Año 22. Nº 2

CITOTAXONOMÍA DE LOS CULTIVARES DE LENS CULINARIS MEDIK CALPÚN-INIA Y SUPER ARAUCANA-INIA

 

Cytotaxonomy of Lens culinaris cultivars Calpun-INIA and Super Araucana-INIA

 

Ricardo Pino-Palma1

e. Mail: ricapino@udec.cl

Carlos Baeza Perry1

1. Departamento de Botánica, Facultad de Ciencias Naturales y Oceanográficas,
Universidad de Concepción.

 

 

RESUMEN

 

Lens culinaris es una especie de importancia agronómica con beneficios tanto nutricionales como de sustentabilidad. La producción de Lens culinaris en Chile ha sido de bajo rendimiento debido al precario desarrollo tecnológico y a la susceptibilidad a la roya. El Instituto Nacional de Investigación Agraria (INIA) generó dos cultivares: Súper Araucana-INIA y Calpún-INIA con el fin de aumentar la competitividad de la producción de lentejas en el mercado. El objetivo de este estudio fue caracterizar desde un punto de vista citotaxonómico los dos cultivares mencionados de Lens culinaris. Con el fin de evaluar posibles diferencias entre ellos, se utilizaron métodos citotaxonómicos, los que incluyeron la fórmula cromosómica, los índices de asimetría cromosómica, la longitud total de los cromosomas y un examen detallado y minucioso de la arquitectura de cada uno de los cromosomas de los cultivares examinados. Los resultados mostraron que para ambos cultivares la fórmula cromosómica fue 4m+3sm, además, se identificaron cinco constricciones secundarias y se observaron diferencias en el parámetro de asimetría cariotípica intracromosomal MCA, Calpún-INIA= 28,63 y Súper Araucana-INIA= 23,72; diferencia que podría radicar en los distintos cultivares con los que fueron generados, ya que Calpún-INIA, a diferencia de Súper Araucana-INIA, fue producido a partir de un cultivar de procedencia canadiense.

Palabras clave: Lens culinaris, Calpún-INIA, Súper Araucana-INIA, citotaxonomía

 

ABSTRACT

Lens culinaris is an important agronomical species with nutritional and sustainability benefits. Lens culinaris production in Chile has been of low yield; because of low invest on technology development and the susceptibility to the rust. The National Institute of Agricultural Research (INIA) has developed two cultivars: Súper Araucana-INIA and Calpún-INIA to increase the competitivity in the market. The objective of this research was to characterize cytotaxonomically these two Lens culinaris cultivars. We used cytotaxonomic methods that include chromosomic formula, chromosomal asymmetry indexes, and total length of the chromosomes and a thorough exam of every chromosome of the cultivars, with the purpose to evaluate possibly differences. For both cultivars the chromosomic formula was 4m+3sm. Has been identified 5 secondary constrictions and has been found differences in the intrachromosomal karyotype asymmetry (MCA), Calpún-INIA= 28,63 and Súper Araucana-INIA= 23,72. These differences could be based on the distinct cultivars that were used to develop Super Araucana-INIA and Calpún-INIA. The last one being developed from a Canadian cultivar called Laird, with the objective of inherits its resistance to the rust to Calpún-INIA.

 

 

Key words: Lens culinaris, Calpún-INIA, Súper Araucana-INIA, cytotaxonomy

 

 

INTRODUCCIÓN

 

La lenteja (Lens culinaris Medik, Fabaceae) es una especie de gran importancia agronómica. Es originaria del cercano Oriente y uno es uno de los cultivos fundadores con los que se inició la agricultura en el Viejo Mundo (Zohary, 1999). Pertenece a la familia de las fabáceas (Fabaceae), en la que, utilitariamente, las especies se clasifican comúnmente en dos grupos: las leguminosas de grano, de las que se aprovecha el grano seco para el consumo y entre las que se encuentra la lenteja; y las demás especies, a las que se les considera como “malezas” (Stagnari et al. 2017); de acuerdo con el mismo autor, las fabáceas ofrecerían diversos beneficios a distintos niveles de análisis; al nivel de la nutrición humana, por la gran cantidad de proteínas, vitaminas y minerales que poseen sus granos, junto con el efecto benéfico para la salud humana (Tharanathan & Mahadevamma, 2003; Faris et al. 2013);: al nivel de la sustentabilidad ambiental, por la capacidad de ellas para fijar el nitrógeno atmosférico por medio de bacterias simbióticas (Liting et al. 2019) y así disminuir la necesidad del uso de fertilizantes; y, finalmente, al nivel de las técnicas de cultivo, porque se utilizan con el fin de romper los ciclos de las plagas cuando se las utiliza en el marco de una rotación de cultivo (Pacajes et al. 2002; Zander et al. 2016).

