Genética de Poblaciones y Mejoramiento Genético

Conceptos Básicos

Fenotipo (P): Es la expresión observable de un individuo, determinada por la interacción entre su genotipo y el ambiente.

Genotipo (G): Conjunto de genes que controlan un carácter específico.

Ambiente (A): Factores externos que influyen en la expresión de los genes.

Genética Cualitativa (Monogénica/Oligogénica)

Estudia características determinadas por uno o pocos genes mayores, cuya expresión no es influenciada significativamente por el ambiente. Permite predecir la distribución fenotípica (ej. resistencia a enfermedades).

Genética Cuantitativa (Poligénica)

Estudia características influenciadas por múltiples genes menores (poligenes) con efectos individuales pequeños. El ambiente tiene un impacto marcado, dificultando la predicción de la distribución fenotípica (ej. rendimiento de semillas, altura, peso).

Diferencias entre Genética Cualitativa y Cuantitativa

Heredabilidad

Parámetro que indica el potencial de mejora genética de una población. Se define como la proporción de la varianza fenotípica (σ²p) atribuible a la varianza genotípica (σ²g).

h² = σ²g / σ²p

Componentes de la Heredabilidad

Varianza Fenotípica (σ²p):

σ²p = σ²g + σ²e + σ²ge

• σ²g: Varianza genética
• σ²e: Varianza ambiental
• σ²ge: Varianza de interacción genotipo-ambiente

Varianza Genética (σ²g):

σ²g = σ²a + σ²d + σ²i

• σ²a: Varianza aditiva (suma del efecto de genes individuales)
• σ²d: Varianza de dominancia (desviación de la heterocigosidad)
• σ²i: Varianza epistática (interacción entre genes)

Varianza Ambiental (σ²e): Influencia del ambiente.

Varianza de Interacción Genotipo-Ambiente (σ²ge):

Diferencias fenotípicas por la interacción entre genotipo y ambiente.

Heredabilidad en Sentido Amplio (H²)

Considera solo la influencia genética.

H² = σ²g / σ²p

Heredabilidad en Sentido Estricto (h²)

Útil para predecir el éxito de la selección.

h² = σ²a / σ²p

h² = σ²a / (σ²a + σ²d + σ²e)

• h² alta: Respuesta rápida a la selección, alta correlación paterno-filial.
• h² baja: Respuesta lenta a la selección, alta variabilidad ambiental.

Genética de Poblaciones

Estudia la variación genética dentro y entre poblaciones, y las fuerzas evolutivas que la moldean.

Objetivos

Comprender los procesos que influyen en el conjunto génico (frecuencias alélicas y genotípicas).

Variabilidad

Base de la evolución. La magnitud de la variación genética influye en la capacidad de adaptación.

Conceptos Clave

• Población: Grupo de individuos que se reproducen sexualmente entre sí.
• Población Mendeliana: Población con reproducción sexual y fecundación cruzada que comparte un reservorio génico.
• Población Panmíctica: Apareamiento al azar.
• Conjunto Génico (Pool de genes): Suma de todos los genes en una población.

Frecuencias Alélicas y Genotípicas

Las frecuencias alélicas se refieren a los gametos, mientras que las frecuencias genotípicas se refieren a los individuos.

Cálculo de Frecuencias Genotípicas

f(Genotipo) = Número de individuos con el genotipo / N (total de individuos)

Ejemplo: f(AA) = Número de AA / N

Ley de Hardy-Weinberg

En una población grande, con apareamiento al azar, sin mutación, migración ni selección, las frecuencias alélicas y genotípicas se mantienen constantes.

Frecuencia de equilibrio: p² + 2pq + q² = 1

Consecuencias

• Sin cambios en las frecuencias alélicas, no hay evolución.
• En equilibrio, las frecuencias genotípicas dependen de las alélicas.

Apareamiento No Aleatorio (Endogamia)

Altera las frecuencias genotípicas, aumentando la proporción de homocigotos. La endogamia puede causar depresión por endogamia debido a la expresión de alelos recesivos deletéreos.

Fuerzas Modificadoras de las Frecuencias Alélicas

• Mutación
• Migración
• Tamaño de la población
• Selección

Tipos de Cultivar

• Variedad: Grupo de plantas con características similares que las diferencian de otras variedades.
• Cultivar: Material vegetal seleccionado para siembra comercial, con características uniformes y estables.
• Clon: Plantas genéticamente idénticas propagadas asexualmente.
• Líneas puras: Plantas homocigóticas.
• Híbridos: Plantas F1 resultantes del cruzamiento de dos líneas puras.
• Multilíneas: Mezcla de líneas puras similares que difieren en pocas características.
• Variedades sintéticas: Generación avanzada de cruzamientos entre genotipos seleccionados.

