Evaluación de la variabilidad genética de clones de caucho natural presentes en la colección clonal del instituto Sinchi, mediante el uso de descriptores morfológicos

Quesada-Méndez, I., Quintero-Barrera, L., Aristizábal, F.A., & Rodríguez-Acuña, O. (2011). Evaluación de la variabilidad genetica de clones de caucho natural presentes en la colección clonal del instituto SINCHI, mediante el uso de descriptores morfologicos. Colombia Forestal, 14(1), 69-79.

EVALUACIÓN DE LA VARIABILIDAD GENÉTICA DE CLONES DE CAUCHO NATURAL PRESENTES EN LA COLECCIÓN CLONAL DEL INSTITUTO SINCHI, MEDIANTE EL USO DE DESCRIPTORES MORFOLÓGICOS

Assessment of the genetic diversity of natural rubber tree clones of the SINCHI Institute�s clone collection, using of morphological descriptors

Avaliação da variabilidade genética dos clones de borracha natural presentes na coleção clonal do instituto SINCHI, mediante o uso de descritores morfológicos

Isaac Quesada-Méndez¹, Lorena Quintero-Barrera², Fabio A. Aristizábal³ & Olga Rodríguez-Acu�a²

¹Instituto de Biotecnología Universidad Nacional de Colombia. iquesadam@unal.edu.co. Autor para correspondencia.
²Instituto Amazónico de investigaciones Científicas, SINCHI. olrodriguez@sinchi.org.co.
³Departamento de Farmacia, Facultad de Ciencias Universidad Nacional de Colombia. Correo electrónico: faaristizabalg@unal.edu.co.

Recepción: Junio 3 de 2010/Aprobación: Diciembre 20 de 2010

RESUMEN

Se estimó la variabilidad genética de clones de caucho natural presentes en la colección clonal del Instituto SINCHI, los cuales incluyen clones de Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. De Juss.) Muell.Arg., Hevea spp. (H. brasiliensis x H. benthamiana) y tres especies más del género Hevea. Se realizó la caracterización de 72 materiales con veintiocho descriptores morfológicos, los cuales posteriormente fueron utilizados para generar una matriz de similaridad por medio de un análisis de variables multicategóricas, así como la obtención de agrupamientos con base en esta. Con excepción del clon GU 1410, se observó una baja variabilidad entres los clones de H. brasiliensis y Hevea spp., presumiblemente por la descendencia directa de la mayoría de materiales entre cruces de los parentales PB 80, PB 5/51, PB 49 y Tjir, que evidenciaron agrupamientos entre algunos materiales producto de cruces exclusivos de la series PB, entre clones descendientes del parental PB 86 y entre clones descendientes del parental PB 5/51. Los clones de otras especies del género Hevea divergen de este gran grupo.

Palabras clave: caucho, Hevea, morfología, variabilidad genética.

ABSTRACT

Genetic diversity of natural rubber clones of the in SINCHI Institute’s clone collection was assessed. Clones of Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. De Juss.) Muell.Arg., Hevea spp. (H. brasiliensis x H. benthamiana), and three more species of Hevea genus are a part of the collection. Seventy-two materials were characterized with twenty-eight morphological descriptors. They were later used to generate a similarity matrix through the analysis of multi-categorical variables, and to obtain clusters based on the matrix. A low variability between clones of H. brasiliensis and H. spp. was observed, presumably because of the direct descendants of most of the materials from crosses of parental PB 80, PB 5/51, PB 49 and Tjir, exception made of clone GU 1410. Clustering between some materials product of exclusive cross of PB series, a group between clones descendants of parental clones PB 86, and clustering between descendants of parental clones PB 5/51, were observed. Clones from other species of Hevea differ from this big group.

Key words: rubber, Hevea, morphology, genetic variability

RESUMO

Estimou-se a variabilidade genética dos clones de borracha natural presentes na coleção clonal do Instituto SINCHI, os quais incluem clones de Hevea brasiliensis (Willd. ex Adr. De Juss.). Muell. Arg., Hevea spp. (H. brasiliensis x H. benthamiana) e três espécies mais do gênero Hevea. Realizou-se a caracterização de 72 materiais com vinte e oito descritores morfológicos, os quais posteriormente foram utilizados para gerar uma matriz de semelhança por meio de uma análise de variáveis multicategóricas, assim como a obtenção de agrupamentos baseados nesta. Com exceção do clone GU 1410, se observou uma baixa variabilidade entre os clones de H. brasiliensis e Hevea spp., presumivelmente pela descendencia direta da maioria dos materiais entre cruzes dos parentais PB 80, PB 5/51, PB 49 y Tjir, que evidenciaram agrupamentos entre alguns materiais produto de cruzamentos exclusivos das séries PB, entre os clones descententes do parental PB 86 e entre clones descendentes do parental PB5/51. Os clones das outras espécies do gênero Hevea divergem deste grande grupo.

