DIVERSIDAD GENÉTICA DE BANANOS Y PLÁTANOS Re v. Fitotec ... - Redalyc

嚜燎evista Fitotecnia Mexicana

ISSN: 0187-7380

revfitotecniamex@

Sociedad Mexicana de Fitogen谷tica, A.C.

M谷xico

Nadal-Medina, Roc赤o; Manzo-S芍nchez, Gilberto; Orozco-Romero, Jos谷; Orozco-Santos, Mario;

Guzm芍n-Gonz芍lez, Salvador

Diversidad gen谷tica de bananos y pl芍tanos (Musa spp.) Determinada mediante marcadores Rapd

Revista Fitotecnia Mexicana, vol. 32, n迆m. 1, enero-marzo, 2009, pp. 1-7

Sociedad Mexicana de Fitogen谷tica, A.C.

Chapingo, M谷xico

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Art赤culo Cient赤fico

Rev. Fitotec. Mex. Vol. 32 (1): 1 每 7, 2009

DIVERSIDAD GEN?TICA DE BANANOS Y PL?TANOS (Musa spp.) DETERMINADA MEDIANTE

MARCADORES RAPD

GENETIC DIVERSITY OF BANANAS AND PLANTAINS (Musa spp.) DETERMINED BY RAPD

MARKERS

Roc赤o Nadal-Medina1, Gilberto Manzo-S芍nchez1*, Jos谷 Orozco-Romero2, Mario Orozco-Santos2 y

Salvador Guzm芍n-Gonz芍lez1

1

Laboratorio de Biotecnolog赤a, Facultad de Ciencias Biol車gicas y Agropecuarias, Universidad de Colima. Apartado Postal 36. Autopista Colima-Manzanillo

km 40. Tecom芍n, Colima, M谷xico. Tel 01 (313) 32 29405. 2Campo Experimental de Tecom芍n, Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agr赤colas y

Pecuarias. Apartado Postal 88. 28100, Tecom芍n, Colima, M谷xico.

*Autor para correspondencia (gmanzo@ucol.mx)

RESUMEN

La clasificaci車n de germoplasma y la identificaci車n de genotipos

de bananos y pl芍tanos (Musa spp.) con los m谷todos tradicionales

(morfol車gicos) han conducido a tener duplicidad e interpretaciones

err車neas. Actualmente la combinaci車n de estas herramientas con

m谷todos moleculares ha clarificado la taxonom赤a e identificaci車n de

genotipos de Mus芍ceas. En este estudio se plante車 caracterizar gen谷ticamente a 17 cultivares pertenecientes a cuatro subgrupos gen車micos (※Cavendish§, ※Red§, ※Plantain§, ※Ibota§ y ※Silk§) y cinco

h赤bridos de bananos y pl芍tanos, los cuales conforman un banco de

germoplasma del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales

Agr赤colas y Pecuarias en Tecom芍n, Colima, M谷xico. Se identificaron

90 marcadores RAPD (polimorfismos en el ADN amplificados al

azar) entre las 22 accesiones analizadas, de los cuales 83 fueron polim車rficos. Se registr車 una estrecha relaci車n entre la clasificaci車n

morfol車gica y diversidad molecular detectada entre los subgrupos

analizados. El an芍lisis filogen谷tico gener車 dos grupos diferentes identificados como A y B. El grupo A se conform車 por 10 accesiones pertenecientes solamente al subgrupo ※Cavendish§, y como excepci車n se

integr車 el h赤brido &FHIA 03*. Al grupo B se integraron accesiones

pertenecientes a diferentes subgrupos, los cuales fueron ※Red§,

※Plantain§ y ※Cavendish§, as赤 como los h赤bridos &FHIA 01*, &FHIA

20*, &FHIA 2* y &SH-3640*. Las accesiones &Yangambi km 5* y

&Manzano* pertenecientes a los subgrupos ※Ibota§ y ※Silk§, respectivamente, no se ubicaron en estos dos grupos.

Palabras clave: Musa ssp., diversidad gen谷tica, marcadores moleculares.