Sistemas de Reproducción

Alógamas (Heterocigotas)

Polinización cruzada. Ejemplos: maíz, alfalfa.

Efectos de la Alogamia

• Incrementa la variabilidad genética.
• Dificulta la selección de homocigotos.
• Permite la persistencia de genes nocivos recesivos.

Autógamas (Homocigotas)

Autofecundación. Ejemplos: trigo, soya.

Diferencias entre Alógamas y Autógamas

Vigor Híbrido (Heterosis)

Superioridad de la descendencia híbrida (F1) en comparación con los padres.

H_F1 = F₁ – (P₁ + P₂) / 2

Heterobeltiosis

Superioridad de la descendencia del cruzamiento de dos genotipos diferentes.

Mecanismos que Favorecen la Producción de Híbridos

• Androesterilidad
• Incompatibilidad

Condiciones para la Producción Comercial de Híbridos

• Heterosis suficiente
• Técnicas de cruzamiento masivo

Importancia de la Heterosis en el Mejoramiento de Plantas

Se explota en la obtención de cultivares híbridos (autógamas) y sintéticos (alógamas).

Capacidad Combinatoria (CC)

Capacidad de una línea para producir híbridos de alto rendimiento.

Tipos de Híbridos

• Híbrido simple: A x B = AB
• Híbrido de tres líneas: AB x C = ABC
• Híbrido doble: AB x CD = ABCD

Mejoramiento Genético de Plantas

Cambio intencionado en las frecuencias alélicas para obtener variedades superiores.

Objetivos

• Identificar genotipos superiores
• Incrementar la frecuencia de alelos favorables
• Desarrollar variedades con mayor rendimiento, resistencia y calidad

Variación como Fuente de Mejoramiento

• Mutación
• Hibridación
• Recombinación genética
• Selección

Mejoramiento Genético de Plantas

• Incrementar la producción y calidad
• Evaluar y aprovechar la variación natural

Incremento en la Producción Agrícola

• Mejorar prácticas agrícolas (fertilización)
• Resistencia a plagas y enfermedades
• Resistencia a factores externos
• Mejorar la calidad y valor nutritivo

Control de la Polinización

Importancia en el Fitomejoramiento

Conocer el modo de polinización (autofecundación o cruzada).

Mecanismos de Control

• Autogamia: Cleistogamia, Chasmogamia
• Alogamia: Androesterilidad, Incompatibilidad

Fases del Mejoramiento Poligénico

1. Generación de variabilidad genética
2. Selección de padres
3. Evaluación de materiales
4. Registro del nuevo cultivar

Sistemas de Reproducción: Autógamas vs. Alógamas

• Alógamas: Heterocigóticas, requieren diversidad genética.
• Autógamas: Homocigóticas, líneas puras.

Criterios para Escoger el Tipo de Cultivar

• Sistema de reproducción
• Modo de polinización
• Aprovechamiento de la heterosis
• Diversidad genética para control de plagas
• Estabilidad en la producción

Obtención de Variabilidad Genética

• Introducción de germoplasma
• Hibridación
• Mutación (somática, espontánea, inducida)
• Transformación genética

Esquema de Mejoramiento en Plantas Autógamas

1. Población con variabilidad genética (hibridación F2)
2. Selección de padres (genealógico, descendencia, semilla)
3. Ensayos en campo (F7-F8)
4. Cultivo homocigoto o híbrido

Esquema de Mejoramiento en Plantas Alógamas

1. Población con variabilidad genética (líneas homocigotas)
2. Selección de padres (basada en la progenie)
3. Ensayos en campo y evaluación de híbridos/sintéticos
4. Cultivo alógama (híbridos o sintéticos)

Selección Recurrente en Plantas Alógamas (C0 C1)

1. Selección de plantas por genotipo
2. Selección de padres en base a la población
3. Evaluación de la nueva población
4. Recombinación (polinización abierta)
5. Evaluación y registro de la nueva variedad

Mejoramiento en Plantas Autógamas

1. Selección visual de las mejores plantas
2. Generación segregante F2
3. Selección de semillas F2
4. Ensayos en campo (F7-F8)
5. Evaluación y registro del nuevo cultivar