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• Huitzin López Reyes

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ARQUETIPO: El término fue propuesto por:  

Colin Malcolm Donald 1910-1985 Ideotype. Joaquín Ortiz en 1970 utiliza el término arquetipo vs ideotipo (anglicismo).

Arquetipo: es el tipo de planta ideal para lograr alto rendimiento en un ambiente y sistema de producción específicos. Es una planta con características modelo (morfológicas, anatómicas, fisiológicas, fenológicas y fisiotécnicas, etc.), que influencian su comportamiento en un ambiente dado. Idiotipo: es la suma total de los determinantes hereditarios de un organismo, que consisten de su genotipo y plasmotipo. Ideotipo: literalmente significa la forma de denotar una idea. Individuo ideal que contiene las características más favorables a un fin determinado. Es una planta modelo que se espera tenga mayor rendimiento de grano, aceite u otros productos útiles cuando se desarrolla como un cultiva. Arquetipo: es el patrón ejemplar del cual otros objetos, ideas o conceptos se derivan. Modelo, tipo ideal. Deriva del griego αρτη, arjé, fuente, principio u origen y τσπος, typos, impresión o modelo. El mejoramiento y producción por arquetipos involucra dos aspectos: 1. Definición del ambiente para la producción de un cultivo 2. Conocer la importancia de las estructuras, órganos y niveles de los procesos fisiológicos de la planta con relación al proceso productivo en un ambiente definido. Si Rto = f(RFAi), entonces: 

Planta: No. de hojas, Tamaño de las hojas, Disposición de las hojas, Grosor de la hoja, Duración del área foliar, Efic. relativa haz/envés,

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Eficiencia de órganos no laminares: Aristas, glumas, vainas y tallo; cereales, Totomoxtle, vaina y tallo; maíz, Pedúnculo y valvas de vaina; leguminosas

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Ambiente: Disponibilidad de CO2, Temperatura, Humedad, Etc.

Ideas sobre competencia: Término análogo al de fenotipo y genotipo; describe un tipo ideal

Es posible definir un conjunto de características que un cultivo o planta debería tener para comportarse bien en poblaciones densas usadas por los agricultores. Mejoramiento por arquetipos vs enfoque empírico de eliminación de defectos y selección del rendimiento per se. Definir el arquetipo de un cultivo como un tipo de planta ideal con una combinación específica de características favorables para la fotosíntesis, crecimiento y producción de grano. Más eficiencia para definir un tipo de planta que fuese teóricamente eficiente y entonces mejorar para ello. Sugerir la importancia de tener un modelo (ideotipo = arquetipo) como objetivo para los programas de mejoramiento. Impacto en programas de mejoramiento y tipos de plantas ideales para muchos cultivos han sido descritas. Arquetipo de cereales: 

Al inicio de la estación de crecimiento, los cereales desarrollaban muchos macollos; no todos llegaban a formar tallos y tener una espiga con grano al final de la estación.

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Una de las características de su arquetipo de cereal fue que la planta no debería amacollar.

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Los macollos sin espiga representan un desperdicio de recursos; las plantas con un solo tallo único pueden generarse a través del mejoramiento genético, y colectivamente éstas deberían ser capaces de tener un alto rendimiento por unidad de área cuando se cultivaran en una densidad apropiada.

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Conocer cómo el ambiente afecta las características arquitectónicas y la fuerza y estabilidad de sus relaciones con el rendimiento es un pre-requisito necesario de un programa de mejoramiento efectivo para aumentar el rendimiento a través del mejoramiento de la arquitectura.

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Arquetipo de trigo “no competitivo”: Tallo corto (no acamable pero menos competitivo); Pocas hojas (solo las suficientes para interceptar la radiación disponible); Tallo único, no amacollador (no desperdiciar recursos compitiendo por espacio con los vecinos); Floración temprana (prolongado llenado de grano); índice de cosecha alto (más granos, menos hojas y tallos); Hojas erectas (alto UER – dispersión de la luz disponible sobre mayor área foliar).

