Frecuencia de Genes Restauradores de la Fertilidad en Razas y Variedades de Maíz (Zea mays L.)*

JOSE R. TINEO**; E. PATERNIANI***

* Recibido para su publicación el 18-7-72.

RESUMEN

El presente trabajo estudia la determinación preliminar de las frecuencias de plantas macho fértil, restauradores del citoplasma macho estéril tipo T. En el año agrícola 1969-1970 plantas individuales de 30 variedades y razas fueron cruzadas con el macho estéril citoplasmático Agroceres, usándose el polen de cada planta solamente una vez. Se plantó en un sistema de hileras pares. En el siguiente año agrícola 1970-1971, fue plantado para observación el material proveniente de los cruzamientos, en el sistema de mazorca por hilera, con un total de 850 familias. En la época de floración se marcaron las plantas que presentaban anteras y la formación del polen en la espiga, lo cual fue determinado de forma visual. Estas plantas fueron consideradas macho fértil. Después de hecha toda la marcación se contó el número total de plantas, las plantas fértiles y las plantas estériles por familia. Fueron observadas las proporciones 0:1; 1:1; 3:1, fértil y estéril respectivamente. Calculándose los valores de X² de las proporcionas 1:1 y 3:1 para las familias en cada variedad. Considerándose las familias totalmente fértiles aquellas en las cuales el 90% o más .de las plantas fuesen fértiles. Para las familias totalmente estériles, se consideraron las familias que poseían hasta 10% de plantas macho fértil. Estos valores de 10% fueron considerados como efectos de contaminación, interacción genotipo X ambiente y el efecto de genes modificadores. Fue calculado el test de heterogeneidad para las proporciones 1:1 y 3:1. Para los genes en estado homocigoto (Rfl Rfl) las mayores frecuencias fueron encontradas en los maíces: Perola Piracicaba 20,0%, Eto Amarillo WP 35 con 11,5% de plantas macho fértil. En cuanto a las mayores frecuencias por gene en estado heterocigoto (Rfl rfl) fueron obtenidas en los maíces: Guaraní Pag V, Centralmex y Caigang Composto, donde los valores fueron respectivamente de 43,7; 42,5 y 40,0 de plantas macho fértil. Los datos indican de manera general que diferentes grupos raciales de maíz presentan también diferencias en las frecuencias de genes restauradores. Se observó que los maíces Flint de Cuba y Colombia presentan cierta frecuencia de plantas para el gen Rfl. Se verificó también que las plantas de germoplasma Tuxpeño presentan mayor frecuencia de plantas sin los genes restauradores de la fertilidad. Por otro lado, las razas indígenas presentan plantas sin genes restauradores de la fertilidad y pocas plantas homocigotas.

ABSTRACT

INTRODUCCION

La experiencia de los fitotecnistas ha indicado que los diferentes germoplasmas difieren con relación a la presencia y a la frecuencia de los genes restauradores de la fertilidad para el citoplasma macho estéril Texas. El presente trabajo fue conducido para obtener información sobre las frecuencias de plantas macho fértil y macho estéril en cruzamientos. envolviendo algunas razas y variedades de maíz, cruzadas con plantas macho estéril debido al citoplasma T. Se procura, además obtener indicaciones sobre frecuencias de genes restauradores en los diferentes germoplasmas y verificar si hay alguna relación entre los diferentes tipos raciales y las frecuencias obtenidas. Originalmente se pensó, también, en la posibilidad de utilizar algunas variedades en programas de cruzamientos intervarietales con el concurso de la esterilidad masculina. Ese objetivo quedó, perjudicado por el aparecimiento del patógeno Helminthosporium maydis raza T, altamente virulento para las plantas con citoplasma T.

MATERIAL

El material utilizado en el presente trabajo es proveniente de varias poblaciones existentes en el Banco de Termoplasma del Departamento de Genética, de la E. S . A. "Luiz de Queirós " bien como otras poblaciones, en la s cuales están incluidos germoplasmas de distintas zonas geográficas.

La tabla 1 presenta una relación del material utilizado, junto con algunas características de cada uno, como: tipo de grano, color predominante del gramo, origen geográfico y razas a las cuales pertenecen.

Informaciones más detalladas sobre el material pueden ser obtenidas en las referencias 6, 7 y 8.

METODO

En 1969-1970, las variedades y razas a ser probadas, fueron plantadas en hileras pares, con el híbrido simple macho estéril (M.E.C.) Agroceres. Los cruzamientos fueron hechos planta a planta, utilizándose una sola vez el polen de cada planta a ser testado.

