Formación y caracterización de grupos germoplásmicos de maíz, poliembriónicos y alto contenido de aceite

"El maíz (Zea mays L.) de uso especializado incluye la versión de alto aceite, que representa una alternativa para generar variedades de calidad nutrimental de grano; éstas pueden ser mejoradas incrementando contenido de aceite y calidad proteica. viii Por otra parte, la poliembrionía (PE) es otro fenómeno de interés en maíz por su cualidad de producir dos o más plantas productivas por semilla, y que se relaciona con proteínas de calidad y mayor contenido de aceite en el grano que el maíz común. En este trabajo fueron combinadas las poblaciones D, poliembriónica (PE), y E, Tuxpeño de alto aceite (AA); a partir de las cuales se derivaron nueve dosis de germoplasma PE:AA (0, 12.5, 25, 37.5, 50, 62.5, 75, 87.5 y 100 %) por la vía de filiales y retrocruzas; con el propósito de: i) constituir el germoplasma base para la derivación de variedades de alta calidad nutrimental del grano a mas de otras cualidades de importancia agronómica-económica; ii) identificar las dosis de germoplasma PE:AA que confieran la mayor calidad nutrimental de grano, i. e. mayor concentración de grasa cruda, proteína cruda, y lisina; y iii) ubicar las dosis de germoplasma PE:AA que presenten la posibilidad de una rápida recuperación de la poliembrionía. Las variables de respuesta fueron: germinación (GE), frecuencia de poliembrionía (PE), en invernadero; contenidos de Grasa y proteína cruda (GC, PC) y lisina (Lis), en laboratorio. Los tratamientos (dosis) para las variables de invernadero así como los de análisis químicos fueron manejados en un diseño completamente al azar con tres repeticiones, con excepción de lisina, que se trabajó con dos repeticiones. Los datos fueron sometidos al ANVA correspondiente; la prueba de medias, cuando procedió, fue vía Tukey, α = 0.05. También, fue aplicado un análisis de regresión lineal para determinar la dependencia de las variables GC y PE con las diferentes dosis de germoplasmas (dosis). Para probar el mecanismo de herencia que controla la PE, fue aplicada una ji-cuadrada (X2) de bondad de ajuste. Los promedios de todas las variables se analizaron mediante la técnica de análisis de conglomerados y componentes principales. ix 10 Los análisis indicaron diferencias para todas las variables (P ≤ 0.01); la variable GE, fue mejorada de manera significativa en la entremezcla de las dos fuentes de germoplasma (PE:AA), con valores que van de 96 a 99 %. Como se esperaba, la combinación de fuentes PE:AA presentó un efecto de enmascaramiento del fenómeno PE, el cual no se expresó en la F1 (proporción PE:AA de 50 %); también, de acuerdo a lo esperado, el fenómeno se hizo evidente cuando D alcanzó dosis mayores, i.e. 62.5, 75, 87.5 y 100 %. El análisis de regresión aportó evidencias de que la PE presente en D se relaciona con las dosis de germoplasma (P ≤ 0.05; R2 = 87.2). Los resultados de la X2 para probar la hipótesis de herencia monogénica, homocigótica recesiva en frecuencias de PE mostró diferencias (P ≤ 0.01) en F2 y RC1; por lo tanto, se rechaza la hipótesis de que la PE estuviera controlada por un gen, dos alelos homocigotos recesivos (3:1 en F2 y de 1:1 en RC1); esto, por que la frecuencia de PE en F2 fue de sólo 3.4 % y en RC1 de 25.1 %. Estos resultados requieren de plantear una hipótesis alterna, la cual pudiera ser un caso de interacción génica de dos loci, con epistasis doble dominante, de penetrancia incompleta. Los valores para variables GC, PC y Lis se ubicaron en los intervalos 5.6 a 8.3 %, de 8.5 a 11 % y 2.2 a 4 g lisina/100 g de proteína, respectivamente; las poblaciones D y E fueron superiores (de 12 a 70 %) en GC al testigo de maíz común. El análisis de regresión lineal para GC con respecto a dosis fue significativo (P < 0.01, R2 de 97 %) y mostró una relación lineal negativa cuando se aumentó la dosis de D. La comparación de medias (Tukey, α = 0.05) para GC en Filiales, Retrocruzas mostrando un efecto de dirección de cruza; además, tanto en Filiales como dosis de germoplasma, se observó una respuesta gradual relacionada a la proporción de germoplasmas PE:AA; este comportamiento es comparable a los casos históricos de herencia poligénica descrita por x East (1936). En este contexto, es probable que la genética que gobierna la concentración de aceite en el grano de estas poblaciones y genotipos agrupados en las dosis utilizadas, sea de herencia poligénica. La concentración de PC determinada en este trabajo no se relacionó en ningún sentido con las dosis de germoplasmas. Por otra parte, el contenido de lisina no mostró diferencias estadísticas entre dosis intermedias; no obstante, éstas son 17 % superiores al progenitor de alto aceite (2.2 %); como se esperaba la población PE obtuvo el valor más alto (4 %), comparable al maíz QPM. Las dosis óptimas (que combinan PE:AA) para calidad nutrimental en grano fueron las de combinación intermedias (Lis = 2.7 % y GC = 6.9 %), como puede apreciarse, es necesario que en estos genotipos se recupere la PE, ya que es ésta la que confiere valores más alto para Lis (de 3 a 4 %). Las dosis de germoplasmas probadas aquí son de valor genético, con potencial para generar variedades de maíz con calidad nutrimental Lis-AA. "

