LA DIVERSIDAD GENÉTICA Y LOS DESAFÍOS FRENTE AL CAMBIO CLIMÁTICO John Bamberg y Alfonso del Rio US Potato Genebank

Impacto del Cambio Climático Predecible en algunas áreas pero al mismo tiempo …

muy variable e impredecible

Los cambios ambientales pueden modificar lo que los bancos buscan en los recursos genéticos

nemátodos

insectos

producción, nutrición, y calidad

fisiologia del desarrollo

enfermedades estrés

… adicionando estos a los retos que ya existen in situ para el germoplasma

Pastoreo y competencia de plantas no nativas

Deforestación

Urbanismo

Si los bancos tienen el conjunto de herramientas mas diverso posible (genes), se incrementan las chances de encontrar soluciones al cambio climático y a otros retos que la papa pueda enfrentar en el futuro.

Ubicación: A 300 km de la Universidad

Banco de Germoplasma de EEUU en Sturgeon Bay

Universidad en Madison

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Adquirir/Colectar Clasificar Preservar Evaluar Distribuir

Colectar y Clasificar

Dr. David Spooner, USDA/ARS botánico, es el colector de nuestro banco, taxónomo y curador del herbario. Rango de distribución natural de papas

Preservar especies de Solanum que producen tuberculos

• Cerca de 5,000 poblaciones y 150 especies mantenidas como semilla botánica. • Materiales originales colectados de sus habitats y otros donados por bancos y colectores. • Variedades, mantenidas clonalmente in vitro, tanto extranjeras como domésticas (cerca de 900) • Stocks genéticos y poblaciones usadas en investigación generadas por nuestro personal o donadas por otros. • Datos ofrecidos en nuestra pagina web. …todo esto esta disponible gratuitamente

Caracterización • Datos del sitio de origen • Niveles de floramiento, vigor, madurez • Número de cromosomas y capacidad de cruce • Forma y color de los tubérculos

Preservación y Distribución (actividades anuales) •

Semillas son producidas en cobertores o invernaderos entrecruzando manualmente 20 plantas para cada una de 200 poblaciones.

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Cerca de 120 ordenes, un total de aprox. 9,000 paquetes de 57 semillas son enviadas a científicos nacionales y extranjeros.

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Transferencias clonales in vitro (cerca de 40,000) y distribuciones (~1500) son hechas.

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Apoyo en manejo de información y evaluación para enfermedades

1. Investigación en actividades de colección 2. Status y dinámica de diversidad genética en el banco (ej., la mejor preservación) 3. Evaluación de caracteres conocidos y nuevos

Especies silvestres del Sudoeste de EEUU para germoplasma, investigacion y mejoramiento

Especies silvestres en EEUU ? ?

jamesii y fendleri (stoloniferum)

Empezó en 1992 con el liderazgo de Alberto Salas del CIP

Años recientes en SE Arizona --Santa Catalinas, 2009 --Pinalenos, 2008 --Guadalupes, 2007 --Rincons, 2006 --Huachucas, 2005 --Chiricahuas, 2004

Comparaciones con germoplasma relacionado

Colecciones de EEUU se asocian con “fendleri” …125 fen de EEUU comparadas 378 en total de poblaciones LON

Colecciones de EEUU~125

% 2007

% 2008

% 2009

Promedio

Parecidas a “stoloniferum” (W)

0%

0%

0%

0%

Parecidas a “polytrichon”

0%

0%

0%

0%

Parecidas a “stoloniferum” (P)

0%

2%

0%

1%

Parecidas a “fendleri”

99%

95%

100%

98%

Imposible de clasificar

1%

1%

0%

1%

fendleri de EEUU tuberiza con más consistencia (excepto cuando es comparada con polytrichon) 100%

1

0

0

31

29

90% 80%

0 25

1 6

21

70% 60% 87 50%

93

40% 69

30%

tub = 0 32

12

0% USA fen

Mex fen

hjt

tub =1

79

71

20% 10%

tub = 2

43

plt

pta

sto

colecciones de EEUU – caracteres útiles • Resistencia a nemátodos • Alto contenido de antioxidantes • Dormancia extrema en tubérculos

…usando marcadores de ADN

Son las re-colecciones iguales? (no) Han cambiado las poblaciones debido a preservación en el banco? (no) Los patrones eco-geográficos predicen diversidad? (no usualmente) Hay diferencias genéticas entre colecciones hechas a partir de tubérculos vs semillas? (si) Hay diferencias genéticas entre sitios “fáciles” y “remotos”? (si)

Un ejemplo de …

Investigación en actividades de colección Son las muestras“faciles” colectadas cerca de pistas buenas representantes del rango geográfico, o es posible capturar más diversidad en sitios “remotos” solo alcanzados haciendo largas caminatas?

