Biotecnología forestal aplicada a la producción de madera de nogal
- Autores: Ricardo J. Licea Moreno
- Directores de la Tesis: Luís Gómez Fernández (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Orellana Saavedra (presid.), Agustín Rubio Sánchez (secret.), Mariano Toribio Iglesias (voc.), Juan Pedro Majada Guijo (voc.), María Jesús Cañal Villanueva (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
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- Resumen
- español
Los nogales son especies pertenecientes a la familia Juglandaceae, ampliamente distribuidos por las zonas templadas y subtropicales del planeta. Son apreciados desde la antigüedad por la calidad de sus frutos y su madera. Su grado de domesticación es relativamente bajo comparado con cultivos alimenticios, e incluso respecto a otras especies forestales. Aunque el mercado de la madera de nogal suele mover grandes cantidades de dinero, su producción está basada principalmente en explotaciones extensivas, creciendo bajo sistemas poco tecnificados. Algunos intentos se han realizado en los EUA y Europa para la obtención de variedades madereras de nogal, pero ya sea por sus prolongados ciclos biológicos, por la complejidad genética de los caracteres sobre los que habría que incidir, por la escasa experiencia acumulada en programas de mejoramiento o por las limitaciones de los protocolos comerciales de reproducción asexual disponibles, lo cierto es que no existen genotipos seleccionados y destinados para tal fin.
Poseer la capacidad de reproducir asexualmente los genotipos selectos es el complemento necesario de los programas de mejoramiento genético. Igualmente constituye la base de cualquier sistema productivo intensivo. Los sistemas de propagación vegetativa tradicionales en la familia Juglandaceae, además de ser inefectivos para la producción de elevados volúmenes de plantas, implican una gran complejidad en su ejecución y sus resultados suelen ser impredecibles. La micropropagación se plantea como la mejor alternativa para superar las dificultades de estas técnicas. Sin embargo, los nogales son considerados como altamente recalcitrantes al cultivo de tejidos, lo que provoca que sólo muy pocos genotipos sean propagados de forma comercial.
Varias fases de la micropropagación de los nogales son especialmente conflictivas, e inciden de manera individual, y en su conjunto, sobre el resultado final. El control de los contaminantes microbianos, junto con la emisión de sustancias fenólicas y el decaimiento de los cultivos dificultan el establecimiento in vitro de la gran mayoría de los genotipos. La re-emergencia de microorganismos durante la proliferación es una fuente de pérdidas importante que también puede conducir al fracaso de la micropropagación. Las bajas tasas de enraizamiento y la elevada mortalidad registrada durante la aclimatación, unidas a factores genéticos, terminan por limitar la utilización comercial de esta tecnología a unos pocos genotipos.
Con el objetivo de desarrollar un protocolo de micropropagación pre-comercial para el nogal híbrido maderero, se incidió en la solución de los principales problemas que dificultan la definición de ésta como una tecnología funcional para la producción de clones de ortetos selectos, al menos, para aquellos genotipos que pudieron ser establecidos in vitro. Así, aquí se presenta una metodología para el establecimiento in vitro que reduce la complejidad de esta fase y mejora el porcentaje de éxito durante la introducción. Igualmente se profundizó en el saneamiento de material contaminado y en el desarrollo de una herramienta que sirva para abordar el control de la re-emergencia microbiana durante la proliferación. También se analizan los elementos claves de este protocolo que garantizan la obtención de microbrotes de calidad enraizables, potencialmente capaces de soportar el paso a condiciones ex vitro. La evaluación de aspectos como la sustitución del FeEDTA por el FeEDDHA como fuente hierro, la introducción del Floroglucinol en el medio de cultivo de proliferación y la determinación de una fuente de carbono adecuada para la formación de las raíces, junto con un manejo adecuado de la fase previa a la pre-inducción radical, fueron determinantes en la micropropagación de hasta 14 genotipos de nogal híbrido maderero. Adicionalmente, la realización de un análisis detallado del sistema radical permitió comprobar que la metodología propuesta favorece la producción de raíces que están conectadas vascularmente con el tallo, lo que unido a la presencia de estomas morfológicamente normales, permite reducir las pérdidas por estas causas y favorece el proceso de endurecimiento.
