AIANBA. Desarrollo de Genotipos de Maíz de Alta Amilosa sobre diferentes Fondos Genéticos

Selección de los principales trabajos científicos originales expuestos en el último Congreso Nacional de Maíz: Generando Valor para un Futuro Sustentable organizado por AIANBA –Asociación de Ingenieros Agrónomos del Norte de la Provincia de Buenos Aires-.

Desarrollo de Genotipos de Maíz de Alta Amilosa sobre diferentes Fondos Genéticos.

Eyhérabide G.H.; Percibaldi N.M.; Hourquescos M.J.; Borrás F.S; Robutti J.L.
Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria - Estación Experimental Agropecuaria Pergamino.

Key words: maize, maize specialties, starch quality, high amylose.
Palabras clave: maíz, calidad de almidón, alta amilosa, especialidades de maíz.

Introducción

En la molienda húmeda de maíz, resultan relevantes tanto la composición química del grano como sus características funcionales, siendo uno de los principales productos, el almidón y sus derivados. La lista de productos que provienen de la molienda húmeda de maíz y sus aplicaciones en las más variadas industrias están en permanente expansión. Un número importante de genes afecta el desarrollo del grano de maíz, sus propiedades físicas o su composición química. La evidencia experimental da cuenta de la importancia de las interacciones entre genes y las asociaciones o correlaciones genéticas entre diferentes caracteres de calidad y de interés agronómico. Si bien la calidad está condicionada por factores genéticos, el genotipo debe expresarse en una variedad de ambientes. En este contexto debe considerarse ambiente no solamente aquellas variables climáticas y de manejo del cultivo, sino también el resto del genoma o fondo genético.

El almidón, principal componente del endosperma del grano de los cereales, es la molécula natural más importante en la agricultura, y a nivel mundial, se considera que el cultivo de maíz es la fuente de almidón más económica. El almidón es un homopolímero de la glucosa formado por dos fracciones principales, la amilosa y la amilopectina (Fergason, 2001). La amilosa está compuesta por cadenas esencialmente lineales de glucosa, con escasas ramificaciones. La amilopectina, en cambio, es fuertemente ramificada y tiene un tamaño molecular mucho mayor que la primera. Ambas moléculas, además de compuestos de naturaleza intermedia, se empaquetan en forma de gránulos de almidón con propiedades cristalinas y estables, insolubles y de tamaño variable. Existe una relación conocida entre las características estructurales (amilosa y amilopectina) y las propiedades funcionales del almidón. El almidón nativo no se adapta a todos los usos, por lo que se requiere su modificación química. Los intentos de modificación del almidón en forma natural dieron lugar al desarrollo de las especialidades de maíz waxy y amilomaíz, cuyo almidón posee características estructurales y funcionales diferentes, con aplicaciones en la industria de alimentos, papelera, textil, etc. El almidón de amilomaíz, sometido a modificaciones físicas y químicas tiene más de 30 áreas de aplicación, y su número aumenta rápidamente. La especialidad amilomaíz se desarrolló a partir del gen amilosa-extender (ae), el cual aumenta el porcentaje de amilosa en el almidón hasta 36-65%, y el de los compuestos intermedios hasta el 15%. La dispersión en el nivel de amilosa responde a la existencia de genes modificadores (Zuber et al., 1958), cuyo aprovechamiento resulta una de las claves del éxito en el desarrollo de amilomaíz. En ciertos fondos genéticos, sin embargo, el gen ae provoca efectos deletéreos y una disminución en la tasa de emergencia del cultivo. La acción génica de estos modificadores es primariamente aditiva, lo que permitió elevar a nivel experimental el porcentaje de amilosa por encima del 90%. El método de pedigree y retrocruza es utilizado corrientemente para el desarrollo y conversión de líneas élite. En los EEUU la producción de amilomaíz se tipifica en Clase V y VII según que el porcentaje de amilosa sea del orden del 50% y 70%, respectivamente. La producción se hace bajo contrato, previendo un sobreprecio promedio del 50% que compense el menor rendimiento de estos híbridos respecto a los convencionales. Factores ambientales, sean de naturaleza climática o bien controlables por el agricultor, pueden afectar significativamente la calidad. Por ejemplo, mayores temperaturas medias durante la etapa de llenado del grano promueven una menor proporción de amilosa en el almidón. La disminución del área foliar reduce la proporción de amilosa, en cambio las siembras tardías la aumenta.