La producción mundial de lentejas en el tiempo ha incrementado en 6,7 millones de toneladas desde 1961 a 2017, lo que implica un aumento del 887,9% en su producción (Faostat, 2017), lo que demuestra el interés que ha captado este tipo de cultivo, probablemente, también ligado a que se ha incrementado también el conocimiento sobre sus beneficios. Actualmente, los mayores productores de lentejas son: Canadá, India y Turquía, con 3,7, 1,2 y 0,4 millones de toneladas, respectivamente (Faostat, 2017). En Chile, el 97% de las lentejas que se consumen provienen de Canadá (Odepa, 2019), pero no siempre fue así, ya que Chile con el tiempo pasó a ser de un país exportador a uno importador. En Chile fue introducida por los españoles en el siglo XVII (Tay et al. 1994), es posible, sin embargo, que el origen geográfico del cultivo radique en Marruecos, dado que en el estudio de Khazaei et al. (2016) demuestran que existe una reducida distancia genética entre el germoplasma de Chile y el de ese país. En la actualidad, la lenteja se cultiva en las regiones administrativas del Maule, de Ñuble, de la Araucanía y del Biobío, siendo esta última la que genera hoy la mayor producción (Odepa, 2019).  Baginsky & Ramos (2008) indican que la principal razón del escaso interés que se ha generado con respecto del cultivo de legumbres en el país, ha sido la incapacidad de competir frente a la oferta extranjera, por lo que los pequeños agricultores, que en su mayoría son los que cultivan este grupo de plantas, tienden a preferir otros cultivos que les ofrezcan una mayor rentabilidad. A lo expresado, se suma el escaso nivel del desarrollo tecnológico incorporado al sistema, pese a los beneficios que la lenteja provee. El Instituto Nacional de Investigación Agraria (INIA), ha logrado desarrollar dos cultivares, cuyas funciones son, ofrecer granos de gran tamaño y además resistencia a la roya (Uromyces fabae Pers.), un hongo que también es un factor negativo en el rendimiento de la lenteja. Estos cultivares son dos:

-Súper Araucana-INIA, cultivar generado por INIA con el fin de obtener granos con un diámetro mayor a 7 mm, condición que alcanza más del 70% de la producción del cultivar. Sin embargo, se trata de un cultivar susceptible a la roya (Tay et al. 2001), razón, que llevó a generar el cultivar Calpún-INIA.

-Calpún-INIA: se trata de un cultivar que combina un grano de mayor tamaño (>7 mm) con resistencia a la roya (Peñaloza et al. 2007).

 

La citotaxonomía es una herramienta utilizada en muchos estudios comparativos entre cultivares o variedades de Lens culinaris, consiste en describir y evaluar los cariotipos y de esa forma caracterizar los cromosomas de los cultivares. Las características que se evalúan son: el número de cromosomas, su morfología, la longitud total (LTC), el tamaño, modificaciones en la arquitectura, tales como las constricciones secundarias (Sinha & Acharia, 1972; Naithani & Sarbhoy, 1973; Felkl & Manara, 1979; Rehman, 1994; Jha et al. 2015), los patrones de bandeo (Gaffarzadeh-Namazi et al. 2007) o la hibridación fluorescente in situ (FISH) (Balyan et al. 2002) que se utiliza para detectar indirectamente las constricciones secundarias.

Como antecedentes cariológicos de Lens culinaris, se cuenta con un número de cromosomas 2n=14 estable al nivel del género (Balyan et al. 2002); una longitud de los cromosomas que varía entre 3,0 a 12,5 µm; un LTC que va desde los 28 hasta los 109 µm (Sinha & Acharia, 1972; Naithani & Sarbhoy, 1973; Felkl & Manara, 1979; Rehman, 1994; Gaffarzadeh-Namazi et al. 2007; Jha et al. 2015) y un reporte de 0-3 constricciones secundarias (Bhattacharjee, 1951; Sinha & Acharia, 1972; Naithani & Sarbhoy, 1973; Felkl & Manara, 1979; Rehman, 1994; Galasso, 2001; Gaffarzadeh-Namazi et al. 2007; Jha et al. 2015), aunque algunos investigadores indican que la variación en la identificación de constricciones secundarias podría deberse a la dificultad que conlleva observarlas (Jha et al. 2015).