Como complemento del programa de mejora y de clonación, se abordó el desarrollo de una herramienta que permitiera identificar y diferenciar las selecciones. Buscando combinar la simplicidad de la técnica con el máximo poder discriminativo posible, se eligió el uso de marcadores genéticos del tipo SSR. En una primera aproximación, se evaluó la conveniencia de emplear primers previamente publicados (Woeste et al. 2002) y utilizados en varias especies de la familia Juglandaceae (Dangl et al. 2005, Victory et al. 2006, Ross-Davis y Woeste 2008, entre otros autores). A pesar de que la mayoría de las parejas de cebadores evaluadas rindieron productos de amplificación interpretables, su capacidad de clasificación conjunta fue muy reducida y de uso muy limitado en una población afectada por un alto grado de parentesco. Por esta razón fue necesario desarrollar una batería de marcadores microsatélites diseñados específicamente para el nogal híbrido maderero. De las 700 regiones secuenciadas, finalmente 24 parejas demostraron ser funcionales y lo suficientemente polimórficas como para discriminar entre medios hermanos. Al ser utilizadas 10 de las nuevas parejas de primers, junto con 2 de la genoteca desarrollada por Woeste et al. (2002), en una población diferente fue posible genotipar con una PID del orden de 10-11, lo que abre la posibilidad de utilizar este set de marcadores de novo dentro de la familia Juglandaceae.
- English
Walnuts are species belonging to the Juglandaceae family, widely distributed throughout the temperate and subtropical zones of the planet. They are prized since antiquity for the quality of their fruit and wood. The domestication degree of walnuts is relatively low compared to food crops, and even compared to other tree species. Although the market of wood from walnut often move large amounts of money, its production is mainly based on extensive farms, growing under low-tech systems. Some attempts have been made in the US and Europe to obtain walnut varieties for wood production, however, once walnuts have long life cycles, the characters on which have to be made selection have a high genetic complexity, the limited experience in improvement programs or limitations of commercial protocols available for asexual reproduction, the fact is that there are not available genotypes for that purpose.
To develop the ability to reproduce asexually the selected genotypes is the necessary complement of improvement programs. Also the basis of any intensive production system. Traditional systems of vegetative propagation in Juglandaceae family, as well as being ineffective for production of high volumes of plants involve great complexity in its execution and its results are often unpredictable. Micropropagation is seen as the best alternative to overcome the difficulties of these techniques. However, walnuts are considered highly recalcitrant to tissue culture, causing only very few genotypes are propagated commercially.
Various stages of micropropagation of walnuts are especially problematic. The control of microbial contaminants, along with the releasing of phenolics and the decay of cultures difficult the in vitro establishment of the vast majority of genotypes. The re-emergence of microorganisms during proliferation is an important source of losses that can also lead to failure of micropropagation. Low rates of rooting and higher mortality during acclimatization, joint to genetic factors, limited the commercial use of this technology to a few genotypes.
In order to develop a pre-commercial protocol for micropropagation of a walnut hybrid, attention was paid on the solution of the main problems that hinder the definition of this as a workable technology for the production of clones of selected ortets. So, a methodology for in vitro establishment which reduce the complexity of this phase and improves the success rate for the introduction is presented. A tool for sanitizing contaminated material that serves for the control of microbial re-emergence during proliferation is proposed. Key elements to ensure obtaining root-able microshoots, potentially capable of supporting the transition to ex vitro conditions are analyzed. The replacement of FeEDTA by FeEDDHA as iron source, the introduction of phloroglucinol in the proliferation culture medium and determining a suitable carbon source for the formation of the roots, with a proper management of the stage prior to radical pre-induction, were key aspects for the micropropagation of up to 14 different genotypes of the hybrid walnut. Additionally, performing a detailed analysis of the root system allowed verify that the proposed methodology favored the production of roots that are connected with stalk. Moreover, the presence of morphologically normal stomata, could reduce losses and promotes the hardening process.
Complementing the improvement program and cloning, the development of a tool to identify and differentiate the ortets was discussed. Seeking to combine the simplicity of the technique with the maximum discriminative power, the use of genetic markers SSR type was chosen. To a first approximation, some primers previously published (Woeste et al. 2002) and used in several species of the family Juglandaceae (Dangl et al. 2005, Victory et al. 2006, Ross-Davis and Woeste 2008 among others) were evaluated. In spite of that some of these markers yielded interpretable amplification products, their capacity for joint classification was very small and their use was affected by the high kinship degree of progeny. For this reason it was necessary to develop a set of microsatellite markers designed specifically for the hybrid walnut. From 700 sequenced regions, 24 primers showed to be functional and sufficiently polymorphic as to discriminate between siblings. 10 of these markers, along with 2 from the library developed by Woeste et al. (2002), were used in a different population, showing that it was possible to genotyping with a PID of the order of 10-11, which opens the possibility of using this set of markers within the family Juglandaceae.
- español
