A pesar de su importancia mundial y de su amplia base genética, la diversidad genética del germoplasma de maíz que suele utilizarse en programas de mejoramiento genético para desarrollar variedades es relativamente reducida, teniendo en cuenta la amplitud de la diversidad en el acervo genético primario del maíz.

Antonio Hernández y Oscar Osorio del banco de germoplasma de maíz de CIMMYT midiendo el peso de cosecha en la estación experimental de CIMMYT en Agua Fría. ©2012 (CIMMYT)

Los bancos de germoplasma del mundo albergan muchas decenas de miles de variedades nativas y cada una de ellas representa una población de individuos genéticamente heterogéneos. Éstas han sido utilizadas y en países como México, siguen siendo utilizadas por pequeños agricultores. Los bancos de germoplasma también conservan varios centenares de muestras de semilla de maíces ancestrales y de parientes silvestres (especies de teosinte y Tripsacum). Juntas, estas colecciones representan la herencia genética del maíz y posiblemente contengan un gran número de genes, alelos y haplotipos sin descubrir que todavía puedan aprovecharse para el mejoramiento del maíz.

En el componente de maíz de SeeD exploramos sistemáticamente la riqueza genética de estas colecciones a fin de facilitar la ampliación de la base genética de programas de mejoramiento genético del maíz. Trabajamos con cuatro objetivos interrelacionados, cada uno con un grupo de productos bien definidos::

• Objetivo 1: Construir un atlas molecular del maíz. Hemos desarrollado un método de genotipificación por secuenciación (GBS por sus siglas en inglés) que utiliza mezclas de hojas de diferentes plantas para cuantificar simultáneamente las distancias genéticas entre, y los parámetros de diversidad dentro de poblaciones de individuos que son genéticamente heterogéneos. La transición de huellas genéticas (de SNP y PAV) generadas a partir de plantas individuales, hacia las que se generan a partir de muestras representando poblaciones enteras hace posible caracterizar sistemáticamente hasta 40.000 accesiones criollas, líneas avanzadas y parientes silvestres. Los perfiles genómicos resultantes, junto con los enlaces a los datos de pasaporte, de caracterización y evaluación de accesiones, se representarán en un “Atlas Molecular del Maíz” que se publicará como parte del Catálogo SeeD de Maíz.

• Objetivo 2: Identificar alelos de efecto grande que contribuyen a la tolerancia a estrés y la calidad de grano para usos culinarios tradicionales. Ciertas accesiones criollas, en particular las de una colección recientemente fundada por la Comisión Nacional para el Conocimiento y el Uso de la Biodiversidad (CONABIO) y algunas de la colección conservada en el CIMMYT, tienen buenos datos geográficos y datos sobre usos tradicionales. Como parte de este objetivo de la estrategia de maíz, seleccionaremos accesiones a partir de los datos ambientales o de uso, para buscar alelos beneficiosos de gran efecto, caracterizando a nivel de accesión, (a) la tolerancia al calor o la sequía de accesiones de ambientes extremos o (b) caracteres de calidad de grano de importancia para selectos usos culinarios. Además, se evaluará una nueva población con fragmentos genómicos introgresados de accesiones de teocintle como fuente complementaria de alelos de gran efecto.

• Objetivo 3: Identificar alelos de efecto pequeño para caracteres con arquitectura genética compleja. La mayoría de los caracteres de relevancia para el mejoramiento genético del maíz son caracteres genéticamente complejos y cuantitativos. En este objetivo de la estrategia de maíz aspiramos identificar alelos de pequeño efecto y haplotipos de accesiones criollas que contribuyan a este tipo de caracteres (p. ej., tolerancia al calor y la sequía). Hemos desarrollado una población de más de 4.000 progenies de cruzas de prueba, derivadas de accesiones de la colección núcleo del CIMMYT. Solo se cruzó un individuo por accesión, ya que se espera que los haplotipos estén replicados entre las distintas accesiones. Los participantes de SeeD han estado evaluando las progenies en múltiples estaciones experimentales, situadas en las diferentes zonas agroecológicas de México. Al mismo tiempo, se han generado perfiles genómicos de ultra alta-densidad a través de métodos de genotipificación por secuenciación (GBS). Los datos fenotípicos y genotípicos se combinarán para un estudio de predicción genómica y asociación del genoma completo, a fin de identificar accesiones prometedoras y alelos o haplotipos que contribuyen a caracteres cuantitativos.

Equipo de fenotipficación de maíz. Primera fila (de izquierda a derecha): Gerardo Pastrana, Eric Ramírez, Jonadad Rivera, René Espinosa, Leandro Coronado, Ulises García, Pedro Velázquez, Plácido Aguilar; segunda fila (de izquierda a derecha): Adrian Malpica, Daniel Chepetla, Karina Rodríguez, Javier Pérez, Armando Guadarrama, Miguel Heredia, Maria Elena Campos, Martha Willcox, Paulina Vargas, Javier Rodríguez, Juan Francisco Balcázar, Aron Martínez, Enrique Rodríguez. ©2012 (CIMMYT)

• Objetivo 4: Desarrollar “germoplasma puente” para maíz. El objetivo final aprovecha y combina los resultados de los primeros tres para desarrollar nuevas líneas de maíz con alelos de gran efecto incorporados por introgresión de accesiones criollas o de teocintle, además de poblaciones o líneas enriquecidas con alelos beneficiosos de efecto pequeño, derivadas de ciclos rápidos de cruzamiento bajo selección genómica o fenotípica. Los dos tipos de “germoplasma puente” se pondrán a disposición de los mejoradores del maíz, junto con información sobre asociaciones entre marcadores moleculares y caracteres importantes, o con los valores de cría genómicos (GEBV por su sigla en inglés), a fin de facilitar la incorporación de alelos exóticos útiles en los programas de mejoramiento.

Con el fin de estimular la innovación y la minería de datos, se publicarán todos los datos generados e información sobre atribución en el Catálogo SeeD de Maíz después de un periodo de reserva de no más de 24 meses (para dar la oportunidad a quienes han generado los datos, de publicar artículos en revistas científicas para agregar valor a los datos).

Para obtener más información, escríbanos a: seed@masagro.org