Palavras chave: Borracha, hevea, morfologia, variabilidade genetic.

INTRODUCCIÓN

El género Hevea, cuyo nombre proviene de la palabra hyévé o hevé, que significa “árbol que llora” o “lagrimas de árbol” (Compagnon 1998) es originario de las planicies del Amazonas y la Orinoquia. Las especies del género se presentan de manera natural en un área que comienza en la cuenca del Amazonas y se extiende al norte hacia la cuenca del Alto Orinoco y partes de Guyana. Abarca sectores de Brasil, Bolivia, Perú, Colombia, Ecuador, Venezuela, Guayana Francesa y Surinam (Gonçalves et al. 1997).

El árbol de cauchoHevea brasiliensis (Willd. ex Adr. De Juss.) Muell.Arg. es la especie más importante del género y la única plantada comercialmente entre las once especies conocidas. Es una planta de polinización cruzada, diploide, con 2n = 36 cromosomas, que se multiplica principalmente por la acción del viento y los insectos (Webster & Paardekooper 1989). En los cultivos comerciales, bancos de germoplasma y en experimentos en los programas de mejora, el árbol de caucho natural ha sido cultivado y preservado en forma de clones (Gonçalves et al. 1997). De acuerdo con Gonçalves & Marques (2008), los clones como material para el establecimiento de una plantación tienen varias ventajas, la más importante es la uniformidad mostrada por los individuos, dado que todos los árboles provienen del mismo clon y en las mismas condiciones ambientales; tienen menor variabilidad en relación con diferentes caracteres, como vigor, espesor de corteza, producción, propiedades del látex, senescencia anual de las hojas, respuestas nutricionales y la tolerancia a la enfermedad (Cruz et al. 2004).

Gonçalves y Marques (2008) refieren cómo las especies de mayor interés para el mejoramiento genético de caucho son las siguientes: Hevea brasiliensis, debido a su mayor capacidad y a la variabilidad genética para la resistencia a Microcylus ulei (P. Henn) v. Arx, el hongo causante del mal suramericano de la hoja y principal enfermedad de este cultivo; H. benthamiana dada también la resistencia a M. ulei y la variabilidad en la producción de caucho; H. pauciflora por la presentación de una cierta inmunidad a M. ulei; Hevea camargoana y Hevea camporum por sus características de baja altura.

La adecuada exploración del recurso genético, mediante la estimación de la variabilidad genética de una colección, permite el manejo de este, con respecto a su ampliación, así como fuente disponible para manejo y respuestas a condiciones de estrés biótico y abiótico y en casos más avanzados para realizar hibridaciones controladas entre genotipos con una mayor divergencia genética, que aumente eficiencia en la obtención de nuevos materiales en un programa de mejora.

Estudios de la variación genética en Hevea han sido realizados por Olapade & Omokhafe (1990), Omokhafe (2002), Omokhafe & Alika (2003a, 2003b), para lo cual usaron variables asociadas a fruto y semillas. Aguilar & Gonçalves (2006), Gonçalves et al. (1995, 1998), Mydin et al. (1992), Paiva (1994) utilizaron variables agronómicas, mientras evaluaciones con técnicas moleculares han sido efectuadas por Chevallier (1988), Besse et al. (1994), Varghese et al. (1997), Venkatachalam et al. (2002), Lekawipat et al. (2003a y 2003b), Bicalho et al. (2008), An et al. (2005). La valoración de la diversidad y variabilidad genética entre accesiones que utilizaron variables morfológicas, han sido desarrolladas en pimienta y ají (Sudré et al. 2006) y açai (Oliveira 2005).