SUMMARY

The classification of germplasm and the identification of genotypes of bananas and plantains (Musa spp.) by traditional methods

(morphology) are confusing, thus leading to duplicity and erroneous

interpretations. Currently, the combination of morphological features with molecular tools has clarified the taxonomy and identification of Musacea genotypes. In this study, 22 accessions of bananas

and plantains of different subgroups (※Cavendish§, ※Red§, ※Plantain§, ※Ibota§ and ※Silk§) and some synthetic hybrids were morRecibido: 24 de Agosto del 2007.

Aceptado: 25 de Septiembre del 2008.

phologically and genetically characterized. These accessions belong

to the germplasm bank of the Instituto Nacional de Investigaciones

Forestales Agr赤colas y Pecuarias located at Tecom芍n, Colima,

M谷xico. Ninety randomly amplified polymorphic DNA (RAPD)

markers from the 22 accessions were identified, of which 83 were

polymorphic. A correlation between the morphological classification

and molecular diversity among the different subgroups was found.

The dendrogram generated showed two groups: Group A had 10

accessions from the ※Cavendish§ subgroup plus the hybrid &FHIA

03*. Group B clustered accessions belonging to subgroups ※Red§,

※Plantain§ and ※Cavendish§, as well as hybrids &FHIA 01*, &FHIA

20*, &FHIA 21* and &SH-3640*. Accessions &Yangambi km 5* and

&Manzano*, which belong to subgroups ※Ibota§ and ※Silk§ respectively, were not found in any of these two groups.

Index words: Musa spp., genetic diversity, molecular markers.

INTRODUCCI?N

Los bananos y pl芍tanos son monocotiled車neas de porte

alto, originadas de cruzas intra e inter-espec赤ficas entre

Musa acuminada Colla (genoma A) y Musa balbisiana

Colla (genoma B) que pertenecen a la familia Musaceae.

Estas especies diploides provienen de los genomas A y B,

respectivamente (Simmonds y Shepherd, 1955; Simmonds, 1962). En orden de importancia econ車mica, existen bananos triploides (AAA, AAB y ABB), diploides

(AA y AB) y tetraploides (AAAA, AAAB y AABB). Los

principales cultivares comerciales son triploides, altamente est谷riles, partenoc芍rpicos y propagados asexualmente

(Simmonds y Shepherd, 1955; Simmonds, 1962; Ortiz y

Vuylsteke, 1996). Los bananos y pl芍tanos representan el

principal alimento de al menos 400 millones de personas.

Anualmente se producen 85.5 millones toneladas y alrededor de 10 % se exporta para consumirse como postre

(Ortiz y Vuylsteke, 1996).

DIVERSIDAD GEN?TICA DE BANANOS Y PL?TANOS

Rev. Fitotec. Mex. Vol. 32 (1), 2009

(Damasco et al., 1996) y marcadores ligados a la secuencia de los genomas A y B (Pillay et al., 2000).

La industria del banano para exportaci車n es importante

en la econom赤a de pa赤ses de Am谷rica Latina y del Caribe,

Asia y ?frica (Simmonds y Shephered, 1955; Ortiz y

Vuylsteke, 1996). Desde la d谷cada de los 90*s se ha intentado reforzar la investigaci車n del cultivo, enfocada

principalmente al mantenimiento de los bancos de germoplasma y al mejoramiento gen谷tico por m谷todos convencionales y no convencionales (Ortiz, 1995; Rout et al.,

2000). Los marcadores moleculares se han utilizado para

analizar la diversidad gen谷tica y en la organizaci車n e

identificaci車n de bancos de germoplasma de algunas Mus芍ceas, y sus resultados indican que la mayor赤a de cultivares de banano y pl芍tano tienen un elevado nivel de similitud gen谷tica entre cultivares de la misma especie (Grapin

et al., 1998; Pillay et al., 2000; Wong et al., 2002; Ude

et al., 2003).