Tres rangos geográficos Cerca a Tucson, Arizona Sitios “fáciles” versus “remotos” fueron comparados con AFLPs

Colectando fendleri en Miller Peak, Huachucas, 3153 m

Resultados: Los sitios no presentaron proporciones equivalentes de alelos únicos

Resultados: Sitios mostrando más alelos únicos en total CHI r alleles 1%

5%

12%

HUA e alleles 14% 11% 8%

14%

RIN e alleles

CONCLUSION: Muestreo más exhaustivo fue llevado a cabo en RIN “fácil” (Santa Catalinas), en Setiembre del 2009

Porqué? Debido a que POBLACIONES ORIGINADAS DE SEMILLA involucran muestreo en colección, incremento de semilla, y evaluación

Marcadores de ADN nos ayudan a detectar donde la diversidad ha sido perdida

…usando marcadores de ADN

La selección involuntaria de plantas para ser usadas como parentales en el incremento de semillas causa deriva genética? No.

…usando marcadores de ADN

Son idénticas las accesiones duplicadas en bancos diferentes? No.

PERU

EEUU

RUSIA

…usando marcadores de ADN

La proporción desbalanceada de semillas durante regeneraciones representa un riesgo significativo de deriva genética? No.

• La mayoría de las plantas tienen número similares de frutos • No hay muchos alelos raros • No se puede controlar contribución masculina

…usando marcadores de ADN

Difieren mucho las especies de papa en sus niveles de heterogeneidad dentro de poblaciones y, por lo tanto, tienen potencial para errores de muestreo? Si

…usando marcadores de ADN

Pueden RAPDs determinar eficientemente la taxonomia y valor único de poblaciones sin identificación? Si.

La accesión “Misteriosa” es sucrense y es diferente de otras en el banco

Porqué es tan importante en papa? • Alta demanda de aditivos (agua, nutrientes) • Altos costos de protección (pestes, enfermedades) • Alto potencial de pérdida post-cosecha (calidad de tubérculos) • Cultivo de alto valor • Alto consumo per capita (distribución efectiva de nutrientes) • Amplia disponibilidad de recursos de germoplasma • Muchos profesionales en papa como colaboradores

Colaboraciones del banco con especialistas Entomologia Patologia

Genetica

Germoplasma Nutrición

Fisiol / Bioquim

Horticultura


Identicar los extremos, expresión pura
Hacer una segregante F2 para genética y fisiologia
Cruzar dentro de formas adaptadas
Usar especies de tuberosum fáciles de cruzar

Una especie que es excelente para varios caracteres en tubérculos
Bajo pH
Alto calcio
Alta proteina
Alto antioxidante
Resistencia a pudrición blanda
Resistencia a tizón tardio
No verdeamiento bajo luz

Antioxidantes (muchos beneficios)

S. phureja, microdontum, spegezzinii

Inhibidores de proteinasas (anti-obesidad y anti-cancer)

tomatine (anti-cancer)

Solanum okadae

potasio (anti-derrame)

Solanum phureja promisoria en evaluaciones preliminares

giberelina (impacto en varios caracteres económicos) Solanum andigena GA clon recesivo deficiente (izq) y normal (derecha)

“crazy sepal” (“sépalos locos”) es un mutante floral (totalmente esteril)*

Solanum microdontum (recesivo solo produce sépalos) *previene escapes transgénicos

híbridos generados a partir de las dos especies silvestres mas tolerantes a heladas (cmm y acl) combinada con cultivares tempranos de tuberosum S. tuberosum cultivar (sensible pero buenos tubérculos)

S. commersonii (tolerante pero tubérculos pequeños)

S. acaule (tolerante pero tubérculos pequeños)

Actividades del banco estáan enfocadas en proveer las herramientas genéticas para enfrentar las necesidades cambiantes del cultivo: • • • • • • •

Mas calidad Mas beneficios económicos Mas salud Menor cantidad de aditivos Menor impacto en el medioambiente Mas resistancia a enfermedades y estrés Mayor competitividad en el mercado