Milanesi, L.; Espósito, M.A.; López Anido, F.S.; García, S.M. y Cointry, E.L. - Espárrago ( officinalis L.): Aspectos...

Avances en Horticultura - Review

Espárrago (Asparagus officinalis L.): Aspectos biotecnológicos de su mejora

L. Milanesi; M.A. Espósito; F.S. López Anido; S.M. García y E.L. Cointry

Facultad de Ciencias Agrarias, Universidad Nacional de Rosario. Campo Experimental J.F. Villarino. CC 14 (S2125ZAA) Zavalla, Santa Fe, Argentina. [email protected]

Recibido: 15/12/07 Aceptado: 27/10/08

Resumen Milanesi, L.; Espósito, M.A.; López Anido, F.S.; García, S.M. po, utilizándose sólo poblaciones mejoradas pero con aún mu- y Cointry, E.L. 2008. Espárrago (Asparagus officinalis L.): cha variabilidad genética. Con el desarrollo de las biotecnolo- Aspectos biotecnológicos de su mejora. Horticultura Argentina gías se dio un nuevo impulso dando origen a una gran cantidad 27(64): 19-24 de materiales con mayor productividad y uniformidad. Se presenta a continuación un resumen de las alternativas bio- El espárrago es una especie perenne y dioica que se reproduce tecnológicas que pueden aplicarse para la mejora de este culti- por semilla, que puede manejarse como espárrago blanco y ver- vo, que es una de las pocas monocotiledóneas que pueden me- de existiendo variedades adaptadas para uno u otro tipo de ma- jorarse por ingeniería genética mediante la infección con Agro- nejo. Ha sido cultivado en Argentina desde el siglo XIX locali- bacterium. zándose los primeros productores en Buenos Aires, San Juan y Rosario. Palabras clave adicionales: Híbridos machos, híbridos clona- La mejora de esta especie estuvo relegada durante mucho tiem- les, híbridos simples, ingeniería genética.

Abstract

Milanesi, L.; Espósito, M.A.; López Anido, F.S.; García, S.M. time to only improved populations with considerable variation. and Cointry, E.L. 2008. Asparagus (Asparagus officinalis L.): The development of biotechnological techniques gave a new Breeding biotechnological aspects. Horticultura Argentina impulse, arising numerous cultivars with increased yield and 27(64): 19-24 uniformity. A summary of the biotechnological tools that could be applied Asparagus is a perennial dioecious species multiplied by seed are presented; including genetic engineering mediated by Agro- means, which could be grown for green or blanched spears, bacterium transformation, in which this species is one of the with varieties specially bred for these purposes. In Argentina it few monocotiledoneus plausible for this transformation. has been cultivated since the XIXth century, where the first productions were established in Buenos Aires, San Juan and Additional keywords: All-male hybrids, clonal hybrids, sim- Rosario. ple hybrids and genetic engineering. The genetic breeding in this species has been relegated for long

1. Introducción tas estaminadas. El desarrollo de este tipo de híbridos se basa en el presupuesto de que el rendimiento de El mejoramiento del espárrago a través de técni- las plantas estaminadas es superior al de las plantas cas convencionales resulta un proceso arduo que re- pistiladas (Robbins & Jones, 1926; Young, 1937; quiere entre 15 y 20 años desde el comienzo del Ellison, 1986; Currence & Richardson, 1937; Fehr, programa hasta la obtención de semilla comercial 1987; Fallon & Nikoloff, 1986; Jamsari, 2004). Su (Ornstrup, 1997). Por tal motivo, en las últimas obtención puede lograrse mediante el cruzamiento décadas se han comenzado a desarrollar técnicas entre plantas pistiladas y plantas estaminadas super- biotecnológicas que permiten la producción de dife- machos (Sneep, 1953), que pueden lograrse, o bien rentes tipos de cultivares. por autofecundación de una planta andromonoica, o a partir de la duplicación de plantas haploides esta- 2. Híbridos “Todo macho” minadas provenientes del cultivo de anteras. Asparagus officinalis al ser una especie dioica Esta denominación es utilizada para definir ma- presenta una proporción sexual de 1:1 (macho: Mm, teriales de espárrago constituidos totalmente por plan- hembra: mm). La progenie producida por autofecun-

