFLP que han sido de utilidad para lograr este propósito (97).
Recientemente, en la India también se han realizado trabajos similares. Tal es el caso de un estudio realizado con marcadores SSR, tomando como base dos genotipos de guayabo con diferencias contrastantes para un grupo de caracteres de interés comercial. Como resultado, se desarrolló un mapa de ligamiento que puede ser de utilidad para la identificación de QTLs, el clonaje posicional y la identificación de marcadores ligados a caracteres de importancia para el mejoramiento y la producción (98).
DEBILIDADES Y OPORTUNIDADES
]]> A pesar de la importancia económica de este cultivar, en los programas de mejoramiento, todavía existen muchos problemas:]]> Notas al pie
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Recibido: 23 de marzo de 2015
Aceptado: 30 de octubre de 2015
Dra.C. Leneidy Pérez Pelea, Departamento Biología Vegetal. Facultad de Biología, Universidad de la Habana. Calle 25 # 455 / I y J, Plaza de Revolución, La Habana. Email: lene@fbio.uh.cu
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