En la etapa siguiente (1970-1971), con el material colectado de los cruzamientos, fueron plantados métodos de observación en la forma espiga por hilera. El plantío fue realizado el día 14 de octubre de 1970 en la Hacienda Areino, que queda en las proximidades de Piracicaba (SP. Brasil), cerca de la carretera que va hasta Limeiro. Se sembraron un total de 850 familias, en hileras de aproximadamente 12 metros de largo, con una distancia entre hileras de I metro. Fueron sembradas 2 semillas por hoyo con una separación entre hoyos de 30 cms. Teniéndose en el momento del contaje un número aproximado de 60 plantas por familia.

En la época de floración se marcaron las plantas que presentaban anteras y la formación del polen. Estas plantas fueron consideradas machos fértiles. Después de realizada la marcación se contó el número total de plantas.

De esta forma, en la época de la toma de datos, se contó en cada hilera el número total de plantas, las plantas fértiles, y con estos datos se trató de determinar las frecuencias de genes restauradores de la fertilidad en cada variedad. Las frecuencias de familias segregando plantas macho fértil y macho estéril en las diferentes proporciones testadas, estando relacionado en las tablas 2 a 5, agrupadas según el maíz testado.

Fueron observadas las proporciones: 0:1; 1:1; 3:1 y 1:0 fértil y estéril respectivamente. Calculándose los valores de X² de las proporciones 1:1 y 3:1 para las familias en cada variedad. Considerándose las familias totalmente fértiles aquellas en las cuales el 90% o más de las plantas fuesen fértiles Para las familias totalmente estériles, se consideraron las familias que poseían hasta 10% de plantas macho fértil. Estos valores de 10% fueron considerados como efectos de contaminación, interacción genotipo por ambiente y el efecto de genes modificadores. Fue calculado el test de heterogeneidad para las proporciones 1:1 y 3:1.

REVISION BIBLIOGRAFICA

El presente trabajo representa un estudio preliminar en la determinación de la frecuencia del gen R+1, restaurador de la fertilidad en el citoplasma macho estéril tipo T., en varias razas y variedades. Podrá servir de base para estudios más completos 5r detallados para así llegar a las metas expuestas.

Se debe aclarar que el criterio de evaluación de las plantas, fue hecho en forma visual, tomando como plantas macho fértil aquellas que presentaban en la espiga, abertura de las anteras. Fue así como se determinaron los fenotipos fértil y estéril, llevándose en cuenta sólo la presencia de polen 0 no en la fecha.

En los trabajos consultados ^{3 5 9}, los autores definen 3 tipos de fenotipo, los cuales son: estéril, parcialmente estéril y fértil. En el presente trabajo no fue posible realizar esta división, tomándose una muestra de la espiga de cada planta, preparando las láminas correspondientes y examinándola al microscopio, por el gran tamaño del experimento, el cual contaba con 850 familias, cada una con media de 60 plantas.

También como la distinción fue hecha de manera visual, se pueden presentar plantas que son llamadas por Edwarson⁵ de "hace", que presentan unas pocas anteras, con algún polen viable, lo que puede llevar a clasificar plantas estériles como fértiles.

La clasificación del genotipo en cuanto a restauración de la fertilidad es: a) genotipo no restaurador, que no produce polen viable en cualquier condición, b) genotipo restaurador que produce polen viable en cualquier ambiente, en forma abundante, c) genotipo parcialmente restaurador, aquel que bajo algunas condiciones produce un poco menos de polen que la contraparte normal. En el presente caso, fue realizada la determinación del genotipo a partir de datos fenotípicos, lo que lleva a incluir parte de este genotipo parcialmente restaurador en el genotipo restaurador de la fertilidad, y otra parte en el genotipo no restaurador de la fertilidad.

Existe interacción genotipo por ambiente y efecto de genes aditivos en la restauración de la fertilidad, en el genotipo parcialmente restaurador como fue demostrado ^{1 2} en trabajos realizados en Florida y Jamaica' 2,

Así, la selección del genotipo Rfl Rfl debe ser hecha en ambientes secos y calientes, condiciones que no favorecen la formación del polen. Las plantas macho fértil en estas condiciones serán siempre fértiles en cualquier otra condición. Para la selección del citoplasma macho estéril, las condiciones ideales son de alta humedad y aire fresco, que favorecen el aparecimiento del polen, mostrándose en estas condiciones, en forma clara la macho esterilidad. De esta forma, un genotipo parcialmente restaurador, con un nivel bajo de restauración, puede ser completamente estéril en condiciones frías y húmedas.

En cuanto que un genotipo de este tipo, con un mayor nivel de restauración puede ser completamente fértil en condiciones secas y calientes.

Con referencia a los genes modificadores, Bliekenstaff et al.' llegan a la conclusión que varios genes aparecen responsables por la acción del genotipo parcialmente restaurador. Stead'°, presenta datos, los cuales interpreta como evidencia de 2 genes complementarios diferentes de Rfl, responsables por la parcial restauración en líneas endogámicas.