"The specialty corns (Zea mays L.) include high oil materials, which represent an alternative to generate varieties of grain nutritional quality. On the other hand, polyembryony (PE) is another phenomenon of interest in maize for its ability to produce xii two or more productive plants per seed, and that relates to high-quality protein and more oil content in grain than the common maize. The main objective in this research was the merging germplasm of populations D, polyembryonic (PE) and E, a high oil (AA) in order to generate nine proportions PE: AA (doses 0, 12.5, 25, 37.5, 50, 62.5, 75, 87.5 and 100%) by means of filial and backcrossing with the goal of: i) to provide the germplasm base for the derivation of varieties of high nutritional quality of grain besides other qualities of agronomic and economic importance; ii) to identify the proportions of germplasm PE: AA conferring greater nutritional quality of grain, i.e. greatest concentrations of crude fat, crude protein and lysine; and iii) to locate the genotype the PE:AA dose that facilitate the possibility of a rapid recovery of polyembryony from the segregating genotypes. The Response variables were: germination (GE) and polyembryony frequency (PE), under greenhouse conditions; and the crude fat, crude protein (GC, PC) and lysine (Lis) in laboratory. The treatments for the greenhouse variables and the ones for chemical analysis were handled in a completely randomized design with three replicates, except in the case of Lisine which was worked with two replicates. The data was analyzed through the proper ANOVA; a Tukey (α = 0.05) test was applied when proceeds. A linear regression analysis was also applied in order to determine the dependence of the variables GC and PE with different proportions PE:AA germplasm. To test a possible Mendelian inheritance pattern for the PE trait, a goodness of fit chi square test (X2) was applied. The means of all variables were analyzed by Cluster Analysis and the Principal Component analysis techniques. The results indicated differences for all variables (P ≤ 0.01); GE was improved significantly in the intermixing of the two sources of germplasm (PE: AA), with values xiii 14 ranging from 96 to 99%. The combination of PE:AA sources at the F1 level submitted a masking effect of the PE phenomenon, but higher rates of D germplasm, i.e. 62.5, 75, 87.5 and 100% restored the presence of the trait. The regression analysis provided evidence that the PE present in D is related to germplasm proportions (P ≤ 0.05, R2 = 87.2). The X2 results, testing the hypothesis of Mendelian monogenic inheritance, for the PE frequency showed differences (P ≤ 0.01) in F2 and RC1 cases; therefore, the null hypothesis was reject (3:1 in F2 and 1:1 in RC1). The values for GC, PC and Lis variables were in the intervals 5.6 to 8.3%; 8.5 to 11%; and 2.2 to 4 g lysine/100 g protein, respectively; the populations D and E, were higher (from 12 to 70 %) for GC than the control (common maize). The linear regression analysis on GC doses effect was significant (P <0.01, R2 of 97%) and showed a negative linear relationship whenever D germplasm doses increased. The mean comparisons was also significant for GC in filials and back-crossings taking into account the cross direction; besides, both filials and PE:AA proportions it was observed a gradual response. These behavior is comparable to the historical cases of polygenic inheritance described by East in (1936). In this context, it is likely that the genetic control of oil content in the seed in these populations and their generated proportions, groups in the seven different doses, could be of polygenic inheritance. The PC concentration determined in this work was not related in any way with the proportions of germplasm. Moreover the lysine content has showed no statistical differences between intermediate doses, but these were 17% higher than the high oil parent (2.2%); as it was expected, the PE population was the highest in lysine content with a value of 4%, comparable to QPM maize. xiv The optimal ratios (PE: AA doses) for grain nutritional quality were in the intermediate combination (Lis = 2.7% and G = 6.9%); as it can be deduced, it is required to recuperate the PE condition in those intermediate genotypes because of this trait capability to concentrate the lysine amino acid in the seed (3 to 4 %). The germplasm proportions generated and tested here have the potential to be useful in the design of new maize varieties with an outstanding nutrimental grain quality (Lis-AA). "