Horticultura Argentina 27(64): Sep.-Dic. 2008 19 Milanesi, L.; Espósito, M.A.; López Anido, F.S.; García, S.M. y Cointry, E.L. - Espárrago (Asparagus officinalis L.): Aspectos... dación de flores andromonoicas (Mm) segrega en asociada con el sexo, mostrando en las plantas esta- una proporción 1:2:1 (1 supermacho: MM, 2 ma- minadas menor intensidad. Las plantas superma- chos: Mm, 1 hembra: mm). Los supermachos y las chos (MM) no presentarían dicha banda. Los mar- plantas macho son imposibles de distinguir por ca- cadores moleculares se han empleado no sólo para racteres morfológicos. Las plantas supermacho de- la detección temprana del sexo (Biffi et al., 1995; ben ser identificadas por la proporción sexual obte- Ozaki et al., 1999a; Telgmann-Rauber et al., 2007; nida de la progenie producida por cruzamientos con Caruso et al., 2007; Gebler et al., 2007) sino tam- plantas pistiladas. Esta identificación requiere al bién para la determinación de la variación somaclo- menos un período de 24 meses. La inducción floral nal ocurrida durante cultivo in vitro (Hollingsworth permite establecer la proporción sexual en etapas et al., 1999; Pontaroli & Camadro, 2005) y para la tempranas de crecimiento reduciendo los tiempos construcción de mapas de ligamiento (Jiang et al., de evaluación de las progenies de diferentes cruza- 1997; Spada et al., 1998; Caporali et al., 1996; Will- mientos para identificar parentales supermachos. mar & Hellendoorm, 1968; Jamsari, 2004; Delaitre En 1986 se encontró que con el tratamiento de se- et al., 2005; Roose et al., 2005). millas de espárrago con 400 µM de triazina se indu- En 1993 comenzaron a comercializarse en Italia cía la floración de un 37 % de plántulas de un mes los primeros híbridos clonales manifestando buena de edad (Abe & Kameya, 1986) utilizándose poste- calidad y rendimientos, y luego en diferentes partes riormente anticitoquininas s-triazinas (Mizonobe et del mundo. En la actualidad se han incorporado los al., 1991) y derivados de anilidas y benzamidas híbridos Guelph Millennium y Millennium F1 pro- (Hara et al., 1992). Por otra parte, con el uso de venientes del programa del Dr. David Wolyn, de la citocininas es posible inducir un alto porcentaje de Universidad de Guelph (Guelph University, 2004), flores hermafroditas en plantas estaminadas, y con los híbridos Thielim, Horlin, Herkolin, Grolim pro- giberelinas aplicadas solas o en conjunto con citoci- ducidos por la empresa Limseeds (LimNews, 2006) ninas en plantas pistiladas (Lazarte & Garrison, y Pacific 2000, Crimson Pacific derivados del pro- 1980). Si bien las flores hermafroditas obtenidas grama del Dr. Peter Falloon de Nueva Zelanda con esta metodología no dieron semillas viables, en (2004). un futuro será posible, determinando las dosis ade- cuadas, proceder a la endocría de plantas selectas. 