Tipos de arquetipo: Aislado, Competidor, Cultivado. 

Aislado: Es el tipo de modelo de planta que se comporta mejor cuando las plantas se siembran de manera espaciada.

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Competidor: Este arquetipo tiene buen comportamiento en poblaciones genéticamente heterogéneas. Cereales (Alto, Muchas hojas, Libre macollamiento, Capaz de sombrear a sus vecinos menos agresivos). Cultivos anuales (Crecimiento anual, Bajos, Muchas hojas, Macollador/ramificador, Tamaño de semilla, Tasa de germinación, Características de raíz).

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Cultivado: Se comporta mejor bajo densidades de cultivo comerciales debido a que es un débil competidor. Cereales: (Tallo erecto, Poco macollador, Hojas pequeñas, Hojas erectas).

Otros tipos de arquetipos: 

Comercial: Color de semilla, Tamaño de semilla, Calidad de cocción y de horneado.

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Climático: Características importantes en adaptación (Resistencia al frío o calor, Duración de la maduración, Resistencia a sequía, etc.).

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Edáfico: Tolerancia a la salinidad, Tolerancia a la toxicidad, Tolerancia a la deficiencia. Agobiante: Resistencia tanto a estrés biótico como abiótico.

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Resistente a enfermedades/plagas

Otras características de arquetipos: Satisfactorios niveles de producción, Sistema radicular profundo, capaz de establecer relaciones simbióticas con los microorganismos del suelo, Habilidad competitiva con malezas, Variabilidad para competitividad. Mejoramiento por arquetipo: Énfasis en características individuales, morfológicas, fisiológicas, anatómicas, genéticas, fenológicas, que aumenten el rendimiento, incluye características que aumenten el rendimiento, como características que exhiben asociación positiva con éste, explotar la variación fisiológicas controlada genéticamente para aumentar el rendimiento, lento progreso en la selección del modelo diseñado, el fenotipo de la variedad a desarrollar es específico en términos de características morfológicas y fisiológicas, enfoque interdisciplinario y proceso continuo. Mejoramiento tradicional y por arquetipo: 

Tradicional: No son fijos. Antes de iniciar el programa de mejoramiento no se crea ningún modelo de planta.

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Arquetipo: Los valores de mejoramiento para características individuales son específicos. Primero se fija conceptualmente una planta modelo y después se hacen esfuerzos para obtenerlo.

Genotecnia de caracteres arquetípicos: Para romper la barrera del rendimiento potencial del arroz, científicos del IRRI propusieron modificaciones al tipo de planta actual de altos rendimiento. Aunque las características propuestas del nuevo arquetipo provinieron de diferentes perspectivas, los principales componentes incluyeron básicamente lo siguiente: 1. Baja capacidad de macollamiento (3-4 macollos en siembra directa) 2. Sin tallos no productivos 3. 200-250 granos por panícula 4. Tallos muy fuertes 5. Hojas gruesas y erectas, de color verde oscuro 6. Sistema radicular vigoroso 7. Mayor índice de cosecha Peng et al (1994) revisaron esas características individuales con relación al potencial de rendimiento; sin embargo, no se condujo una evaluación detallada del nuevo arquetipo propuesto Ese arquetipo llegó a ser el “nuevo tipo de planta” puesto de relive en el plan estratégico del IRRI y el esfuerzo en mejoramiento para desarrollar este germoplasma se convirtió en el proyecto de investigación más importante del periodo 990-94 y 99498. El objetivo era desarrollar un nuevo tipo de planta (NPT) con mayor potencial de rendimiento en ambientes tropicales que el de las variedades semienanas existentes El mejoramiento sobre el NPT comenzó en 1989 con 2,000 entradas del banco de germoplasma culivadas durante la estación seca (DS) y húmeda (WS) para identificar donadores de varias características Se identificaron donadores para poco macollamiento, panículas largas, tallos macizo, sistema radicular vigoroso y porte bajo.