Los an芍lisis gen谷ticos moleculares proporcionan informaci車n precisa para clasificar taxon車micamente y determinar grupos filogen谷ticos, los cuales son valiosos para

identificar accesiones duplicadas, as赤 como para el registro, protecci車n y definici車n de colecciones de Mus芍ceas

(Ortiz y Vuylsteke, 1996). Acorde con la dispersi車n geogr芍fica, es com迆n la pr芍ctica de conferir nombre locales a

los cultivares con base en las caracter赤sticas de la fruta y

de la planta, lo que origina una confusi車n de sin車nimos y

problemas para colectar, identificar y clasificar cultivares

(Ortiz y Vuylsteke, 1996; Vuylsteke et al., 1997).

La clasificaci車n morfol車gica de bananos y pl芍tanos se

basa principalmente en 100 caracter赤sticas, algunas de las

cuales son: altura y color del pseudotallo; naturaleza de la

hoja; color, forma y posici車n del estigma; tipo y orientaci車n del racimo; longitud del ped迆nculo; forma, tama?o,

n迆mero y curvatura de la fruta; y presencia de semillas

(Simmonds y Shepherd, 1955; Swennen y Vuylsteke,

1987; IPGRI-INIBAP/CIRAD Descriptor, 1996). Pero las

caracter赤sticas morfol車gicas dependen de la interacci車n

genotipo x ambiente, que las hacen inestables y variables

entre a?os y localidades geogr芍ficas, lo cual limita su uso

en la taxonom赤a de Mus芍ceas (Vuylsteke et al., 1997;

Ude et al., 2002). Adem芍s, las caracter赤sticas morfol車gicas son usualmente determinadas por un peque?o n迆mero

de genes que podr赤an no representar la diversidad gen谷tica

total, y pueden ser enga?osas para su interpretaci車n

(Staub et al., 1996; Pillay et al., 2000; Wong et al.,

2002; Ude et al., 2003). Por tanto, los agrupamientos

taxon車micos basados en descriptores morfol車gicos no podr赤an determinar con precisi車n las relaciones entre las accesiones. Lo anterior, demuestra la necesidad de utilizar

las herramientas moleculares para tener mayor precisi車n

en la clasificaci車n de las accesiones de los bancos de germoplasma. El objetivo del presente trabajo fue caracterizar, mediante marcadores moleculares de ADN, los materiales de bananos, pl芍tanos y algunos h赤bridos que conforman el banco de germoplasma del Instituto Nacional de

Investigaciones Forestales, Agr赤colas y Pecuarias (INIFAP), localizado en el Campo Experimental de Tecom芍n,

Colima, M谷xico.

Durante los 迆ltimos a?os los fitomejoradores han implementado el uso de las caracter赤sticas morfol車gicas y

moleculares para registrar y proteger algunas colecciones

de inter谷s agr赤cola (Staub et al., 1996; Vuylsteke et al.,

1997). A principios de la d谷cada de los 90*s se iniciaron

los estudios moleculares en Mus芍ceas, mediante varios

tipos de marcadores de ADN como RFLP (polimorfismo

de la longitud de fragmentos de restricci車n) (Bhat et al.,

1995), RAPD (polimorfismos en el ADN amplificado al

azar) (Bhat et al., 1995; Kaemmer et al., 199 2; Howell

et al., 1994; Damasco et al., 1996), secuencias simples

repetitivas (SSR) (Grapin et al., 1998; Crouch et al.,

1998) y recientemente AFLP (polimorfismo de la longitud

de fragmentos amplificados) (Wong et al., 2002; Ude et

al., 2002; 2003). Los marcadores RFLP son laboriosos y

consumidores de tiempo para aplicaciones rutinarias. En

cambio, los SSR son altamente polim車rficos y se basan en

la PCR (reacci車n en cadena de la polimerasa), pero sus

principales desventajas son el alto costo y la necesidad de

un conocimiento previo de la secuencia del genoma. Por

su parte, los AFLP son capaces de producir un gran n迆mero de marcadores en un corto tiempo, y se basan en la

amplificaci車n selectiva de la PCR de fragmentos restringidos, pero tambi谷n con un alto costo (Staub et al.,

1996). Los marcadores RAPD son de menor costo y f芍ciles de laborar, no es necesario un conocimiento previo de

la secuencia del genoma y consumen poco tiempo (Williams et al., 1990).