El material vegetal de Hevea, presente en el país cuenta con una escasa caracterización y evaluación. Tan solo escasos registros en la literatura de evaluación parcial del desempeño agronómico de algunos clones (López 2003, Martínez & García 2006 y Quesada et al. 2009) y el estudio de variabilidad genética con marcadores moleculares efectuado por Hernández et al. (2006). Esto a pesar de que Colombia cuenta con un número cercano a los cien materiales vegetales depositados en las colecciones clonales del Instituto Amazónico de Investigaciones Científicas (SINCHI), en el Centro Nacional de Investigaciones de Café (Cenicafé) y de empresa privadas como Mavalle S.A., entre otras.

Este trabajo tuvo como objetivo estimar la variabilidad genética de clones de Hevea, por medio del uso de descriptores morfológicos de etapa inmadura, en la colección clonal del SINCHI, que cuenta con el mayor número de estos materiales en el país.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se evaluaron 72 materiales vegetales correspondientes a clones de Hevea brasiliensis, Hevea guianesis, H. paucifl ora, H. benthamiana, y Hevea spp. (H. brasiliensis x H. benthamiana) presentes en la colección clonal del I SINCHI, de los cuales se presentan, en la tabla 1, los 70 analizados. Se utilizaron los descriptores morfológicos de la fase de stump, propuestos por Mercykutty et al. (2002), producto de su trabajo en el Rubber Research Institute of India (RRII). Los descriptores usados fueron: yemas axilares, cicatriz de la hoja, arreglo, separación y densidad del piso foliar, forma, longitud y orientación de pecíolo, orientación, ángulo y longitud de pedúnculo, color, lustre, textura, tamaño, margen, grado de separación, corte transversal, corte longitudinal, ápice y base del folíolo, pulvinos, nectarios, forma de folíolo central y laterales, pubescencia en la venación central, color y tipo de venación.

Se realizó la caracterización evaluando los veintiocho descriptores como variables multicategóricas, en diez individuos de cada uno de los clones que presentaron un tercer piso foliar maduro y con descarte de los materiales que tuvieron síntomas de deficiencia nutricional. Se obtuvo la moda de cada uno de los descriptores en todos los materiales, cuyo criterio para la estimación fue un número mínimo de cinco individuos.

El análisis consistió en la obtención de una matriz de similaridad con variables multicategóricas (cualitativas), siguiendo el propuesto por Cruz (2008a). Con las medidas de similaridad, se realizaron los análisis de agrupamiento por el método de Tocher y jerárquico con ayuda del programa GENES ver 7.0 (Cruz, 2008b). Un análisis de componentes principales fue realizado con el programa JMP 7 ® (Cary, 2007), usando la opción “Uncentered & unscaled”.

RESULTADOS

Se utilizaron veintiún descriptores, los restantes se descartaron por su difícil determinación en campo, como el caso de cicatriz foliar o debido a que no se contó con registro mayor o igual a cinco individuos en un número importante de clones. Un total de 70 clones se incluyeron en el análisis, se descartaron dos materiales vegetales al no contar con el total de la información de los descriptores seleccionados para el análisis.

El agrupamiento por el método de optimización de Tocher generó veintidós grupos que son presentados en la tabla 2, dentro de los cuales los grupos 21 y 22 fueron conformados por un solo material vegetal y, que sumado al 20, proviene de cruces de clones primarios de las especies H. paucifl ora, H. benthamiana y H. guianesis. Los grupos 18 y 19 se conformaron únicamente por clones terciarios, productos de cruces entres las series RRIM y PB con una marcada ascendencia del parental Tjir 1.

El grupo 15 estuvo conformado por cruces con clones primario de H. brasiliensis. Los grupos 9, 10, 11 y 12 se caracterizaron por contener materiales con una marcada ascendencia de cruces entre los parentales PB 86, Tjir 1 y PB5/51; a su vez, el 1 presentó materiales descendientes de cruces entre los parentales PB 86, PB5/51 y PB 49.

El grupo 4 incluyó materiales descendientes del parental PB5/51, en primera generación. Los demás grupos no evidenciaron un patrón de agrupamiento en función a un común de parentales. El análisis de agrupamiento por métodos jerárquicos, utilizando el método UPGMA (Unweighted pair-grupp arithmetic mean) se presenta en la figura 1. Se observa la formación de un grupo de materiales con especies diferentes a H. brasiliensis y algunos cruces de esta con H. benthamiana, con un 82% de similaridad máxima entre ellos y con divergencias que inician en un 20% de similaridad. Dentro del cual los clones IAN 717 y el clon denotado FX 3864P1 (material poliploide obtenido del de clon FX 3864) presentan característica de H. benthamiana.

