Con el fin de analizar el riesgo y las implicaciones que pudiera conllevar la transferencia de genes de resistencia a herbicidas del trigo a especies que comparten hábitat con él, en el contexto de un cultivo de trigo transgénico tolerante a herbicidas, se ha estudiado la resistencia a herbicidas y la fertilidad de híbridos entre los cultivares de trigo CS y Castan y Ae. geniculata y Ae. biuncialis, especies relacionadas presentes en nuestra geografía. Los híbridos
F1 y BC1 entre estas especies y cultivares de trigo tolerantes a esos herbicidas son capaces de tolerar el herbicida y muestran cierto grado de fertilidad, lo que podría suponer un¡ riesgo agro-ambiental.
INTRODUCCIÓN
El trigo (Triticum aestivum L.) es la especie cultivada de mayor importancia en el mundo con una producción de más de 625 millones de toneladas anuales y una superficie cultivada de de alrededor de 215 millones de hectáreas (FAOSTAT, 2005). El trigo coexiste en muchas zonas con diferentes especies del género relacionado Aegilops, con las que puede producir híbridos. A pesar de ser tanto el trigo como muchas especies de Aegilops plantas predominantemente autógamas, se han encontrado híbridos entre ambas especies entre las plantas de Aegilops de la periferia de los campos de trigo. Son numerosos los híbridos espontáneos descritos entre el trigo y especies como Aegilops geniculata, Ae. biuncialis, Ae. triuncialis, Ae. ventricosa o Ae. cylindrica (VAN SLAGEREN, 1994). En España se han detectado híbridos con Ae. geniculata en los bordes de campos de trigo en diferentes zonas como Cádiz, Navarra o Zamora (VAN SLAGEREN, 1994; LOUREIRO et al., 2006).
Esta especie, al igual que Ae. triuncialis, se encuentra también en campos de almendros y olivos del área mediterránea y ha sido citada como mala hierba (USDA PLANT DATABASE, 2006) lo que, en caso de transferencia de genes de resistencia a herbicidas, agravaría la problemática existente tal y como ha sido descrito para los híbridos entre trigo y Ae. cylindrica Host. resistentes a imidazolinonas que se han encontrado en Estados Unidos en campos en los que estaban presentes ambas especies. En este caso, aunque la tasa de hibridación espontánea es baja, la fertilidad de los híbridos se incrementa en las sucesivas generaciones (WANG et al., 2001) lo que unido a la selección por el herbicida ha provocado un problema de resistencia a imidazolinonas (SEEFELDT et al., 1998; HANSON et al., 2002).
Ya se han desarrollado con éxito trigos tránsgénicos portadores de diversos caracteres de interés práctico entre los que tiene un papel fundamental la resistencia a herbicidas de amplio espectro (BLACKSHAW y HARKER, 2002; ZHOU et al 2003). Estos trigos serán probablemente comercializados en un futuro próximo lo que hace necesario el conocimiento de la posibilidad de difusión de la resistencia a herbicidas del trigo a sus especies emparentadas para prevenir la difusión de un carácter que puede conferir a estas especies ventajas adaptativas que las haga más invasivas (DARMENCY, 1994).
En este escenario se está estudiando la posibilidad de que exista transferencia de genes de resistencia a herbicidas del trigo a Ae. Geniculata y a Ae. biuncialis, dos especies presentes en nuestra geografía, con el fin de analizar las implicaciones que este hecho pudiera conllevar en el contexto del cultivo de trigo transgénico resistente a herbicidas. Para ello en este trabajo se ha evaluado en condiciones controladas de cámara y de invernadero la respuesta a herbicidas y la fertilidad de híbridos F1 y BC1 entre dos especies sensibles de Aegilops y cultivares de trigo con genes de resistencia a herbicidas, uno Castan tolerante al herbicida clortoluron (SIXTO et al., 1995; BOZORGIPOUR y SNAPE, 1997) y otro Chinese Spring tolerante a difenzoquat (BUSCH et al. 1989). De este estudio de podrá determinar la importancia que ambos factores puedan tener en el futuro desarrollo de plantas resistentes.
