Biología Molecular

Programa de Biología Molecular de ASD

Introducción

foto3

ASD Costa Rica (Agricultural Services & Development) es una compañía que desarrolla tecnología para el cultivo de la palma aceitera. Las variedades de semillas certificadas y los clones para siembra a altas densidades de ASD son comercializados en las regiones tropicales e intertropicales de Asia, África y América.

ASD tiene más de 450 hectáreas sembradas con ensayos de campo en la región sur de Costa Rica, en donde está una de las más diversas colecciones de germoplasma de palma aceitera en el mundo. Las primeras introducciones de germoplasma se hicieron en 1928; sin embargo, el programa de mejoramiento genético se intensificó y consolidó a partir de 1975. Algunos logros importantes de este programa han sido el desarrollo de seis variedades comerciales para siembras en condiciones normales para el cultivo, dos variedades para zonas con condiciones extremas, tres variedades de alta densidad y un hibrido OxG excepcional.

Históricamente, el programa de mejoramiento de la palma aceitera de ASD ha utilizado los métodos clásicos de mejoramiento genético, los cuales requieren de extensiones grandes para los experimentos de campo y de periodos largos de tiempo para evaluar el comportamiento de cada nueva generación de palmas. No obstante, los avances notables de la biología molecular, permiten la identificación de genes y sus funciones; lo cual da la oportunidad de realizar un mejoramiento genético más efectivo y rápido.

El programa de biología molecular de ASD se inició en en el año 2006, con el objetivo de emplear y desarrollar herramientas de la biología molecular tales como los marcadores genéticos y la secuenciación, para asistir el programa de mejoramiento genético. La idea es complementar y de ser posible, eventualmente sustituir los métodos de evaluación y selección genotípica. Los diferentes proyectos que ASD contempla para el desarrollo de nuevas variedades con la ayuda de la biología molecular se describen a continuación.

“Gen Compacto” para aumentar la densidad de siembra

foto4

El término 'palma compacta' se ha usado para caracterizar palmas que presentan una tasa de crecimiento del tronco lenta y hojas cortas. Estas palmas puedenser plantadas a mayor densidad y permiten la prolongación de la vida económica de la plantación.

En 1966, ASD identificó una palma proveniente de un híbrido (E. oleifera x E. guineensis) polinizado naturalmente con polen de E. guineensis (polinización abierta). A esta palma (E. oleifera x E. guineensis) x E. guineensis, con tronco y hojas cortas y una composición de ¾ de genes de E. guineensis y ¼ de genes de E. oleifera , se la llamó la palma compacta original (PCO). Se cree que el carácter compacto de la PCO fue adquirido del padre E. oleifera.

En este proyecto se pretende asociar marcadores genéticos con caracteres cuantitativos (QTLs) como el crecimiento compacto mediante el desarrollo de un mapa de ligamiento. Esta identificación permitirá la manipulación de este carácter dentro del germoplasma de ASD. Con el uso de variedades y/o clones compactos, la productividad de aceite por hectárea podría ser incrementada en 30% o más.

Identificación se los genes dura, ténera y pisífera

En palma aceitera existen tres tipos de frutos: dura, tenera y pisífera; los cuales difieren en el grosor del cuesco (endocarpio) y en el contenido de mesocarpio. Las frutas tipo dura tienen cuesco grueso, mesocarpio delgado y relativamente poco aceite. Las frutas pisífera no tienen cuesco y la mayoría de palmas con esta característica son naturalmente estériles, por lo cual no tienen importancia económica. Las frutas ténera tienen un cuesco delgado y un mesocarpio grueso con alto contenido de aceite (superior a 25%).

La característica del grosor del endocarpio es gobernada por un par de genes con herencia intermedia. La identificación de palmas dura, tenera y pisífera con marcadores genéticos en la etapa de vivero (sin tener que esperar varios años para verificar el tipo de fruto) permitirá sin duda ahorrar tiempo y reducir los costos de investigación.

Gen 'virescens' para mejorar la eficiencia de la cosecha

Un cambio de color está asociado con la madurez de los frutos de la palma de aceite. Por consiguiente, ese cambio de color es uno de los indicadores normalmente usado para identificar los racimos maduros y con el maximo contenido de aceite. Sin embargo, este indicador no siempre es claro en los racimos con frutos nigrescens (de color negro cuando están inmaduros), en donde el cambio de color que indica la madurez óptima puede ser muy tenue; lo cual conduce a cosechar racimos que no han acumulado el máximo de aceite.

Una alternativa para mejorar la eficiencia de la cosecha es la creación de variedades con frutas virescens; las cuales son de color verde brillante cuando están inmaduras y cambian a anaranjado intenso cuando maduran; lo cual los hacer fácilmente reconocibles, evitándose de esta forma la cosecha de racimos inmaduros.

Baja dehiscencia en los racimos para reducir pérdidas de cosecha

foto5

Los frutos de la palma aceitera se desprenden naturalmente del racimo cuando maduran. Debido a que el proceso de maduración de diferentes frutos es gradual, y pueden pasar más de 10 días desde que las primeras frutas se desprenden, hasta que las últimas están maduras, es difícil cosechar los racimos con un grado óptimo de madurez. Además, debido a la dehiscencia, se deben colectar a mano los frutos sueltos que caen al suelo, lo cual aumenta los costos de cosecha significativamente.

Se estima que si los racimos maduraran sin desprendimiento de frutos, la producción de aceite podría incrementarse en 20-25%. Afortunadamente, existen palmas mutantes con racimos sin abscisión; en donde los frutos maduros permanecen adheridos al racimo. La genética de esta característica aún no es conocida; sin embargo, ya se está trabajando en ello mediante cruces particulares.

El problema que presentaría un racimo maduro sin desprendimiento de frutos, es que su madurez no podría juzgarse por la presencia de frutos en el suelo. Sin embargo, esto puede ser resuelto fácilmente con la introducción simultánea del gen virescens descrito con anterioridad. ASD ha identificado palmas y familias que tienen racimos con baja o ninguna dehiscencia de frutos maduros (racimos duros). Estas palmas podrían ser clonadas o usadas para transmitir la característica de baja dehiscencia a sus progenies.

foto6Legitimidad de clones

El uso de clones en plantaciones comerciales es una realidad viable debido a los avances en la tecnología de cultivo de tejidos; la cual permite reproducir miles de ramets. Genéticamente, los clones deben ser copias idénticas de las palmas donadoras de tejido (ortets), con el fin de reproducir su potencial genético. La verificación de que los clones poseen la misma carga genética del ortet (huella genética) es importante como garantía en la comercialización de los clones.

Modificación de la composición química del aceite

El aceite de palma tiene un contenido relativamente alto de ácidos grasos saturados, principalmente ácido palmítico (45-58%). La alteración de la composición del aceite para hacerlo más líquido e incrementar su contenido de ácido oleico mejoraría el valor de este producto. Este objetivo se puede lograr identificando marcadores moleculares particulares en individuos con alto contenido de aceite insaturado en las poblaciones de Elaeis guineensis, Elaeis oleifera y sus híbridos, para producir clones o variedades con alto contenido de oleína. Eventualmente se podría cambiar la composición del aceite con la ayuda de la ingeniería genética.

Asociaciones genéticas entre las diferentes fuentes de germoplasma

El conocimiento de las distancias genéticas entre el germoplasma de diferentes orígenes puede ser de utilidad para asociar materiales genéticos de origen similar y manipularlos como una población única, para así reducir la cantidad de materiales a evaluar en el proceso de desarrollar y mejorar nuevas variedades. Además, los costos de mantenimiento y toma de datos se reducirían al manejar menos poblaciones.