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La selección en la vid
• Los métodos clásicos: selección clonal, cruzamientos (inter o intraespecíficos) y los métodos de manipulación cromosómica y mutagénesis Biotecnología:
ingeniería genética
Selección masal Origen en la denominada selección tradicional. Se tiende a mejorar la producción partiendo de cepas cuyo valor cultural parece superior al de otras cepas. Se hacen registros de la plantación (peso de la vendimia, número de racimos, estado de los racimos y vigor aparente de la cepa, infertilidad o esterilidad, distinguir medio de cultivo de cualidades intrínsecas de la planta, síntomas de degeneración). Recomendable en dos casos: a) en el cuadro nacional, cuando se trata de paliar lo más rápido posible la extensión de una enfermedad b) en el cuadro de una explotación privada, para ubicar la plantación en su sitio ideal
Selección clonal Objetivo:
aislar y estudiar los clones del cultivar La selección clonal se emparenta estrechamente con la Ampelografía. Es el único método de mejora hecho en vid. Caracteres seleccionados: contenido de ciertos compuestos como polifenoles, antocianos, azúcares, agua, hormonas que controlan la maduración, aminoácidos, parámetros cuantitativos como número y peso de las uvas, y la expresión de mecanismos de defensa frente a patógenos y plagas.
1º Aislamiento de clones:
Prospección detallada:
• Cada cepa es seguida con atención desde la brotación hasta la caída de la hoja. • Las cepas que presentan caracteres señalables son enseguida multiplicadas y estudiadas separadamente. • Método lento pero ha dado resultados muy interesantes.
Prospección amplia:
Considera los datos relativos a la geografía botánica histórica. • La selección debe estar precedida de un estudio previo de la ampelografía histórica, estudio que será a menudo incompleto e hipotético, pero que permitirá operar con mucha más certeza para detectar, los principales clones que componen el cultivar.
MEJORA GENÉTICA EN VITICULTURA
Selección por cruzamientos • Objetivo: mejora de una variedad transfiriéndole un carácter procedente de otra variedad. • Método: retrocruzamientos entre la línea donadora y la variedad útil ya existente (parental), seleccionando el carácter deseado en cada generación. El carácter a transferir debe identificarse fácilmente en los sucesivos retrocruzamientos.
MEJORA GENÉTICA EN VITICULTURA
Mejora por manipulación cromosómica • POLIPLOIDES : • 3N • 4N
MEJORA GENÉTICA VEGETAL EN VITICULTURA
• Operaciones: – Comprobar el momento en el que la flor tiene las anteras a punto de estallar: es el estado ideal para la fuente de polen. – Hacer lo mismo para la receptividad del estigma de la flor que va a ser polinizada. – Castración – La polinización. Cuando el estigma esté receptivo, se aplica sobre él el polen de la planta masculina, forzando el contacto, y proteger la flor. – Trabajar en condiciones controladas – Realizar siembras escalonadas para asegurar que solapen los periodos de floración de macho y hembra – Casos especiales. En formas androestériles o absolutamente autoincompatibles la polinización se realiza sin castrar.
• Obtención de semillas: máximo cuidado en la identificación, manejo y conservación hasta su siembra
Principales caracteres que condicionan la calidad y la cantidad en la vid:
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El tipo floral Color de la piel Apirenia Tamaño y forma de la baya Consistencia de la pulpa Sabor de la baya Época de maduración Tamaño del racimo Otros caracteres morfológicos y fisiológicos
MEJORA DE LA RESISTENCIA DE LA VID A ENFERMEDADES Y PLAGAS
MUTACIONES Y MEJORA
La mutación es la base de la variabilidad genética (especiación y evolución) -Espontáneas (tasa baja: 10 -5-10-8) -Inducidas (Agentes químicos: 5-bromouracilo, naranja de acridina, gas mostaza, colchicina) (Agentes físicos: Raciaciones) (Agentes biológicos: transposones)
Mutagénesis dirigida • Sólo debe utilizarse este método cuando falta lo que se busca. • Las mutaciones inducidas pueden llevarse a cabo por agentes físicos, agentes químicos o agentes biológicos • La tasa de mutación mediante agentes físicos y químicos es mayor que la de agentes biológicos pero a cambio, estos se llevan a cabo de forma más específica, ya que permite introducir genes nuevos.