Según Edwardson⁵, cuando se estudian poblaciones Fi segregando, se puede encontrar la proporción 1 fértil para 1 estéril, si el carácter macho estéril fuese controlado por 1 gen en interacción con el citoplasma. Más de 2 genes pueden producir esta misma proporción de 1:1, en poblaciones F₁ segregando, además de otras proporciones tales como: 1 3; 3:1; 5:3; 3:5 fértiles y estériles, por lo que se puede suponer que el carácter macho esterilidad es controlado por uno o más pares de alelos Además de eso, la posible contaminación por polen fértil o polen sin genes restauradores de la fertilidad, también tienen influencia en el aparecimiento de estas proporciones.

RESULTADOS

En el presente trabajo, la determinación de la presencia del gen Rfl, en todas las variedades testadas, concuerda con los trabajos de Drummond⁴ y Edwardson⁵ los cuales detectaron el gen Rfl, en un elevado número de variedades de la América Latina.

Estos resultados referentes a la proporción 1:1, es preciso destacar el caso correspondiente al cruzamiento (Minas G II por Piramex) por Piramex, que tiene una frecuencia del gen en estado heterocigoto de 4,5%. Puesto que Minas GII presenta una frecuencia de 29,9 y Piramex de 12,9 podríase pensar que es debido: a) que la mayor cantidad de germoplasma Piramex provocó esta baja en la frecuencia del gen Rfl. b) que existió una interacción genotipo por ambiente y efecto de genes modificadores de la fertilidad. c) que no era una muestra representativa de la población.

Para los genes estado homocigoto (Rfl Rfl), las mayores frecuencias fueron encontradas en los maíces: Perola Piracicaba 20,0%, Eto Amarillo WP 35 con 11,5% de plantas macho fértil. En cuanto que las mayores frecuencias por gen en estado heterocigoto (Rfl rfl) fueron obtenidas en: Guarani Pag V, Centralmex y Caingang Composto, donde los valores fueron respectivamente de 43,7; 42,5 y 40,0% de plantas macho fértil.

Los datos indican de manera general que diferentes grupos raciales de maíz, presentan también diferencias en las frecuencias de genes restauradores. Se observó que los maíces Flint de Cuba y Colombia, presentan cierta frecuencia de plantas para el gen Rfl. Se verificó también, que las plantas de germoplasma Tuxpeño presentan mayor frecuencia de plantas sin los genes restauradores de la fertilidad. Por otro lado, las razas indígenas presentan plantas sin genes restauradores de la fertilidad y pocas plantas homocigotas.

CONCLUSIONES

El contaje de plantas, considerándose como fértiles las que presentaban formación de anteras fértiles, reveló la existencia de una expresividad variable del carácter, como es indicado por las altas frecuencias de segregación 3:1 y de la clase "otros". Influencia de genes modificadores y del ambiente deben haber contribuido para esos resultados.

TABLA 1. Descripción del material utilizado

Abreviaturas:
RS: Río Grande
SP: Sao Paulo
R: Paraná
Bra: Brasil
Pag: Paraguay
Bol: Bolivia
Arg: Argentina
Urg: Uruguay
Col.: Colombia
Méx: México
Amér. Central: América Central
Minas G: Minas Gerais
Comp: Composto

La forma de evaluación de los fenotipos fértil y estéril para después determinar los genotipos rfl rfl; Rfl rfl; Rfl Rfl, las muestras relativamente pequeñas de plantas para cada población, además de las influencias mencionadas en la conclusión anterior, no permitió determinar con precisión las frecuencias génicas de los genes restauradores. Considerando la amplitud de los germoplasmas utilizados, algunas generalizaciones e indicaciones pueden ser hechas.

TABLA 2. Frecuencia (%) de familias segregando plantas macho fértil en las proporciones indicadas, en razas indígenas.

Fue determinada la presencia del gen Rfl, en todas las variedades testadas.

TABLA 3. Frecuencia (%) de familias segregando plantas macho fértil en las proporciones indicadas, en razas Flint

26,4% de las variedades presentan plantas con el gen Rfl, en estado homocigoto (Rfl Rfl). 100% presentan plantas con el referido en estado heterocigoto (Rfl rfl), en cuanto que el 75% de las variedades están incluidas en la proporción 3 fértiles para I estéril.

TABLA 4. Frecuencia (%) de familias segregando plantas macho fértil en las proporciones indicadas, en razas Dent.

