Fundamentos

Los estudios de mejoramiento genético forestal surgen a partir de responder tres preguntas:

  • ¿Existe variación en el fenotipo de interes?
  • ¿Es dicha variación heredable?
  • ¿Cuál es el potencial de mejora? (selección)

En consecuencia, algunos métodos que permiten responder a dichos planteamientos son:

  • Las estrategias de Mapeo Genético (GWAS) permiten comprender la base genetica de los caracteres.
  • La Selección Asistida por Marcadores (MAS) moleculares permite optimizar la selección de plántulas en etapa de vivero.
    • Single Nucleotide Polymorphism SNP
  • Selección Genómica (GS) promete acelerar la selección recurrente de plantaciones superiores.

Genética general

Modelo Mendeliano

El modelo Mendeliano contempla los principios de:

  • Principio de la uniformidad híbrida F1 (Ambos padres son homocigotos,puros).
    • La frecuencias alelicas de cada variante esta representada en 1/2.
  • La segregación independiente de alelos en un mismo locus.
    • Se presenta a partir de la segunda generación hibrida F2. La frecuencias de los materiales f(fenotipo) es 3 a 1
  • La distribución independiente de alelos de loci distintos.
    • 2 loci con 2 alelos, cada alelo segrega independientemente (1/2).
  • La dominancia de alelos.

    • En estado heterocigoto se puede enmascara uno de los alelos (recesivo)

      Problabilidad de segregacion de los alelos

Modelo de Hardy-Weinberg

Este modelo es en esencia una extension del Mendeliano en una población idealizada. Los supuestos de una población idealizada son:

  • Reproduccion aleatoria = Panmixia
  • Ausencia de selección. (- diversidad)
  • Ausencia de mutación. (+ diversidad in situ)
  • Ausencia de migración. (+ diversidad ex situ)

A nivel poblacional se logra simplificar las frecuencias de los genotipos a traves de un binomio.

Excepciones

Al principio de la dominancia

  • Dominancia incompleta: El heterocigoto tiene un nuevo fenotipo

  • Co-dominancia: El heterocigoto revela ambos fenotipos.

  • Efectos aditivos: El heterocigoto es resultado de la sumatoria de los efectos de los alelos.

Heterosis la aptitud de las poblaciones hibridas es mayor a las poblaciones parentales.

  • Proceso de Dominancia: Los alelos recesivos son enmascarados, resultado del incremento de la heterogosidad producto de la hibridación.
  • Proceso Sobredominancia: La aptitud del hidrido es el resultado de la sumatoria de alelos que coinciden en los hibridos.
Al principio de distribuccion independiente

  • Ligamiento fisico: Los loci no son independientes, estan muy cercanos en el cromosoma

  • Estructura poblacional: Poblaciones sin panmixia

  • Epístasis: El fenotipo esta dado por varios loci y la interaccion entre ellos

Genética cuantitativa

Modelado por una distribuccion normal.

Quantitative Trait Loci QTL

Causas

  • 1 : Fenotipo depende de varios loci (rasgos poligenicos).

  • 2 : Norma de Reacción (efecto ambiental).

Estimación heredabilidad

La proporcion del fenotipo de podemos atribuir a componentes aditivos la llamamos heredabilidad (h2).

  • 1 : Regresión F0 vs F1 esta dada por el Fenotipo promedio de los padres vs su progenie (h2 = m).

  • 2 : Selección truncate.

  • 3 : Modelo Animal, modelo mixto con dos tipos de efectos (fijos y aleatorios):

    \[ Yi = XBi + Zai + ei \]

Yi = vector fenotipos observados

Bi = vector efectos fijos

ai = vector efectos aditivos

ei = vecto efectos residuales

X y Z matrices de incidencia

Varianza

Aditiva: \[VA = Var(ai)/ M \]

Residual: \[ Ve = Var(ei)/ I \]

M = matriz marcadores moleculares, analisis de paternidad

I = matriz identidad

\[ h2 = VA / (VA + Ve) \]

Valores de cria : yi*h2

(potencial de que cada individuo herede el rasgo)

Mejoramiento clásico forestal

Metodos intraespecificos

Plus Tree

Se observan propiedades elite o propiedades adataptivas superiores (arboles superiores) y se seleccionan a partir de su varianza genetica y varianza ambiental.

