Exploración de maíces azules para mejoramiento de la base genética de los materiales cultivados en los Valles Altos de México.

Abstract

Con el propósito de aprovechar los enormes recursos genéticos presentes en los bancos de germoplasma ubicados en el CIMMYT y el INIFAP en beneficio de todos los productores nacionales de maíz se realizaron dos experimentos para evaluar el contenido de antocianinas, así como, evaluar la estructura y diversidad genética de una colección de accesiones de maíz azul (Zea mays L.) provenientes de las instituciones antes mencionadas. En el primer experimento se evaluaron 554 muestras pertenecientes a 24 razas de maíz pigmentado que fueron utilizadas en el desarrollo y validación de modelos matemáticos para la estimación del contenido de antocianinas por espectroscopía de infra-rojo cercano (NIR), a través de la espectroscopía de UV-Vis como método de referencia. Se determinó el perfil de antocianinas mediante cromatografía líquida de alta resolución (HPLC). Los más altos contenidos de antocianinas se encontraron en muestras de grano de maíz C11-IXT de Tlaxcala, con hasta 1989.9 μg Pel g-1 PS. Los mayores porcentajes de cianidina 3-glucósido, pelargonidina 3-glucósido y peonidina 3-glucósido fueron 48.79 %, 39.84 % y 12.14 %, respectivamente. El segundo experimento consistió en la evaluación de una colección de 150 accesiones de maíz azul pertenecientes a 16 razas de maíz azul. Se identificaron mediante la plataforma DArTseq un total de 235 580 alelos con un promedio de alelos efectivos por locus de 1,241. Los índices de diversidad genética obtenidos mostraron un rango de He de 0.0000174 a 0.5 (media 0.1498) y un rango de 0.0001587 a 1.0 para Sh (media 0.3467). El coeficiente de endogamia promedio obtenido fue de - 5.1220 y la matriz de distancias genéticas tuvo un promedio de 0.2317, un valor mínimo de 0.1367 y un máximo de 0.2725 entre las accesiones de la colección. El análisis de agrupamiento presento un coeficiente de aglomeración de 0.86, lo que indica una fuerte conexión de la agrupación mostrando la integración de cuatro grupos (k = 4) formados de la siguiente manera: Grupo 1 con 66 accesiones, Grupo 2 con tres accesiones, Grupo 3 con 16 accesiones y Grupo 4 con 65 accesiones. La prueba de Mantel presento una baja correlación (R = 0.1121, P = 0.021) entre distancias genéticas y geográficas lo que podría indicar la probable existencia de un patrón de aislamiento por distancia, lo que sugiere que la divergencia en la colección no es causada por el aislamiento geográfico de las colecciones. La información obtenida de este trabajo nos permitió identificar a la accesión BOZM342 procedente del CIMMYT como un material con un contenido destacado de cianidina 3-glucósido, que fue de 628.32 μg g-1 PS lo que la hace un material de interés para direccionar a un programa de pre-mejoramiento. Por otra parte, de los 32 modelos de calibración analizados para NIR destacaron dos, con altos coeficientes de determinación para la validación cruzada (0.64 y 0.65). Los modelos de NIR presentados en este trabajo se pueden utilizar para la determinación de antocianinas totales y apoyar a los programas de mejoramiento de maíces azules. Para el caso de la segunda parte del trabajo se identificó una amplia diversidad genética entre las 150 accesiones de maíz pigmentado estudiadas, según lo indicado por los parámetros genéticos estimado. Los resultados indican una alta estructura genética y la presencia de accesiones con una estructura genética compleja, con las razas Azul, Cónico, Elotero de Sinaloa, Elotes Cónicos, Tepecintle y Tuxpeño agrupadas en diferentes conglomerados. Hubo baja correlación entre las matrices de distancia geográfica y genética, lo que implica la falta de aislamiento por la distancia y sugiere un flujo continuo de genes entre los sitios donde se realizaron las colecciones, produciendo una estructura genética compleja. _______________ ABSTRACT: In order to take advantage of the vast genetic resources present in germplasm banks located at CIMMYT and INIFAP in benefit of all national producers of maize, two experiments were conducted to evaluate the content of anthocyanins, as well as, to evaluate the structure and genetic diversity of a collection of blue maize accessions (Zea mays l.) from the aforementioned institutions. In the first experiment 554 samples belonging to 24 races of pigmented maize were evaluated and in the validation of mathematical models for the estimation of the anthocyanin content by near infrared spectroscopy (NIR), to through spectroscopy UV-Vis as reference method. It was determined the profile of anthocyanins by means of liquid chromatography high resolution (HPLC). The highest anthocyanin contents were found in C11-IXT maize grain samples from Tlaxcala; samples contained up to 1989.97μg Pel g-1 DW. The highest percentages of cyanidin 3-glucoside, pelargonidin 3-glucoside and peonidin 3-glucoside were 48.79 %, 39.84 % and 12.14 %, respectively. The second experiment consisted in the evaluation of a collection of 150 blue maize accessions belonging to 16 races of blue corn. A total of 235 580 alleles were identified by the DArTseq platform with an average of effective alleles per locus of 1.241. Obtained genetic diversity indices obtained showed a range of He 0.0000174 to 0.5 (average 0.1498) and a range of 0.0001587 to 1.0 for Sh (average 0.3467). The retrieved average inbreeding coefficient was - 5.1220 and genetic distance matrix had an average of 0.2317, a minimum value of 0.1367 and a maximum of 0.2725 among the accessions in the collection. The cluster analysis presented a coefficient of agglomeration of 0.86, indicating a strong connection from the group showing the integration of four groups (k = 4) formed in the following way: Group 1 with 66 accessions, Group 2 with three accessions, Group 3 with 16 accessions and Group 4 with 65 accessions. The Mantel test presented a low correlation (R = 0.1121, P = 0.021) between genetic and geographic distances which could indicate the probable existence of a pattern of isolation by distance, which suggests that the divergence in the collection is not caused by geographic isolation of the Collections. The information obtained from this study allowed us to identify the accession BOZM342 from CIMMYT as a material with a featured content of cyanidin 3-glucoside, which was 628.32 μg g-1 PS making it a material of interest to direct a pre-breeding program. On the other hand, of the 32 calibration models analyzed for NIR highlighted two, with high coefficients of determination for the validation cross (0.64 and 0.65). NIR models presented in this paper can be used for the determination of total anthocyanins and support blue maize breeding programs. The second part of this research was able to identified a wide genetic diversity among the 150 pigmented maize accessions studied, as indicated by the estimated genetic parameters. The results indicate a high genetic structure and the presence of accessions with a complex genetic structure, with the races Azul, Cónico, Elotero de Sinaloa, Elotes Cónicos, Tepecintle and Tuxpeño grouped in different clusters. There was a low correlation between genetic and geographic distance matrices, which implies the lack of isolation by distance, and suggests a continuous flow of genes between the sites where the collections were producing a complex genetic structure.