El objetivo de este trabajo es caracterizar citotaxonómicamente los nuevos cultivares de Lens culinaris generados por el INIA, llamados Calpún-INIA y Súper-Araucana-INIA, evaluando tanto parámetros cuantitativos como cualitativos de los cromosomas.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se germinaron en laboratorio semillas de Lens culinaris Medik de cada cultivar; la germinación se logró luego de hidratar abundantemente las semillas en placas Petri  y mantenerlas a temperatura ambiente (18-22°C); la germinación de ellas se obtuvo luego de cuatro días; posteriormente, se les aplicó un tratamiento antimitótico con 8-hidroxiquinoleína por 24 horas, en oscuridad y a 4°C; luego las plántulas se fijaron en etanol/ácido acético en proporción 3:1 y se almacenaron en la oscuridad, a 4°C. Posteriormente, las radículas fueron cortadas y lavadas con agua destilada para luego ser maceradas con HCl 0,5N a 45°C por 17 minutos; a continuación, se lavó la radícula con agua destilada y se llevó a un portaobjeto, al que se le incorporó una gota de agua destilada para luego triturar el tejido; finalmente, se llevó a cabo un squash con orceína acética al 1% para la observación microscópica. Para cada cultivar, se analizaron siete placas metafásicas de las que se obtuvieron, las relaciones brazo largo/brazo corto de los cromosomas según el método de Levan et al. (1964) y los índices de asimetría del cariotipo, intercromosomal CVCL e intracromosomal MCA (Peruzzi & Eroglu, 2013). Para llevar a cabo las mediciones de los cromosomas se utilizó el software Micromeasure (Reeves, 2001). Los análisis estadísticos se realizaron con el software Past v3.26b.

 

RESULTADOS

El número de cromosomas para ambas variedades fue de 2n=14 (Figuras 1A y 1B). Al observar detalladamente los cromosomas se logró ubicar cinco constricciones secundarias en ambos cultivares, todas centroméricas (Figura 1 C y D); su posición fue la misma en ambos cultivares desde el punto de vista morfológico de los cromosomas, sin embargo, varían si ordenamos los cromosomas con base en su longitud. El orden de los cromosomas de acuerdo con su longitud también puede sufrir cambios, debido a los altos valores de la desviación estándar de algunos cromosomas. De todas las constricciones secundarias, la más constante y sencilla de visualizar fue la constricción del cromosoma 5 para Calpún-INIA o 3 para Súper Araucana-INIA, la que, además, es la constricción secundaria de mayor tamaño. La fórmula cromosómica fue 4m+3sm para ambos cultivares.

El tamaño de los cromosomas para Súper Araucana-INIA va desde 11,43 a 16,68 µm, mientras que para Calpún-INIA, desde los 10,29 a 15,50 µm
(Tabla 1).

En cuanto al MCA, se observaron valores diferentes entre Calpún-INIA 28,73 y Súper Araucana-INIA 23,72, las diferencias fueron significativas al realizar un ANOVA con un p= 3,739x10-5 (Figura 1 E), donde ambas variedades tienden a agruparse en sitios distintos dentro del rango de valores MCA en el gráfico. Por otra parte, no se observaron diferencias significativas para los valores obtenidos en CVCL, donde Calpún obtuvo 16,3 y Súper Araucana-INIA 16,72. Finalmente, al realizar un test de Kruskal-Wallis, no se encontraron diferencias significativas para los valores de LTC, siendo para Calpún-INIA 176,4 y Súper Araucana-INIA 186,2 (Tabla 2).

 