Un segundo gran grupo, con un 80% de similaridad, se conformó por clones de H. brasiliensis, H. brasiliensis x H. benthamiana y un material perteneciente a H. pauciflora. En su interior a un punto de corte de 70% de símilaridad, se observa un subgrupo de materiales de H. brasiliensis de la serie PB y IRCA, producto del cruce entre el parental PB 5/51 y los parentales PB 86, PB 49 y Tjir 1, siendo conformado este conjunto por los clones PB 235; 252; 330; 255n; 86; 312; 260 y IRCA 18; 42; 109. De igual forma, con una similaridad del 70%, se apreció un subgrupo de clones PB255; 245; 217 y IRCA 22, materiales que son producto del cruce de parentelas de la serie PB, teniendo en común como progenitor al clon PB5/51.

Clones de H. brasiliensis y Hevea spp. (H. brasiliensis x H. benthamiana) presentaron un patrón de agrupamiento con una similaridad máxima de 60%; entre ellos, estuvo conformado mayormente por materiales de la series FX, IAN, RRIM, descendientes de cruces o hibridaciones con el parental PB 86. Los demás materiales conforman dos grupos, que presentan mayormente clones provenientes de cruces entre materiales primarios tanto de H. brasiliensis (MDF180, HAR 8, RRIC 7, RRIC 8, FDR 18, GT 1, PB 86, Tjir 1, PB 49 y Pil B 84) como de H. benthamiana (FA 1717, F454, F1619 y FB 38).

El análisis de componentes principales arrojó un número de diecinueve de ellos, con un acumulado del 91.9% de la variabilidad en los tres primeros, con valores del 87.92%, 2.46 % y 1.5 % para los componentes uno, dos y tres, respectivamente. La figura 2 presenta la distribución de los materiales sobre los planos producto de los primeros componentes, en la que se evidenció un agrupamiento de los materiales vegetales de H. pauciflora, H. guianesis y dos clones Hevea spp. (H. brasiliensis x H. benthamiana). Igualmente, un agrupamiento de materiales descendientes del cruce entre parental PB 5/51 y otros clones de esta misma serie.

En la dispersión obtenida con los componentes principales, se observa un gran grupo de materiales de descendencia directa del parental PB 86 o del parental PB 5/51 y clones con ascendencia de las series RRIM (500 y 600), los cuales, a su vez, son producto de cruces entre parentales Tjir 1, PB 86, PB 49. Se observa la presencia de dos clones producto de cruces entre la serie AVROS, así como el clon Primario PR 107.

La dispersión de los componentes principales exhibió un segundo gran grupo que incluye mayormente materiales producto del cruce entres clones de H. benthamiana (F: Ford. FA: Ford Acre y FB: Ford Belen) y el parental PB 86, así como algunos materiales descendientes de cruce con los parentales PB 49, PB 5/51, Tjir 1. Incluyendo dentro de este grupo el clon primario MDF 180 de H. brasiliensis y clon primario PA 31 de H. pauciflora.

DISCUSIÓN

Una gran proporción, cercana al 80% de los materiales incluidos en este estudio generaron un agrupamiento importante dentro de dos técnicas de los tres procedimientos utilizados, siendo una de las causas más probable de esta observación la descendencia de estos clones de materiales vegetales de origen asiático, conocidos en la literatura como clones Wickhan. Tales clones se derivan de una estrecha base genética colectada en 1876, proveniente únicamente de la margen del río Tapajos (Serier 1993) de la cual se generaron poblaciones por polinización abierta en diferentes países de Asia, hasta iniciar una selección, bajo metodología masal por Cramer, en 1919, y que se potencializaría por el desarrollo de la técnicas de propagación vegetativa para el árbol de caucho natural en 1920 (Dijkman, 1951). Esta generó las bases de manejo bajo un esquema de silvicultura clonal. Estas condiciones de propagación y distribución de árboles matrices entre los países de Indonesia, Malasia, Tailandia e Indochina mejoró el desempeño del cultivo y la expansión de este, pero redujo el fondo genético de los materiales propagados.