Fueron principalmente bulus o javánicas de Indonesia que actualmente se mencionan como japónicas tropicales El trabajo de hibridación fue realizado en 1990 DS y las progenies F1 se cultivaron en 1990 WS, y las F2 en 1991 DS, y en viveros en 1991 WS. Desde entonces se han realizado >1,800 cruzas y generado 80,000 líneas Las líneas con características del ideotipo propuesto han sido seleccionadas Esas líneas se sembraron en parcelas de observación en 1993 WS. Sus características morfofisiológicas y rendimiento otencial ha sido evaluado desde 1994 DS en parcelas replicadas bajo diferentes prácticas de manejo Estrategias en el mejoramiento por arquetipo: 

Desarrollar un modelo conceptual: El peso (valores) de varias características morfológicas y fisiológicas especcificadas para el desarrollo de un modelo conceptual teórico.

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Selección del material base: Seleccionar genotipos con las características propuestas dentro de un “pool” genético de la especie de interés. P. e. altura de planta, duración del ciclo, tamaño de hojas y ángulo de inserción, entre otras.

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Incorporación de características deseable: Antes de iniciar un programa de hibridación es necesario conocer el grado de asociación entre los caracteres seleccionado.

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Selección del tipo ideal de planta: Plantas con las características deseables son seleccionadas en poblaciones segregantes e intercruzadas para obtener el tipo de planta deseado.

Factores que afectan el mejoramiento por arquetipos:  

Especie: Macollamiento en monocotiledóneas, Ramificación en dicotiledóneas Cultivo: Riego, Temporal

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Condición socioeconómica del productor: Cosecha mecánica en El Bajío, México, Cosecha manual en Afríca

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Uso económico: Sorgo granífero, Sorgo forrajero, Sorgo dulces.

Ventajas y desventajas del mejoramiento por arquetipos: Ventajas 

Explota características morfológicas y fisiológicas

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Da solución a varios problemas en un momento y es un método eficiente para desarrollar variedades para situaciones ambientales específicas

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Genes para características específicas son incorporados de material silvestre al pool genético élite

Desventajas: 

El mejoramiento por arquetipos es un método lento

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No ha sido posible identificar características individuales que aumenten el rendimiento indefinidamente o en situaciones genéticas y ambientales limitadas

Adaptación: Es la característica o características de un organismo que tiene valor de supervivencia bajo las condiciones existentes en su hábitat. Sinónimo: Potencial de reproducción, aptitud para sobrevivir en un ambiente determinado. Adaptabilidad: Capacidad para modificar la aptitud de sobrevivir al cambiar el ambiente (Allard y Hansche, 1964). Propiedad por la cual los organismos capacitados sobreviven y se reproducen en ambientes fluctuantes. Habilidad genética que resulta en la estabilización de las interacciones genético-ambientales por medio de reacciones genéticas y fisiológicas de los organismos, que ha sido heredada por éstos a través del proceso evolutivo. Es la interacción entre el genotipo y el ambiente (Matsuo, 1975). ADAPTACIÓN: Es la respuesta de un individuo ante un ambiente determinado. ADAPTABILIDAD: Es la respuesta favorable de un individuo a varios ambientes. ORGANISMOS SILVESTRES: Comprende la habilidad relativa de los individuos para mantener una consistencia en la supervivencia y reproducción ante ambientes cambiantes. PLANTAS CULTIVADAS: Es una habilidad genética de las variedades para producir un rendimiento alto y estable en ambientes diferentes (Supervivencia, Reproducción) están bajo control humano; no están relacionados con su adaptabilidad natural. ADAPTACIÓN y ADAPTABILIDAD son antagónicas; para mejorar la adaptación se requiere que la población bajo selección sea genéticamente variable, al mejorar la adaptación, la variabilidad genética se reduce y esto tiene como consecuencia una reducción en la capacidad para el cambio. Homeostasis: En programas de MEJORAMIENTO GENÉTICO existe interés acerca del comportamiento de los diferentes genotipos, con relación a la influencia del

