Estudios genéticos de Festuca alta (Festuca arundinacea schreb. var arundinacea) bajo condiciones de estrés por salinidad y sequía

Abstract

Las pasturas cultivadas constituyen uno de los componentes principales en la alimentación de la ganadería argentina, la que en los últimos años fue reordenada en ambientes de menor potencial productivo por efecto de la expansión agrícola. Particularmente, la superficie sembrada con pasturas en la Región Pampeana fue desplazada hacia ambientes afectados por anegamiento temporario, salinidad, alcalinidad y sequías transitorias. La salinidad y la sequía constituyen la principal causa de pérdidas en los cultivos ya que impiden el desarrollo del potencial genético debido a que afectan negativamente el crecimiento, la producción de biomasa y el rendimiento de semillas. Las pasturas compuestas por gramíneas perennes como la festuca alta (Festuca arundinacea Schreb. Var arundinacea) son una herramienta valiosa para mejorar la capacidad productiva en los ambientes marginales. Los objetivos generales de la presente tesis fueron determinar la magnitud de la variabilidad genética entre y dentro de nueve poblaciones de festuca alta colectadas en los ambientes periféricos al nicho ecológico determinado en la región pampeana y analizar fenotípica y genéticamente el crecimiento inicial de familias de medio-hermanos (FMH), derivadas de dichas poblaciones, en condiciones de salinidad y sequía. Para esto se condujeron cinco experimentos; el primero y segundo experimento consistieron en la colecta y determinación de la variabilidad genética a nivel agronómico y molecular de las poblaciones; el tercer experimento estudió la respuesta a la salinidad en el crecimiento inicial de FMH en hidroponia (0mM, 250mM y 500mM de NaCl); el cuarto experimento estudió la respuesta a la sequía en el crecimiento inicial de las mismas familias y el quinto experimento consistió en la caracterización molecular de las FMH seleccionadas por su tolerancia o susceptibilidad a la salinidad y/o sequía. Los resultados obtenidos en los experimentos 1 y 2 detectaron una importante variabilidad fenotípica y molecular entre y dentro de las poblaciones colectadas, las cuales podrían estar sujetas a procesos micro evolutivos de expansión de la especie hacia ambientes restrictivos. A través del análisis de Procrustes Generalizado se observó un alto consenso en el ordenamiento de las FMH confirmando la utilidad de la evaluación morfológica y molecular en la caracterización de las poblaciones. El experimento realizado en condición de salinidad detectó una respuesta diferencial de las familias a los tratamientos impuestos y las estimaciones de heredabilidad en sentido estricto expresaron un importante componente heredable, principalmente en la condición salina intermedia (250mM de NaCl). Se seleccionaron FMH tolerantes y susceptibles al estrés a través del Indice de Tolerancia. El estudio de las familias en condición de sequía detectó diferencias en caracteres de crecimiento inicial, aunque las estimaciones de las varianzas y la heredabilidad de las variables de producción de forraje fueron moderadas a bajas; probablemente porque la inducción de sequía fue moderada. A través del Indice de Tolerancia se seleccionaron FMH tolerantes y susceptibles. El último experimento permitió detectar 12 alelos con efectos significativos, lo que indicaría la relación con la tolerancia o susceptibilidad a salinidad y/o sequía. En términos generales la presente tesis doctoral generó conocimientos y aportó germoplasma utilizable en futuros programas de selección y obtención de cultivares de festuca alta tolerantes a salinidad y sequía, que resulten productivamente útiles en diferentes sistemas ganaderos de la ArgentinaIn Argentina over the past years there was a strong increase of agricultural production displacing livestock into marginal areas, affected by temporary flooding, salinity, alkalinity and temporary droughts. Salinity and droughts negatively affect the growth, biomass production and seed yield of crops. Tall fescue (Festuca arundinacea Schreb. var arundinacea) is a valuable perennial grass that grows spontaneously on the roadsides of the humid Pampas region. The aim of this study was to determine phenotypic and genetic parameters of nine populations collected on the ecological niche boundaries, and 30 half sib families (HS) growing under salinity and drought conditions. Five experiments were conducted on field, greenhouse and laboratory conditions. An important phenotypic and molecular variability between and within collected populations were detected in experiments 1 and 2, and could be associated to the species evolutive expansion to restricted environments. The salinity experiment showed HS initial growth reduction under hydroponics conditions, with different responses depending on each family and treatment; at 250 mM NaCl an important heritability was expressed by the families. The drought experiment affected the families´ initial growth, and narrow sense heritability was low probably because of moderate drought stress. The Relative Tolerance Index (ITPSA) was an important variable to select tolerant and susceptible half-sib families. The molecular characterization of tolerant and susceptible HS allowed the detection of 12 alleles with significant effects, which would indicate association between both stresses. The present thesis provides information and germplasm to be used in future breeding programs in order to obtained salt and drought-tolerant tall fescue cultivars.