Las variedades que presentan las mayores frecuencias en el estado homocigoto dominante del gen Rfl fueron: Perola Piracicaba 20%, Eto Amarillo WP 35 con 11.5% y Eto Blanco WP-7 con 11.1%.Las variedades que presentaron las mayores frecuencias en estado heterocigoto del gen Rfl fueron: Guaraní Pag V, Centralmex, Caingang Composto, Cristal Composto y Tuxpantigua con 43,7; 42,5; 40,0; 38,0 y 34,0% respectivamente.Las variedades que presentaron las mayores frecuencias en la proporción 3 fértiles para 1 estéril fueron: Guaraní Bol II, Perola Piracicaba, Tuxpeño La Posta, Tuxpantigua y Cristal Composto con 38,0; 37,5; 36,3; 35,0 y 33,0% respectivamente.

TABLA 5. Frecuencia (%) de familias segregando plantas macho fértil en las proporciones indicadas, en cruzamientos.

Las variedades que presentaron las mayores frecuencias del gen en estado homocigoto recesivo (rfl rfl) fueron: (Minas GII por Piramex F2) ; Piramex, Guaraní Bol II, (Minas GII por Piramex) por Piramex, Composto Canario de Ocho y Lenha con 40,9; 38,7; 38,0; 33,3; 32,0 y 30,7% respectivamente.Los .datos relativos a las poblaciones Cateto, Minas GII y Piramex y sus cruzamientos, indican un aumento en la frecuencia de plantas sin restauradores de F1 para F2. Los retrocruzamientos para Piramex y Minas GII aumentan y disminuyen respectivamente la frecuencia de plantas sin restauradores, como seria de esperar (Tabla 5).Los únicos maíces que presentaron cierta frecuencia de plantas homocigotas para genes restauradores, (dando progenies constituidas sólo por plantas macho fértil), son del grupo Flint, originarios de Cuba y Colombia (Tabla 3).De manera general los maíces con germoplasma Tuxpeño, tienden a presentar mayor frecuencia de plantas sin genes restauradores de la fertilidad (rfl rfl) (Tabla 4).Los maíces indígenas especialmente Caingang y Entrelacado presentaron plantas sin genes restauradores, así también como pocas plantas homocigotas. Lo mismo ocurre con el maíz Cristal Composto, de manera bastante acentuada. Parece haber una frecuencia relativamente alta de heterocigotos. Esto puede ser debido a una ventaja de los heterocigotos y/o mayor efecto del ambiente y modificadores alterando la expresión del carácter macho esterilidad (Tabla 2).Los datos indican de manera general que diferentes grupos raciales de maíz presentan también diferencias en las frecuencias de genes restauradores. Hay indicaciones de que razas semejantes o emparentadas tienden a mostrar semejanzas en cuanto a las frecuencias de genes restauradores.

LITERATURA CITADA

1. Bliekenstaff, Yoyce et al- 1958 Inheritance ad linkage of pollen fertility restoration in cytoplasmic male-sterility crosses in corn Agron. J 50 (8) págs. 430-434.
2. Duvick, D N. 1959 Genetic and environmental interaction with cytoplasmic pollen sterility of corn. Proc. 14th Annual Gybrid corn industry Research Conference 14 págs. 42-52
3. Duvick, D N.- 1965 Cytoplatmic pollen sterility in corn. Adv. in Genet 13 págs. 1 56.
4. Drummond, G A- 1966. Producao de semente de milho hibrido com o uso da esterilidade masculina citoplasmática. Em Genética e Melhoramento de Plantas. Publicacao Didáctica Nº 9 do Instituto de Genética. Esc. Sup. Agr. "Luiz de Queiroz".
5. Edwardson, J. R.- 1955. The restoration of fertility to cytoplasmic male sterile corn. Agron J. 47 (10): págs. 457-467.
6. Hatheway, W.- 1957. Races of Maize in Cuba. Publication 453, National Academy of Sciences National Research Council. Washington, D. C.
7. Paterniani, E.- 1968. Formacao de composto de milho. Em Relatório Cientifico da Cadeira de Citologia e Genética. Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz". págs. 102 -108.
8. Queiroz, Manuel A. de.- 1969 Correlacao Genética e Fenotípica em Progenies de Meios Irmaos de Milho (Zea mays L ) e suas Implicacoes com o Melhoramento. Tese mimeografada, para obtencao do titulo de Magister Scientiae. Piracicaba, 71 pgs.
9. Rogers, J. S. e Edwardson, J. R.- 1952. The utilization of cytoplasmic male sterile inbreds in the production of com hybrids. Agron. J. 44: págs. 813.
10. Stead, B.- 1960. The gene action involved in the fertility restoration of Texas type cytoplasmic male sterile maize and its performance compared with normal cytoplasm. Ph. D. Thesis, Univ. Wisconsin, Madison, Wisconsin.