ambiente. Es deseable que los genotipos manifiesten un comportamiento consistente en los caracteres de interés, principalmente el rendimiento. Comportamiento (o respuesta) estable mantenido por el organismo a través de sus procesos fisiológicos (Cannon, 1932). Mecanismo de autorregulación del organismo, el cual le permite estabilizarse ante las fluctuaciones ambientales externas e internas, y en consecuencia la población responde como un todo (Lerner, 1954). PLASTICIDAD O ELASTICIDAD: Es el grado en que la expresión de los caracteres de un genotipo es modificada por diferentes ambientes; es decir, la plasticidad en un genotipo ocurre cuando su expresión es capaz de alterarse por influencias ambientales y al cambio que ocurre se le denomina la respuesta. Plasticidad para un carácter: Específica para ese carácter. Específica con relación a influencias ambientales particulares. Controlada genéticamente y no está, necesariamente, ligada a heterocigocidad. Alterada por selección. ESTABILIDAD: Estabilidad: Indica una condición opuesta a la plasticidad, y la máxima adaptabilidad no requiere del mismo grado de estabilidad en todos los caracteres. AMORTIGUAMIENTO INDIVIDUAL: Los individuos por sí mismos pueden ser buenos amortiguadores de tal modo que cada miembro de la población tiene buena adaptación a un rango de ambientes. AMORTIGUMIENTO POBLACIONAL: Una variedad puede estar compuesta de un número de genotipos diferentes y cada uno de éstos estar adaptado a un rango distinto de ambientes, por lo que el amortiguamiento surge de la interacción de la coexistencia de los diferentes genotipos. Fenotipo: Es el organismo y todas las características que le son propias y que pueden distinguirse en él, en contraste con su constitución genética - el genotipo (Brauer, 1973). Genotipo: Es la constitución hereditaria completa de un organismo expresada como latente. Comprende todos los genes localizados en los cromosomas y los factores de herencia citoplasmática (Brauer, 1973). Genotipo: Cultivar con material genéticamente homogéneo (líneas puras o clones) o heterogéneo como las poblaciones de polinización abierta (híbridos de maíz).

Ambiente: Suma total de todas las condiciones externas que afectan el crecimiento y desarrollo de un organismo (Allard,1968). (Suelo(textura, propiedades físicas y químicas, profundidad etc.), Clima (lluvia, temperatura, radiación etc.), humedad edáfica, Malezas, plagas (insectos, enfermedades), Manejo agronómico (densidades de población, fertilización, riego, etc.)) Medio ambiente: Conjunto de variables no genéticas que afectan el valor fenotípico asociado a un genotipo (Crossa, 2004). Efectos principales: Ambiente (puro): Refleja los distintos potenciales ecológicos de los sitios y las condiciones de manejo, no tiene directa relación para el mejoramiento o recomendación de variedades. Efecto Genotipo (puro): Refleja el efecto de los genotipos independientemente del ambiente. Es relevante sólo en ausencia de interacción GE. f = g +a + (gxa)= f = Fenotipo correspondiente al genotipo g, g = Genotipo, a = Ambiente, (gxa) = Interacción genotipo x ambiente. Significado común o estático: Estable es algo que no cambia su expresión en espacio y tiempo (Márquez, 1988). Significado dinámico: Es el atributo que le permite a los genotipos ajustar su capacidad productiva a la más amplia variación del estímulo ambiental cuando son evaluados en ambientes diferentes (Jiménez, 2001). Estabilidad temporal: Está relacionada con el tiempo, es benéfica para los agricultores. Estabilidad espacial: Está relacionada con el espacio, es benéfica para las compañías de semillas y para los mejoradores. Interacción genotipo por ambiente: Es un problema universal que está relacionado con todos los organismos vivos. La interacción genotipo x ambiente no es sino el comportamiento relativo diferencial que exhiben los genotipos cuando se les somete a diferentes ambientes (Márquez, 1976). Los cambios en el ordenamiento de los cultivares al cambiar de un ambiente a otro indican la presencia de G x A, y la ausencia de estabilidad para el carácter en cuestión.