Materiales y métodos
Material vegetal
En este estudio se han utilizado los cultivares de trigo blando Castan y Chinese Spring (CS) (Triticum aestivum L., 2n=6x=42, AABBDD), Los cultivares de trigo se seleccionaron porque presentaban genes de resistencia a los herbicidas clortoluron (Castan) y difenzoquat (CS) y se utilizaron en lugar de cultivares transgénicos, cuyo uso está limitado por la disponibilidad y las normas reguladoras.
Las especies relacionadas con el trigo estudiadas fueron Aegilops geniculata Roth. (2n=4x=28, MMUU) (Figura 1) y Aegilops biuncialis Vis., (2n=4x=28, UUMM) (A. lorentii Hochst.) (Figura 2), además de los híbridos F1 (Figura 3) obtenidos mediante cruzamiento manual entre estas especies como receptoras y el trigo como polinizador y sus BC1, obtenidos por retrocruzamiento de las plantas F1 con trigo. Para la nomenclatura de las especies del género Aegilops se ha seguido la monografía de van Slageren (1994)
Ensayos de pulverización en plántula
Las semillas de los parentales Ae. geniculata, Ae. biuncialis y los trigos CS y Castan, y de sus híbridos F1 y BC1 para cada especie de Aegilops, se sembraron en vasos de plástico con una mezcla de mantillo:tierra:arena (1:1:1) con dos semillas por vaso y tres vasos por tratamiento. Cuando las plantas de Ae. geniculata, Ae. biuncialis, CS y sus híbridos (F1 y BC1) se encontraban en estado fenológico de dos a tres hojas se trataron en un pulverizador automático de boquilla plana Teejet 8003 con difenzoquat 33% p/v (Superaven®, Cyanamid) a 0; 1,5; 2,25; 3; 4,5 y 6 kg.ha-1, siendo la dosis recomendada de 3 kg.ha-1. Las plantas se extrajeron con raíz 15 días después del tratamiento, se lavaron, se secaron con papel y se pesaron. Los ensayos se realizaron en cámara con un fotoperíodo de 16 horas de luz (250-300 mE m-2s-1 PAR) a 22±1°C y 8 de oscuridad a 16±1°C.
Los híbridos entre Ae. geniculata y Castan (F1 y BC1) así como ambos parentales se trataron en pre-emergencia 24 horas después de la siembra con clortoluron 50% v/v (Oracle®, Du-Pont) a 0; 2; 3; 4; 6 y 8 l.ha-1, siendo la dosis recomendada de 4 l.ha-1. Transcurridos 30 días después del tratamiento se procedió del mismo modo que en el ensayo anterior. Estos ensayos se realizaron en condiciones de invernadero con control de temperatura (22±3°/15±2°C) y sin iluminación adicional.
Fertilidad de los híbridos
La fertilidad de los híbridos F1 por autofecundación y por retrocruzamiento se expresa en número de granos por espiguilla.
Análisis de datos
La respuesta de las plantas a las diferentes dosis de los herbicidas se calculó mediante el ajuste a un modelo log-logístico según Seefeldt et al., (1995), que sigue la formula y=f(x)=C+(DC)/(1+(x/ID50)b), donde C es el límite inferior que corresponde a la dosis mayor de herbicida, D el límite superior que corresponde al testigo y b la pendiente de la curva en la zona de ID50, que es la dosis que produce una inhibición del 50% del testigo.
Los parámetros se estimaron por ajuste por iteración usando el modelo PROC NLIN del programa SAS (SAS 9.1, 2006).
Resultados y discusión
Respuesta a herbicidas
La respuesta a difenzoquat de Ae. geniculata, Ae. biuncialis y CS y de sus híbridos F1 y BC1 obtenidos en los respectivos cruzamientos se muestra en la Figura 4. Se puede apreciar que el daño producido en los Aegilops por el herbicida fue del 75% a la dosis recomendada de 3 kg.ha.-1 y que las generaciones F1 y BC1 son claramente más tolerantes.
A esta misma dosis el daño fue del 60% para los híbridos entre Ae. geniculata y CS y de 50% para híbridos de Ae. biuncialis con CS. Este daño fue menor para los retrocruzamientos con Ae. Geniculata con una reducción en peso en porcentaje de testigo similar a la que se produce en el cultivar tolerante.