Los marcadores RAPD se han empleado en la identificaci車n, clasificaci車n y caracterizaci車n de bancos de germoplasma de bananos y pl芍tanos silvestres, cultivares,

h赤bridos y mutantes inducidos (Bhat et al., 1995; Kaemmer et al., 1992; Howell et al., 1994; Ude et al., 2003).

Tambi谷n han proporcionado informaci車n para identificar

variantes somaclonales inducidos por el cultivo in vitro

MATERIALES Y M?TODOS

Material vegetativo

El banco de germoplasma est芍 formado por varios tipos de bananos, pl芍tanos y algunos h赤bridos, aqu赤 nombrados todos como accesiones (Cuadro 1), a las cuales se

ha estudiado su adaptaci車n, desempe?o de producci車n y

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NADAL-MEDINA et al.

Rev. Fitotec. Mex. Vol. 32 (1), 2009

1.4 % (p/v). Posteriormente, los productos amplificados

fueron visualizados y captados con la ayuda del sistema

Eagle Eye II (Stratagene), despu谷s de ser te?idos con

bromuro de etidio (10 米g mL-1).

resistencia a plagas y enfermedades en las condiciones del

tr車pico seco de M谷xico. Estas plantas se han mantenido

en condiciones de campo durante 12 a?os. La plantaci車n

se riega por inundaci車n (rodado) cada 18 d. No se aplica

control qu赤mico alguno de plagas y enfermedades.

Anualmente, se fertiliza con una dosis 200N-75P-150K.

El suelo es franco arcilloso con pH alcalino, bajo contenido de nitr車geno y f車sforo, y alta cantidad de carbonato de

calcio. Se colect車 la hoja m芍s joven (hoja cigarro) de

plantas en etapa de producci車n, de cada una de las 22 accesiones; las hojas se limpiaron con etanol 70 % y se almacenaron dentro de bolsas de pl芍stico a -80 ?C, seg迆n

Crouch et al. (1998).

An芍lisis de los datos

Las variables cualitativas se analizaron con base en la

presencia (indicada por 1) o la ausencia (por un 0) de

bandas amplificadas en cada combinaci車n de oligonucle車tidos dec芍meros. Los datos se procesaron con la ayuda del

programa S-Plus Versi車n 4.0 (S-Plus, 1997). La similitud

gen谷tica entre dos muestras, A y B, se determin車 por el

m谷todo de Nei y Li (1979) de la siguiente manera: SAB =

2NAB / (NA + NB), donde NAB = n迆mero de bandas identificadas entre A y B, NA = n迆mero de bandas presentes en

A, y NB = n迆mero de bandas presentes en B. Los an芍lisis

de agrupamiento se hicieron sobre la relaci車n de matrices

con el m谷todo de promedio aritm谷tico de grupos de pares

no ponderados (siglas en ingl谷s, UPGMA) (Avise, 1994).

El m谷todo de Felsenstein se aplic車 para obtener el intervalo de confianza para los grupos formados en cada nodo

del dendrograma, por lo cual se hizo un an芍lisis de muestreo con reemplazo (※Bootstrapping§, 3000 repeticiones)

de los datos originados de los marcadores RAPD, con la

finalidad de obtener datos num谷ricos del dendrograma estad赤sticamente m芍s robusto.

Extracci車n del ADN gen車mico

La extracci車n del ADN gen車mico de las 22 accesiones

se hizo con la metodolog赤a descrita por Doyle y Doyle

(1990) con algunas modificaciones. De cada hoja cigarro

se tomaron 0.3 g que se molieron con un mortero con pistilo est谷ril en presencia de N2 l赤quido. El ADN gen車mico

se resuspendi車 en 60 a 80 米L de amortiguador TE (10

mM Tris HCl pH 8.0; 1 mM EDTA pH 8.0) y se verific車

su calidad en gel de agarosa 0.8 % te?ido con bromuro de

etidio (10 米g mL-1). Se efectuaron al menos dos extracciones de ADN independientes de cada accesi車n.