3. Híbridos clonales La frecuencia de floración de las plantas estami- nadas tratadas con carbamatos fue superior a la fre- Estos híbridos resultan del cruzamiento entre cuencia de plantas pistiladas en cultivares dioicos dos genotipos heterocigotas clonados, lo que facili- (Ozaki et al., 1999b). Al no presentar igual propor- ta la obtención comercial de semilla. El espárrago ción de ambos tipos de plantas, su uso no es adecua- presenta una baja tasa de multiplicación con la uti- do para pruebas de progenie para identificar super- lización de los métodos convencionales (Ellison, machos. Con el uso de N-(4-chloro-2-trifluorome- 1986; Yang & Clore, 1973) por lo que este tipo de thylphenyl)-N’- propoxyacetamidine (AM12) se pu- material comenzó a desarrollarse una vez puesta a do inducir la floración de ambos sexos y en igual punto las metodologías del cultivo in vitro. La pro- proporción (Sonoda et al., 2003). Así los tratamien- pagación clonal usando el cultivo de meristemas y tos con AM12 fueron adecuados para la identifica- ápices ha conducido a una frecuencia de multiplica- ción de supermachos. Con el desarrollo de marca- ción más elevada pero requiere una labor intensa dores moleculares, numerosos esfuerzos se han rea- (Doré, 1975; Cointry et al., 1993; Muñoz et al., lizado para identificar marcadores genéticos ligados 2006a). Una alternativa metodológica lo constituye a los cromosomas sexuales (Mamiya & Sakamoto, la embriogénesis somática que podría ser más efi- 2001; Jiang et al., 1997; Biffi et al., 1995; Reamon- ciente para la micropropagación clonal de las plan- Büttner et al., 1998; Reamon-Büttner & Jung, 2000; tas (Raemakers et al., 1995). Diferentes procedi- Jamsari, 2004). Durante el año 2007 (Gebler et al., mientos han sido descriptos para Asparagus offici- 2007) se ha avanzado significativamente en los mé- nalis a partir de diferentes tipos de explantos tales todos de detección de plantas machos (Mm y MM) como hipocótilos (Willmar & Hellendoorm, 1968), y hembras (mm). Mediante un análisis BSA (Bulk yemas terminales (Kunitake et al., 1996), tallos Segregant Analysis) se identificaron bandas ligadas (Reuther, 1977; Saito et al., 1991), cladodios (Ha- con el sexo. En plantas pistiladas y en cuatro plan- rada, 1973) y mesófilo de hojas (Jullien, 1974) o tas estaminadas se encontró una banda de 700 pb líneas embriogénicas habituadas (Limanton-Grevet