Por lo anteriormente expuesto, se observó una respuesta de agrupamiento de los materiales incluidos en este estudio, descendientes de los parentales PB 86; 49; 5/51 y Tjir 1, que incluyen la mayoría de clones de la series PB, IRCA, PR, RRIM, FX e IAN. Aunque las series IAN y FX provienen de un trabajo de selección de clones producto de hibridaciones interespecíficas, realizado entre 1942 y 1957 por la compañía Ford, el Instituto Agronómico del Norte y Departamento de Agricultura de los Estados Unidos, buscando producir materiales con resistencia al mal suramericano del hojas. El material disponible para este fin consistía en árboles matriz de las especies H. supreceana, H. guianensis, H. microphylla y H. benthamiana, seleccionados por su resistencia al mal del hoja en Forlandia cruzados con clones de origen asiático, como PB 186; 86, Tjir 1; 16, AVROS 183 y 363, considerados como los clones de mejores producción (Gonçalves et al. 1997).

El mayor agrupamiento, incluyó a los clones CDC 56; 312, FDR 4575 y 5788, proveniente de un acervo genético con una mayor diferenciación de los clones Wickhan. Esto es producto del trabajo iniciado en el año 1946 por la empresa Firestone que buscaba el mejoramiento genético de clones de Hevea resistentes al mal suramericano de las hojas, tomando como base principal un grupo de 25.000 accesiones de Madres de Dios (clones MDF), seleccionadas por su resistencia en campo en áreas de Perú, así como otro tanto de semillas escogidas de Turrialba/Costa Rica, incluyendo las series FX e IAN. Los cruces entres los materiales citados anteriormente se denotaron como MDX, los cuales, posteriormente, se cruzaron con clones asiáticos de las series AVROS, Habel y RRIM, para la obtención de clones de las serie CD y CDC (Resistant Dothidella Clones) en Guatemala y FDR (Firestone Dothidella Resistant), materiales producidos en Liberia (García et al. 2002).

Probablemente, los últimos cruzamientos efectuados para producir los individuos CDC y FDR, así como la posterior selección agronómica, introdujeron características deseables de los clones asiáticos dentro del acervo genético original de Madre de Dios, lo cual no permite bajo las condiciones de este estudio, diferenciar los descendientes de MDF de los clones Wickhan.

La tendencia de agrupamiento de materiales descendientes de los clones Wickhan observada en estos resultados concuerda con los resultados obtenidos en los estudios realizados con marcadores moleculares tipo RAPD y ISSR (An et al. 2005), ISSR (Kitijuntaropas & Wansomnuk, 2007), RAPD y microsatélites (Korakot et al. 2008) AFLP (Luo et al. 2001) y SSCP (Lekawipat et al. 2003a, 2003b).

Los resultados obtenidos en este estudio pueden ser complementados con un trabajo en la caracterización morfología de semilla y fruto. Estos caracteres han mostrado una capacidad de discriminación desde el inicio de estos estudios en 1933 por Frey-Wyssling y corroborados más recientemente por los reportes Saraswathyamma et al. (1981), Mercykutty et al. (1991, 1996, 1997), en trabajos de variabilidad de clones de H. brasiliensis.

CONCLUSIONES

En las condiciones de este estudio, el clon GU 1410 se presenta como el material más divergente entre los clones de Hevea. brasiliensis, contenidos en la colección clonal del SINCHI.

Una reducida variabilidad genética dentro de los clones de H. brasiliensis y Hevea spp., se estima bajo las condiciones de este estudio, lo cual se atribuye al linaje de estos materiales a cuatro parentales en común o cruzamientos entre mismos clones PB 86, PB 5/51, PB 49 y Tjir 1.

Se cuenta con un grupo de clones de especies diferentes de H. brasiliensis, que divergen ampliamente de esta, incluyendo todos los materiales de ellas, con la excepción del clon PA 31 de Hevea pauciflora.

Los clones FX 3899P1, IAN 6158 e IAN 717 se presentan como los materiales de mayor divergencia entre los materiales producto de los cruces interespecíficos H. brasiliensis x H. benthamiana.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos al Instituto Amazónico de Investigaciones Científicas SINCHI (sede Florencia-Caquetá) e Instituto de Biotecnología de la Universidad Nacional de Colombia (IBUN), por su valiosa contribución y apoyo. De igual forma, al Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural por el apoyo financiero (Convenio 057/2007) para la realización de este proyecto “Contribución a la certificación por técnicas moleculares de material comercial de Hevea brasiliensis de interés para Colombia”, ejecutado entre el Instituto SINCHI e IBUN.

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