Se inició en INTA Pergamino un pequeño programa de desarrollo de materiales waxy y de alta amilosa, con fines de disponer de germoplasma básico para el desarrollo posterior de cultivares de calidad diferenciada y para ser empleados como insumos de otros trabajos de investigación en calidad. El presente trabajo se refiere a materiales de alta amilosa y su objetivo fue analizar los resultados del procedimiento de incorporación del alelo recesivo amilosa-extender en distintos fondos genéticos argentinos y poner a prueba la hipótesis de su efecto modificador sobre el porcentaje de amilosa en el almidón de materiales homocigotas para el gen ae.

Materiales y Métodos

Material vegetal

En el marco de dos proyectos INTA de investigación se inició el desarrollo de materiales de maíz de alta amilosa. Para ello se introdujo una muestra de una línea exótica donante homocigota recesiva para el gen amilosa-extender (Mo309 aeae). Se generaron los cruzamientos F1 entre el donante del alelo recesivo y una serie de líneas desarrolladas por el INTA Pergamino (LP1044, LP579, LP662, LP1512, LP2541). En el caso de las líneas LP579 y LP1044, con posterioridad al cruzamiento original se realizaron dos retrocruzas (RC2) utilizando a estas líneas como padre recurrente. Plantas de las F2 o las RC2 de los diferentes cruzamientos fueron autofecundas en el campo de cría, y a la cosecha se seleccionaron los granos que por su opacidad aparentaban ser homocigotas recesivos para el gen amilosa extender. Las espigas que no mostraban segregaciones evidentes fueron descartadas. En la campaña posterior se sembraron siguiendo un esquema de espiga por surco, todos los granos segregantes, presuntamente aeae, de cada espiga seleccionada. Aquellas líneas que mostraban pobre emergencia o número de plantas fueron descartadas antes de la floración, y las restantes autofecundadas. A cosecha se seleccionaron las espigas que mostraban el fenotipo aeae sin segregaciones, y se desgranaron en conjunto (bulk). En la campaña 2002/2003, se sembraron en el campo de cría las líneas seleccionadas y se autofecundaron de cinco a siete plantas de cada una de ellas. A cosecha, las espigas fueron identificadas y una muestra de 30 granos tomados de la porción central de cada espiga fue llevada a laboratorio para determinar porcentaje de almidón, porcentaje de amilosa y porcentaje de amilosa en el almidón. A esta etapa se llegó con un total de 118 líneas en desarrollo, cuyos progenitores y características generales se indican en la Tabla 1.

Tabla 1. Número de líneas segregantes homocigotas para el alelo ae, cruzamientos de origen y características generales del progenitor con el alelo silvestre.

Número de líneas	Cruzamiento de Origen	Características generales del progenitor LP
		Origen	Tipo de grano
28	(Mo309aeaex LP1044) x LP10442	Compuesto I	Duro, colorado
56	(Mo309aeae x LP579) x LP5792	Cruzamiento doble	Duro, anaranjado
3	Mo309aeae x LP1512	Compuesto GSSS	Semiduro, anaranjado
4	Mo309aeae x LP2541	Sintética BS13	Dentado, amarillo
27	Mo309aeae x LP662	Cultivar Ax252	Duro, anaranjado

Métodos analíticos

Las muestras de maíz consistieron en 30 granos enteros tomados de la porción central de la espiga, las que fueron molidas en un molino refrigerado marca Analyzer, modelo MC2 hasta alcanzar una granulometría capaz de atravesar un tamiz de 0.5mm. Luego, sobre una alícuota de cada muestra molida se determinó simultáneamente el contenido de amilosa y almidón empleando la metodología descripta por Robutti et al. 2000.

Métodos estadísticos

Se analizaron las variables porcentaje de amilosa, porcentaje de almidón y porcentaje de amilosa en el almidón. Utilizando el PROC UNIVARIATE de SAS, se determinaron los valores medios, desvíos estándar, máximos y mínimos, y prueba de normalidad. El procedimiento se aplicó considerando la población de 118 muestras, y subdividiéndola en función del fondo genético o línea "LP" utilizada en los cruzamientos. Las ocho muestras eliminadas del análisis lo fueron por cuanto sus niveles de amilosa en relación al almidón se situaban por debajo del 30%, y se presume que no fueron extraídas de espigas cuyos granos eran homocigotas para aeae. Posteriormente se compararon las medias de porcentaje de amilosa en el almidón de líneas con diferentes fondos genéticos utilizando la prueba de t y asumiendo muestras independientes, con variancias desconocidas e iguales.

Resultados y Discusión

Las líneas analizadas presentaron niveles de amilosa entre 31,9 y 39,4%, de almidón entre 60,8 y 67,3% y de amilosa expresada en porcentaje de almidón entre 47,4% y 60,0% (Tabla 2). Esta última variable ubica a la mayoría de las líneas analizadas en la Clase V de amilomaíz, y en algún caso dentro de la Clase VII.