20 Horticultura Argentina 27(64): Sep.-Dic. 2008 Milanesi, L.; Espósito, M.A.; López Anido, F.S.; García, S.M. y Cointry, E.L. - Espárrago (Asparagus officinalis L.): Aspectos... et al., 2000; Štajner et al., 2002; Bojnauth et al., 5. Ingeniería genética 2003). Sin embargo, la aclimatación de las plántu- las provenientes del cultivo de tejidos es laboriosa La disponibilidad de sistemas eficientes de trans- por lo cual se ha desarrollado semilla sintética me- formación en especies cultivadas ha permitido la diante la encapsulación de embriones somáticos aplicación de esta técnica a la mejora. En el momen- (Maestri et al., 1991). to presente más de 50 especies de plantas cultivadas Existe una gran cantidad de híbridos clonales pueden ser transformadas por ingeniería genética. obtenidos en diferentes países como, por ejemplo, Esta cifra incluye muchas dicotiledóneas importantes Francia (Aneto y Desto, Bruneto, Cito y Stelline y un número creciente de monocotiledóneas como el (1980), Darsiane, Darlise y Darbella (2005)), Es- arroz, el maíz, el trigo y el espárrago. tados Unidos con el tradicional híbrido UC 157, De Una de las principales limitantes que se ha pre- Paoli (2006), Italia (Diego) y España (Plamaresp, sentado para la producción de espárragos es la en- Placosep y Plasenesp). fermedad causada por Fusarium oxysporum y F. En la Facultad de Ciencias Agrarias de la UNR monoliforme. Desafortunadamente no existen culti- se obtuvieron, durante 2002 y 2003, cuatro híbridos vares altamente resistentes y los tratamientos quí- inscriptos bajo la denominación de Lucero FCA- micos no han sido exitosos por lo que la ingeniería INTA, Mercurio FCA-INTA, Pampero FCA-INTA genética ha sido propuesta como una estrategia al- y Neptuno FCA-INTA y en 2004 la cultivar Sureño ternativa. Esta especie fue la primera en ser trans- INTA-FCA. Estos materiales son los únicos de ori- formada mediante el uso de Agrobacterium (Byte- gen nacional. Actualmente en el laboratorio perte- bier et al., 1987; Delbreil et al., 1993; Limanton- neciente a la Cátedra de Genética de la Facultad de Grevet et al., 2000) o por biobalística (Cabrera- Ciencias Agrarias (UNR) se lleva a cabo la multi- Ponce et al., 1997; Li & Wolyn, 1997) siendo esta plicación in vitro de los progenitores de los cuatro transformación altamente dependiente del genotipo híbridos experimentales selectos mencionados an- utilizado. Esta tecnología ha sido utilizada para des- teriormente para conformar lotes de cruzamiento y arrollar nuevas variedades obteniendo materiales de así producir semilla híbrida en cantidad suficiente mayor valor nutritivo. para su comercialización. Otra perspectiva actual está centrada en la utili- zación de la tecnología BT para el control de insec- 4. Híbridos simples tos demostrándose también que algunos genes ais- lados de tolerancia a herbicidas o de resistencia a Conceptualmente, un híbrido simple es aquel enfermedades podrían ser potencialmente transferi- proveniente del cruzamiento entre dos líneas puras dos al espárrago (Garrinson & Chin, 2005). Estos con el fin de lograr una máxima uniformidad y ex- datos demuestran la existencia de un gran número plotar el potencial efecto heterótico. Las líneas pue- de tecnologías disponibles para ser aplicadas en el den obtenerse por métodos tradicionales de consan- mejoramiento de esta especie. guinidad recurriendo a la autofecundación de ejem- plares hermafroditas o por cruzamientos repetidos 6. Bibliografía entre hermanos. Por este método fue creado el híbri- do Limbras en Nueva Zelanda que ocupó un 95 % de Abe, T. & Kameya, T. 1986. Promotion of flower for- las plantaciones en dicho país (Ellison, 1986). Sin mation by atrazine and diuron. Planta 169:289 embargo, este método es poco eficiente por el tiem- -291. po que se requiere para la obtención de las líneas. Biffi, R.; Restivo, F.M.; Tassi, F.; Caporali, E.; Car- Con el desarrollo del cultivo de anteras es posi- boni, A.; Marziani, G.; Spada, A. & Falavigna, ble la obtención de plantas haploides (Peng & Wo- A. 1995. A restriction fragment length poly- lyn, 1999) que, tras duplicación, permiten producir morphism probe for early diagnosis of gender embriones androgenéticos (Feng & Wolyn, 1994; in Asparagus officinalis L. HortScience. 30: Zhang et al., 1994; Muñoz et al., 2006b). Con el 1463-1464. objeto de distinguir en estadios tempranos plantas Bojnauth, G.; Puchooal, S. & Bahorun, T. 2003. In haploides androgenéticas de las haploides-duplica- vitro regeneration of Asparagus officinalis: das somáticas se desarrolló un protocolo basado en Preliminary results. Food and Agricultural RAPD-PCR usando primers con elevados conteni- Research Council, Réduit, Mauritius. 7-15 dos de Guanina/Citosina (Eimert et al., 2003). Bytebier, B.; Debroeck, F.; Greve, H.; Montagu, M.

Horticultura Argentina 27(64): Sep.-Dic. 2008 21 Milanesi, L.; Espósito, M.A.; López Anido, F.S.; García, S.M. y Cointry, E.L. - Espárrago (Asparagus officinalis L.): Aspectos...

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