Determinaci車n de marcadores RAPD

RESULTADOS Y DISCUSI?N

Inicialmente se analizaron 10 accesiones (&Enano Gigante*, &Valery*, &Rambao*, &FHIA 01*, &FHIA 03*, &FHIA

21*, &Yangambi km 5*, &Manzano*, &Robusta* y &Dwarf

Lacat芍n*) del germoplasma, con el empleo de 21 combinaciones de oligonucle車tidos dec芍meros, mediante la metodolog赤a descrita por Williams et al. (1990); de 谷stas se

seleccionaron las ocho combinaciones que dieron el mayor n迆mero de bandas amplificadas y polim車rficas, por

ser reproducibles en amplificaciones independientes y repetibles en las diversas extracciones de ADN (Cuadro 2).

Para obtener los marcadores RAPD se utiliz車 un volumen

de reacci車n de 25 米L, que conten赤a 50 ng de ADN, 2.5

mM de MgCl2, 200 mM de Tris-HCl pH 8.4, 500 mM de

KCl, 200 mM de la mezcla de nucle車tidos trifosfatados

(dNTP*s), 0.5 米M de cada oligonucle車tido dec芍mero

(GIBCO BRL, Maryland, USA), 0.5 U de Taq ADN polimerasa (GIBCO BRL), y agua bidestilada y esterilizada

para aforar a un volumen final de 25 米L. La PCR se llev車

a cabo en un termociclador (Applied Bioscience 9600) con

la metodolog赤a propuesta por Williams et al. (1990): ciclo

1: 94 ∼C por 5 min; 36 ∼C por 1 min; 72 ∼C por 4 min;

ciclos 2-35: 94 ∼C por 1 min, 36 ∼C por 1 min; 72 ∼C

por 4 min. Despu谷s de la PCR los productos amplificados

se separaron mediante electroforesis en geles de agarosa

An芍lisis de marcadores RAPD

El t赤pico patr車n de bandas de marcadores RAPD generado en este estudio se presenta en la Figura 1, en la cual

se aprecian los productos generados por la combinaci車n

de los oligonucle車tidos dec芍meros OPC15 y A01, con 10

marcadores polim車rficos obtenidos entre las 22 accesiones

de bananos y pl芍tanos. Cada combinaci車n de oligonucle車tidos dec芍meros gener車 un rango de ocho (con la combinaci車n M04 y OPA03) a 15 bandas amplificadas (con la

combinaci車n OPA04 y PLAT), lo que significa de 62.5 a

100 % de bandas polim車rficas entre las 22 accesiones,

para un total de 90 bandas amplificadas, de las cuales

92.2 % fueron polim車rficas (Cuadro 2). Kaemmer et al.

(1992) reportaron que al hacer combinaciones de dos oligonucle車tidos dec芍meros se obten赤a mayor n迆mero de

bandas polim車rficas (ocho bandas) en bananos, que con

un solo oligonucle車tido (tres bandas). En cambio, Damasco et al. (1996) reportaron de 1 a 10 bandas por oligonucle車tido en plantas micropropagadas normales y chaparras

de los cultivares &Nueva Guinea* y &Williams* (subgrupo

※Cavendish§). Por su parte, Howell et al. (1994) reportaron un rango de 2 a 20 bandas amplificadas por iniciador

en un banco de germoplasma de Musa spp. compuesto por

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DIVERSIDAD GEN?TICA DE BANANOS Y PL?TANOS

Rev. Fitotec. Mex. Vol. 32 (1), 2009

los genomas AA, AAA, AAB, ABB y BB. Se considera

aceptable el hecho de que con ocho combinaciones de iniciadores dec芍meros se hayan obtenido resultados en cuan-

to al polimorfismo, ya que en otras investigaciones se ha

usado una menor cantidad de iniciadores dec芍meros

(Kaemmer et al., 1992).

Cuadro 1. Caracter赤sticas generales de las 22 accesiones de Musa spp. pertenecientes a un banco de germoplasma del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales Agr赤colas y Pecuarias en Tecom芍n, Colima, analizadas mediante marcadores RAPD.