Desventajas de la interacción GxA: Obstáculo al mejoramiento de cultivos en una región objetivo.Inestabilidad espacial y temporal de los rendimientos. Inestabilidad de ingresos a nivel local y nacional. Ventajas de la interacción GxA: Genotipos con interacción positiva con la localidad y sus condiciones ambientales prevalecientes (explotación de una adaptación específica). Genotipos con baja frecuencia de pobres rendimientos o fracaso en condiciones ambientales pobres (Simmonds, 1991; Ceccarelli, 1996). Interacción GxA; se pueden esperar interacción cuando existe: 

Amplia variación entre genotipos con caracteres morfo-fisiológicos que le confieren resistencia o escape a uno o más estreses.

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Amplia variación entre medioambientes con la incidencia del mismo estrés.

Ausencia de interacción GxA: 

Una sola variedad de maíz u otro cultivo puede rendir bien en todo el mundo.

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La evaluación de variedades sería: En una localidad. Se identificaría la variedad sin error. No se necesitarían de repeticiones. Ustedes no estarían hoy aquí en este curso ni en esta universidad.

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Para incrementar la Producción Agrícola es necesario el incremento de la eficiencia de la utilización de los recursos.

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Esto incluye un mejor entendimiento de la interacción GxA y las alternativas de la explotación de ésta.

Agrupación de la interacción GxA:  

Interacción cruzada (cualitativa) Interacción no cruzada (cuantitativa)

Interacción GxA no cruzada:  

Cultivares genéticamente heterogéneos son evaluados en ambientes más o menos homogéneos. Cultivares genéticamente homogéneos son evaluados en ambientes heterogéneos .

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Desarrollo de variedades para zonas específicas: Enfoque de agricultura específica por sitio.

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Caracterización precisa de las zonas agroecológicas. Desarrollo de variedades y manejo agronómico para dichas zonas.

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Transferencia de tecnología con el mismo enfoque.

Como tratar la interacción GxA: 

Ignorándola.

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Usando las medias de los genotipos a través de los ambientes, aunque exista GxA. Explotándola cuando sea significante y del tipo cruzada.

Métodos estadísticos para analizar la estabilidad: 

La estabilidad del comportamiento de las variedades puede ser determinada vía estabilidad estadística.

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Se necesitan de modelos adecuados que proporcionen los criterios necesarios para ordenar las variedades de acuerdo con su estabilidad y así poder seleccionar genotipos estables que interaccionen lo menos posible con el ambiente. Regresión lineal. Variaciones de ésta.

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PRUEBAS REGIONALES DE RENDIMIENTO. 

El rendimiento es el principal resultado de los experimentos agronómicos.

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Es un resultado muy caro. Se necesitan análisis estadísticos que estimen el rendimiento y sus fuentes de variación, lo más precisamente posible. El diseño de experimentos y el análisis de ensayos multilocalidades tienen los siguientes objetivos:

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(Crossa, 2004):  

Estimar contrastes entre genotipos. Predecir el desempeño de genotipos en nuevos sitios y años.

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Estudiar la interacción GE y la estabilidad del rendimiento. Seleccionar genotipos superiores.

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Maximizar la ganancia genética.

EVALUACION DE CULTIVARES EN DIFERENTES AMBIENTES. OBJETIVOS 

Identificar y recomendar cultivares que se comporten mejor en el mayor número de ambientes (estabilidad)

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Identificar y recomendar cultivares que se adapten a ambientes específicos.

MODELO DE EBERHART Y RUSSEL (1966) Yij = μi+ biIj+ dij+eij: Bi se usa para medir la estabilidad de rendimiento de variedades. Adicionando el concepto de desviación de regresión (dij). Futuro: Superar el problema de la interacción GxA por medio de: 

Genética molecular

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Bioquímica Fisiología Modelos estadísticos avanzados para el manejo de datos con GxA significativa