DISCUSIÓN

Dado que el número de cromosomas en Lens culinaris ha demostrado ser muy estable, lo encontrado en este estudio fue lo esperable. La fórmula cromosómica encontrada en este estudio fue 4m+3sm, lo que concuerda con el trabajo de Gaffarzadeh-Namazi et al. (2007), los que evaluaron las variedades locales de Turquía; en dicho trabajo se reportó, además, por medio del estudio de la distancia genética, que parte del germoplasma de lentejas de Turquía se asocia a las zonas agro-ecológicas del Mediterráneo (Khazaei et al. 2016), zona que, a su vez, está también relacionada genéticamente con el germoplasma de las lentejas que se cultivan en Sudamérica, y que junto al norte de África, forman uno de los tres grandes grupos agro-ecológicos del cultivo de lentejas en el mundo (Khazaei et al. 2016).  Las constricciones secundarias en ambos cultivares se posicionan en cromosomas morfológicamente similares, pero no ocurrió lo mismo con el orden de los cromosomas basado en su longitud, lo que se debe a la importante desviación estándar que presentan los datos, por lo que algunos cromosomas podrían ser considerados como ubicados en otra posición, como, por ejemplo, el 5 de Súper Araucana-INIA que debido a su desviación estándar, podría ser considerado como el 3 ó el 4. En otros estudios, mediante la observación directa de las constricciones secundarias en los cromosomas, sólo ha sido posible observar la constricción del cromosoma designado como 5 en Súper Araucana-INIA o 3 en Calpún-INIA (Sinha & Acharia, 1972; Ladizinsky, 1993; Gaffarzadeh-Namazi et al. 2007; Jha et al. 2015). Otra forma de detectar constricciones secundarias, esta vez, de forma indirecta, ha sido mediante la detección de regiones organizadores nucleolares (NORs en inglés), que es la zona del cromosoma donde se ubica el ADN ribosomal, y que se asocia a las constricciones secundarias. En base a ello, se han logrado identificar 3 NORs en Lens culinaris (Galasso et al. 2001; Balyan et al. 2002), lo que indicaría que podrían existir al menos tres constricciones secundarias; sin embargo, en este estudio logramos identificar cinco constricciones secundarias, confirmando aquellas descubiertas mediante la identificación de las NORs, sin embargo Galasso et al. (2001) y Balyan et al. (2002) describen una señal del gen ribosomal 5s en el brazo largo de uno de los cromosomas metacéntricos al que designaron como cromosoma 1 (Galasso et al. 2001) o 2 (Balyan et al. 2002), en este estudio, mediante observación directa, no se logró observar ninguna constricción secundaria subtelomérica, como debería ser de acuerdo con lo informado por los investigadores ya mencionados. Las constricciones identificadas en este estudio fueron todas centroméricas. La longitud total de los cromosomas (LTC) para ambos cultivares, mostraron valores mayores que los reportados en otros estudios, siendo el mayor valor encontrado 109 µm (Jha et al. 2015), por lo que es posible que estos cultivares chilenos posean más ADN que los extranjeros; esto se ve reflejado en el tamaño de los cromosomas, dado que en Calpún-INIA y Súper Araucana-INIA se alcanzan valores de 15,5 y 16,28 µm, respectivamente. En otros estudios realizados, el cromosoma de mayor tamaño reportado había sido de 12,5 µm, correspondiente a una variedad de Brasil (Felkl & Manara, 1979).

Entre los parámetros que se utilizaron para evaluar la asimetría del cariotipo están el índice de asimetría de la media centromérica (MCA) y el coeficiente de variación de la longitud cromosómica (CVCL). El MCA fue el único que mostró diferencias significativas entre cultivares, por lo que se concluye que la distribución de los centrómeros difiere entre ambos cariotipos; es posible que las diferencias observadas estén basadas en los distintos orígenes que poseen ambos cultivares, considerando que Calpún-INIA se generó a partir de dos cultivares Araucana-INIA y Laird (Peñaloza et al. 2007), de los que Laird es canadiense, y se utilizó con el fin de heredar en Calpún-INIA la capacidad de resistir a la roya. Por otra parte, Súper Araucana-INIA fue generada por los cultivares Araucana-INIA, Tekoa y De La Mata (Tay et al. 2001).

 

CONCLUSIÓN

Se caracterizaron los cultivares Calpún-INIA y Súper Araucana-INIA desde el punto de vista citotaxonómico. Se encontró que tienen cromosomas de mayor tamaño que los reportados anteriormente. Además, se encontraron dos constricciones secundarias no reportadas con anterioridad para Lens culinaris, pasando con ello de 3 a 5. Se estableció que lo que diferencia a un cultivar respecto del otro fue el índice de asimetría cariotípica MCA, 28,73  en Calpún-INIA 28,73 y 23,72 en Súper Araucana-INIA, lo que podría estar determinado por los distintos cultivares a partir de los que fueron generados ambos.

 

AGRADECIMIENTOS

Se agradece profundamente al Instituto Nacional de Investigación Agraria (INIA) por facilitar material de ambos cultivares. Se agradece también al Departamento de Botánica de la Universidad de Concepción por todas las facilidades otorgadas.

 

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Citar este artículo como:

Pino-Palma, R. & C. Baeza-Perry. 2019. Citotaxonomía de los cultivares de Lens culinaris Medik, Calpún-INIA y Súper Araucana-INIA. Chloris Chilensis Año 22- N° 2. UTL: // www.chlorischile.cl

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