Reacci車n a

Nombre

Forma de

Altura de

Color del

Subgrupo

Genoma

com迆n

consumo

planta (m)

pseudotallo

SN MP N

P VBT MB

&Cocos A*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde medio

S

S

S

S

S

S

&Cocos B*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde

S

S

S

S

S

S

&Enano 1*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde amarillo

S

S

S

S

S

S

&Enano 2*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde amarillo

S

S

S

S

S

S

&Enano Chaparro*

※Cavendish§

AAA

Ps

1.8

Verde

S

S

S

S

S

S

&Enano Gigante*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde amarillo

S

S

S

S

S

S

S

&Valery*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.7

Verde

S

S

S

S

S

&Rambao*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde

S

S

S

S

S

S

&Golden Beauty*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde amarillo

S

S

S

S

S

S

&Robusta A*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde

S

S

S

S

S

S

&Robusta B*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde

S

S

S

S

S

S

&Dwarf Lacat芍n*

※Cavendish§

AAA

Ps

2.0

Verde amarillo

S

S

S

S

S

S

&Morado*

※Red§

AAA

Ps y Coc

2.0

Rojo-verde

T

S

S

S

&Norte?o*

※Red§

AAA

Ps y Coc

2.7

Verde

S

S

S

S

&Macho*

※Plantain§

AAB

Coc

2.0

Verde

S

S

S

&Manzano*

※Silk§

AAB

Ps

2.7

Amarillo

S

S

S

&Yangambi km 5*

※Ibota§

AAA

Ps y Coc

2.0

Verde con manchas negras R

R

S

R

R

&FHIA 01*

AAAB

Ps y Coc

2.7

Verde amarillo

R

R

S

&FHIA 03*

AABB

Coc

2.5

Verde

T

R

S

&FHIA 20*

AAAB

Coc

2.7

Verde amarillo

R

R

S

&FHIA 21*

AAAB

Coc

2.5

Verde amarillo

R

R

S

&SH-3640*

AAAB

Coc

2.0

Verde amarillo

S

S

S

Seg迆n normas establecidas en: Descriptors for bananas (Musa spp.) (IPGRI-INIBAP/CIRAD, 1996). Porte bajo: ≒ 2 m, porte medio o normal: 2.1 a 2.9 m

y porte alto: ≡ 3.0 m. S = Sigatoka negra; MP = Mal de Panam芍; N = Nem芍todos; P = Picudo; VBT = Virus del ※bunchy top§; MB = Moko bacteriano; Ps= Postre; Coc = Cocci車n; R = Resistente; T = Tolerante; S = Susceptible.

Cuadro 2. Combinaciones de oligonucle車tidos dec芍meros bandas amplificadas, bandas polim車rficas y porcentaje de polimorfismo determinado entre

las 22 accesiones de Musa spp.

Combinaci車n de oligonucle車tidos

M 07

A 01

M 04

OPA 03

OPA 04

PLAT

M 07

OPA 10

OPC15

A 01

M 04

OPA 13

OPA 03

OPA 04

OPC 15

M 04

Secuencia

Bandas amplificadas

Bandas polim車rficas

Polimorfismo (%)

12

12

100

8

5

63

15

15

100

12

12

100

11

11

100

13

10

77

9

8

89

10

10

100

90

11

83

10

5*-CCGTGACTCA-3*

5*-CAGGCCCTTC-3*

5*-GGCGGTTGTC-3*

5*-AGTCAGCCAC-3*

5*-AATCGGGCTG-3*

5*-GACAGACAGA-3*

5*-CCGTGACTCA-3*

5*-GTGATCGCAG-3*

5*-GACGGATCAG-3*

5*-CAGGCCCTTC-3*

5*-GGCGGTTGTC-3*

5*-CAGCACCCAC-3*

5*-AGTCAGCCAC-3*

5*-AATCGGGCTG-3*

5*-GACGGATCAG-3*

5*-GGCGGTTGTC-3*

Total

Promedio

4

................
................

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