Los ID50 para la respuesta a difenzoquat fueron similares para Ae. geniculata y Ae. Biuncialis 1,70 y 1,96 kg.ha.-1 respectivamente. Estos ID50 fueron superiores para los híbridos F1, 2,14 y 2,19 kg.ha.-1 respectivamente. En el caso de los retrocruzamientos (BC1), para el genotipo Ae. Biuncialis el ID50 fue similar al de su F1, mientras que, en el caso de Ae. geniculata el ID50 fue mucho mayor, 2,70 kg.ha.-1.
La respuesta a clortoluron de Ae. geniculata, Castan y de sus híbridos F1 y BC1 se muestra en la Figura 5.
El daño producido por el herbicida en Ae. Geniculata fue superior al 80% a la dosis recomendada de 4 l.ha.-1, siendo el ID50 estimado de 1,36 l.ha-1. Sin embargo, el daño sufrido a esa misma dosis en las generaciones F1 y BC1 fue inferior al 40%, siendo el ID50 idéntico para ambas, 3,92 l.ha.-1. Estas generaciones F1 y BC1 fueron 2,89 veces más resistentes que el parental Aegilops.
Fertilidad de los híbridos
La mayoría de los híbridos F1 fueron estériles por autofecundación (Tabla 1) y sólo se obtuvo un grano F2 en un híbrido Ae. geniculata x Castan. Sin embargo, entre el 50 y el 60% de los híbridos entre Ae. geniculata y trigo y el 100% de los híbridos entre Ae. biuncialis y CS fueron parcialmente fértiles por retrocruzamiento con trigo, con fertilidades medias entre 1,77 y 2,67% para Ae. Geniculata y de 10,6% para Ae. biuncialis. Existe variabilidad entre plantas, con porcentajes de granos por espiguilla de entre 0 y 20%.
Las dos especies de Aegilops son controladas por ambos herbicidas y mueren 30 días después del tratamiento. Sin embargo sus híbridos F1 y los retrocruzamientos toleran el herbicida incluso a dosis doble de la recomendada, puesto que poseen el gen de resistencia transferido por hibridación.
Estas plántulas además llegan al estado de planta adulta y producen descendencia. La generación F1 no es completamente estéril por autofecundación y puede producir alguna semilla F2 viable (probablemente formada por la unión de gametos no reducidos).
Además es parcialmente fértil por retrocruzamiento con trigo. Este retrocruzamiento también ha sido citado en condiciones naturales (VAN SLAGEREN, 1994) y en condiciones de ensayos de campo, con tasas medias obtenidas de 3,17% para los híbridos con Ae. biuncialis y 2,87% para Ae. geniculata, utilizando otro cultivar de trigo (LOUREIRO et al., 2007).
Esta situación es similar a la descrita para la mala hierba Ae. cylindrica en la que a pesar de que pueda existir esterilidad parcial en las primeras generaciones, los híbridos pueden ser parcialmente fértiles (SNYDER et al., 2000) y puede recuperarse la fertilidad en las siguientes generaciones (WANG et al. 2001). Además, el origen común de trigo y Aegilops hace que la similitud entre los genomios (FERNÁNDEZ-CALVIN Y ORELLANA, 1992) pueda permitir la introgresión de los genes de resistencia aunque probablemente en proporciones muy bajas. Estos hechos manifiestan que la problemática descrita para Ae. cylindrica puede suceder en otras especies del género presentes en nuestros campos (Figura 6), por lo que será necesario continuar con el estudio de la fertilidad en las siguientes generaciones, así como estudiar el retrocruzamiento de los híbridos con Aegilops.
Si en estas especies con sus caracteristicas de prolificidad y de capacidad invasiva se produce la introgresión de una resistencia a herbicida, el desarrollo de nuevas malas hierbas resistentes seria un riesgo real. El conocimiento previo de este riesgo permitirá la implementación de medidas sencillas de gestión que minimicen el riesgo de transferencia de genes y de desarrollo de nuevas resistencias.
Conclusiones
La transferencia de resistencia a herbicidas de trigo a sus híbridos con Ae. geniculata y Ae. Biuncialis y a sus generaciones derivadas es posible. La frecuencia de esta transferencia es baja si se aplican medidas adecuadas de gestión.
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Comprar Revista Phytoma 193 - NOVIEMBRE 2007