Es decir se comprueba que nuestro fenotipo de interes es heredable.

Configuracion: seleccion, ensayo progenie y propagacion (sexual o clonal).

Los valores de cria (yi*h2) ylas pruebas de progenie en distintos ambientes permite seleccionar arboles promisorios.

Selección Masal

Seleccion a nivel poblacional.

Se configura en seleccion, ensayo, cruzamiento y ensayo (seleccionados y de cruzamiento).

La ganancia genetica es inversamente proporcional a la diversidad genetica.

Para minimizar la perdida de diversidad genetica se realizan las infusiones.

La forma multivariada de la ecuacion de mejorador constituye el core de las seleccion masal

Clonal

Se utiliza para fijar la variacion del fenotipo de interes en una forma mas eficiente que cualquier metodo sexual.

Ademas, se tranmiter efectos no solo aditivos sino tambien epistaticos (interacion y dominancia)

Apalanca las ganancias geneticas pero compromete la diversidad genetica

Metodos interespecificos

Hibridos

Se introduce variacion interespecifica

Consecuencias hibridacion:

  • Heterosis (dominancia y sobredominancia)

  • Depresion hibrida (mal adaptacion e incompatibilidad)

La produccion de hibridos puede controlar la endogamia en poblaciones mejoradas o potenciar la heterosis usando el hibriso como poblacion base

Retro cruzamiento

Es tomar un hibrido producido y cruzarlo con el parental.

Este metodo ofrece un esquema idoneo que permite introducir nuevas propiedades a los genotipos elite desde materiales exoticos

Porta injertos

Deseable para clonacion, tolerancias, precocidad, enanismo e incluso produccion, pero introduce el reto de estudiar la interaccion de dos genotipos distintos

Ensayos y diseños de mejoramiento

Las poblaciones base y seleccionadas requieren de ensayos geneticos, los cuales pueden ser de pedigree incompleto o pedigree completo

En los ensayos de pedigree incompleto a lo sumo se conoce uno de los padres (polinizacion abierta o mezcla de polen) o ninguno (colecta de semillas). Los ensayos on

Por su parte, en los de pedigree completo se conocen ambos padres en incluyen. Los ensayos para especies dioicas cruzamientos pareados,factoriales y anidados, para monoicas dialelos completos, mitad o parciales

Conservación de acervo genético

Flujo genetico

  • Indice de fijacion (Fst): Marca la diferenciacion entre poblaciones

\[ Fst = (He-He,s)/ He \] \[ He = 2fGfA \] \[ He,s = 0.5(He1 + He2) \] - Numero efectivo de migrantes por generacion (Nem): Inverso del Fst, marca la migracion de la poblacion

  • Tamaño efectivo poblacional: Derivado del Nem, minimo numero de individuos que permite almacenar la variacion genetica de la poblacion.

  • Indice de endogamia (Fis): Analogo al indice Fst, permite calcular el grado de parentesco entre individuos.

  • Diagramas de barra y modelamiento de genealogia ( mucho mas alla del pedigree comun, ayuda a entender la genetica del paisaje)

Flujo genetico asistido

Es esencial para mantener el potencial adaptativo de conservaciones in sutu con poco flujo genetico frente al cambio climatico a traves de gradientes latitudinales y altitudinales.

Un peligro latente de esta tecnica es la depresion hibrida por mal adaptacion.

Marcadores moleculares

Facilitan la seecuenciacion de genomas y el hallazgo de la variacion genetica en especies forestales.

Marcadores moleculares en ADN, mARN y epigenetica (histonas y nucleosomas)

Marcadores SNP(bialelicos) y SSR(multialelicos) son apetecidos para mapeo genetico y estudios poblacionales por ser abundantes y polimorficos respectivamente.

La genotipificacion de marcadores SNP en especies forestales son WGS, GBS y ESTs.