Tabla 2. Medias y rangos observados para porcentajes de amilosa, almidón y amilosa/almidón para grupos de líneas homocigotas para el alelo ae con diferente fondo genético, y para la línea donante del alelo.

Fondo Genético	Amilosa		Almidón		Amilosa/Almidón
	Media	Rango	Media	Rango	Media	Rango
	------------------------------------     %    -----------------------------------
LP1044	35,9	20,9 - 40,4	65,2	56,4 - 77,8	55,5	32,6 - 66,2
LP1512	33,4	32,6 - 34,3	60,8	57,2 - 64,6	55,2	50,4 - 60,0
LP2541	31,9	23,3 - 38,6	67,3	66,6 - 68,2	47,4	34,8 - 58,0
LP579	39,4	33,1 - 45,2	65,9	53,9 - 76,8	60,0	46,3 - 71,8
LP662	32,5	18,0 - 42,5	66,5	57,2 - 73,4	48,8	30,0 - 59,4
Total muestras	36,6	18,0 - 45,2	65,8	53,9 - 77,8	55,9	30,0 - 71,8

De la comparación de los contenidos de amilosa en el almidón surgen diferencias importantes entre líneas con diferente fondo genético. Las líneas derivadas del cruzamiento entre Mo309aeae y LP579 mostraron la mayor media (60,0%) y el mayor valor extremo superior (71,8%), seguidas por las líneas con fondo genético LP1044 y LP1512. Los menores niveles de amilosa en relación al almidón se observaron en el caso de las líneas con fondo genético LP662 y LP2541 (Tabla 2).

Los niveles de amilosa en el almidón del promedio de líneas derivadas de LP579 fueron estadísticamente diferentes superiores a los de aquellas derivadas de LP1044, LP662 (P<0.01), de LP2541 (P<0.05) y de LP1512 (P<0.10). También se detectaron diferencias significativas entre los promedios de líneas derivadas de LP1044 y LP662 (P<0.01) (Tabla 3).

Tabla 3. Medias de amilosa/almidón (%) y significancias estadísticas de las diferencias entre medias de líneas con distinto fondo genético.

Fondo Genético	LP579	LP1044	LP1512	LP662	LP2541
LP2541	**	Ns	Ns	Ns
LP662	***	***	Ns
LP1512	*	Ns
LP1044	***
LP579
Media (%)	60,0	55,5	55,2	48,8	47,4

*, **, *** Significativo al 0.10, 0.05 y 0.01.
Ns: no significativo

Fergason (2001) atribuye las diferencias en el porcentaje de amilosa en el almidón entre materiales homocigotas para el alelo ae, a la acción de genes modificadores con pequeño efecto aditivo. Si bien no puede descartarse que los contenidos de amilosa en el almidón alcanzables pudiesen haber sido mayores a los observados como consecuencia de la erosión o pérdida de alelos modificadores por efecto del muestreo y deriva genética, la ocurrencia de diferentes niveles amilosa/almidón entre líneas con distintos fondos genéticos indica que algunos de ellos (especialmente LP579 y LP1044) pueden proveer de genes modificadores utilizables para el desarrollo de amilomaíz de clase VII.

Se ha reportado que la selección recurrente resulta efectiva para aumentar la frecuencia de genes modificadores de la expresión del gen amilosa extender. Consecuentemente, podrían generarse poblaciones a partir de la recombinación de líneas de diferentes fondos genéticos que hayan mostrado mayores niveles de amilosa en el almidón, y aplicar selección recurrente con el objetivo de elevar el porcentaje de amilosa en el almidón más allá de los niveles encontrados. Ello podría ser especialmente de aplicación en el caso de los fondos genéticos LP579 y LP1044.

Agradecimientos: Al personal auxiliar del Grupo Mejoramiento de Maíz y del Laboratorio de Calidad de Alimentos de la EEA Pergamino. Esta investigación fue financiada por el PN INTA 520208 (1907)

Bibliografía

Fergason V. 2001. High amylose and waxy corn. In: Specialty Corns. Editor A.R. Hallauer. CRC Press, NY.
Robutti J.L.; Borrás F.S.; Percibaldi N.M.; Knutson C.A. 2000. Cereal Chem. 77(1):24-26.
Zuber M.S.; Grogan C.O.; Deatherage W.L.; Hubbard J.E.; Schulze W.E.; MacMasters M.M. 1958. Agron. J. 50: 9.