Ingeniería genética
• Manipulación de genes. Se recomienda para acortar la duración del proceso clásico de cruzamiento y selección • Inconvenientes: – Modificación de otras cualidades – Problemas de expresión del gen introducido. Poligenes – Planta transgénica
• Técnicas: – Fusión protoplastos – Transformación con A. tumefaciens (Plasmido Ti) – Cañón de ADN
Métodos de ingeniería genética • Transferir genes entre especies que no pueden cruzarse naturalmente • Recomendado para acortar la duración del proceso • No útil para caracteres cuantitativos
Técnicas: • Fusión de protoplastos • Cañón ADN (biolística) • Transformación con A. tumefaciens: plásmido Ti
CLONACIÓN DE GENES
Algunos ejemplos de mejora a) Botrytis cinerea b) Filoxera (Daktulospharia vitifoliae) c) Nematodos d) Mildiu (Plasmopara vitícola) e) Oidio (Uncinula necator)
a) Botrytis cinerea Interacciones H-P: • Vid:β-1-3-glucanasa. Hongo: lacasa y catalasa. • Vid: fitoalexinas y catequinas. • Vid: resveratrol (estudios sobre el gen BcatrB de Botrytis cinerea). • Vid: actividad poligalacturonasa (PI 5,5), en presencia de Botrytis, su isoforma ácida (PI 3,3). • En cultivos celulares de Merlot, Chardonnay y Pinot noir se ha experimentado la introducción del gen de la quitinasa que degrada la pared celular de hongos como Botrytis (la mejora no depende de un solo gen).
b) Filoxera (Daktulospharia vitifoliae) • Uso de portainjertos • Cruzamientos (HPD) • Estudios con vides resistentes y tolerantes, en ensayos de campo y mediante cocultivo con A. rhizogenes.
c) Nematodos (Xiphinema index ) •
Vitis rodundifolia es resistente al nematodo Xiphinema index y filoxera,
pero no es posible el uso como potainjerto por su incompatibilidad con V vinifera, por su pobre enraizamiento, y por la alta susceptibilidad a clorosis. •
Estudios de hibridación entre: V vinifera (2n=38) x V. rotundifolia (2n=40)
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Retrocruzamiento prueba de F1 x V. vinifera (Su descendencia presenta ciertas características de ambos parentales que lo hacen adecuado para su uso como Pi, es resitente a Xiphinema y filoxera y tiene bastante compatibilidad con el injerto de vinífera)
d) Mildiu (Plasmopara vitícola) • Necrosis de estoma (herencia monogénica N/n)
• Limitación de expansión del micelio por herencia poligénica (quitinasas, celulasas, poligalacturonasas,...) • Expresión de genes de quitinasa en frutos y hojas de vid (Pinot noir ) ante presencia de hongos.
e) Oidio (Uncinula necator) •
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Resistencia total de la vid al oidio debida al gen Run 1, presente en
V. rotundifolia (provoca necrosis de estomas) Transferencia del gen desde V. rotundifolia a V. vinifera mediante técnicas clásicas de cruzamiento y selección durante 25 años. Se
concluyó que la resistencia era debida a la presencia de un solo gen, y la susceptibilidad debida a ausencia de un solo gen. Se ha secuenciado el gen y se ha introducido a través del plásmido Ti en un cocultivo de A tumefaciens con células de Cabernet-S y Chardonnay. Resultados: resistencia total a oidio, parcial al mildiu y se han mantenido las características organolépticas del vino.
¿Qué futuro le espera a la mejora genética de la vid? • Uso prometedor de marcadores: -Posibilidad de diagnosticar características vitícolas importantes ( como R a enfermedades) en las primeras etapas de los cruzamientos -Identificación rápida de otros genes importantes desde pto de vta agronómico Transferencia génica como mejora de rasgos puntuales de variedades Cambio de escenario geográfico en el tema vitivinícola
LA NUEVA GENÉTICA: GENÓMICA PROTEÓMICA METABOLÓMICA
Caracterización mediante DNA-microarrays 1
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APLICACIONES DE LA GENÓMICA A LA MEJORA GENÉTICA DE LA VID • Son aproximaciones globales al estudio de la estructura y función de los genomas (genómica) • El análisis genómico es en la actualidad la estrategia más eficiente para generar información biológica en sistemas complejos. • Creación del International Grape Genome Program. • Este programa tiene como objetivos generales: • 1. El descubrimiento de todos los genes del genoma de la vid, • 2. La identificación de las secuencias responsables de los caracteres de mayor relevancia agronómica en este cultivo • 3. El desarrollo de aplicaciones de la información genómica en viticultura. • Este Programa no cuenta con fondos propios para financiar la investigación en genómica de la vid. Sin embargo, trata de promover las iniciativas nacionales y supranacionales de investigación en el genoma de la vid y demarcar objetivos y marcos de referencia que eviten solapamientos y aceleren la diseminación de la información (www.vitaceae.org).
GENÓMICA DE LA VID En España: • 1. Iniciativas están financiadas por el INIA, a través de su Plan de Proyectos Estratégicos • 2. Fundación Genoma España en su programa de colaboración bilateral con Genoma Canadá. • La primera iniciativa pretende el desarrollo de herramientas básicas en genómica de la vid: construcción de genotecas de BACs y de ESTs y de progenies segregantes para el análisis funcional. A nivel biológico, este proyecto se centra en el estudio del desarrollo reproductivo, desde la inducción de la floración hasta la antesis, utilizando como sistema la variedad Tempranillo. • La segunda iniciativa pretende también el desarrollo de herramientas de análisis molecular y funcional, pero se centra en el proceso de desarrollo y maduración del grano de uva en la variedad de uva de mesa, Moscatel de Hamburgo.
