Bases genéticas de la determinación del peso de grano en maíz

Abstract

El rendimiento del maíz se encuentra determinado porel número y peso individual de los granos cosechados por unidad de área. Sibien el número de granos tiene más impacto sobre el rendimiento final, cambiosen el peso individual de los granos (PG) impactan sobre el mismo. Existe granvariabilidad genotípica en el patrón de crecimiento de los granos de maíz dehíbridos comerciales y en líneas elite de mejoramiento. El conocimiento de las bases genéticas de los procesos fisiológicos quedeterminan el PG es relevante para mejorar el rendimiento del cultivo. Losobjetivos generales de esta tesis fueron (i) caracterizar fenotípicamente unapoblación de RILs de maíz para características de llenado de granos, y (ii)realizar una primera aproximación a las bases genéticas que determinan el pesode grano en una población de RILs de maíz. Se realizó un análisis de QTL sobre una población de 245RILsde maíz de la población IBM Syn4 (B73 x Mo17) qUemostró grandes diferencias genotípicas en PG (p<0,001) en dos ambientes. Lavariabilidad en PG estuvo positivamente asociada a variaciones en tasa dellenado (TLL) y duración de llenado (DLL). Un total de 10 QTL conjuntos fuerondetectados, mostrando generalmente efectos menores y no consistentes a travésde ambientes. Solo algunos fueron consistentes en ambos ambientes. La TLL y DLLno mostraron QTL en común, sugiriendo un control genético independiente. Através de información de uno de los dos padres de la población de RILs y losintervalos de confianza de los principales QTL se presentan posibles genescandidatos para futuras disecciones. También se evaluó la correlación entrelíneas parentales e híbridos derivados para caracteres de llenado de grano.Tanto la heterosis como la correlación entre el valor medio de las líneasparentales y los híbridos derivados fueron significativas para todos loscaracteres de llenado evaluados. Estos resultados confirman que el estudio decaracteres de llenado de grano en líneas endocriadas genera información valiosapara sus híbridos derivados.Los resultados obtenidos en esta tesis muestran larelación entre las bases genéticas del crecimiento del grano de maíz y sus mecanismosfisiológicos. Los resultados observados en líneas endocriadas son relevantes paraestimar sus híbridos derivados gracias a la alta correlación que se encontró enel desempeño entre ambos.

Grain yield in maize and other crops is determined by both kernel number per unit land area and individual kernel weight (KW). Although kernel number is usually the component explaining most yield variations, both components affect final yield. Individual KW is largely genetically determined, and its variability is achieved through different combinations of rate and duration of kernel growth. Genetic variability for grain-filling patterns has been observed among inbred lines and commercial hybrids. However, little is known about the genetic control of KW and its component traits: kernel growth rate (KGR) and grain-filling duration (GFD).The main objectives of this thesis were (i) to phenotype a maize RIL population for grain-filling patterns, and (ii) to conduct a study to determine the genetic basis of kernel weight using this RIL population. A QTL analysis was carried out over 245 RILs from the IBM Syn4 (B73 x Mo17) population which showed ample genotypic differences in KW (p<0.001) under two environments. Kernel weight was positively associated with variation in KGR and GFD. A total of ten joint QTL were detected, generally showing inconsistent and minor effects throughout environments. Some QTL showed consistent effects through environments.Both KGR and GFD showed no common consistent QTL, supporting previous observations on independent physiological control. With the use of B73 sequence data I described genes within marker intervals and discussed relevant candidate ones for future dissection.I also evaluated the correlation between parental inbred lines and derived hybrids for grain-filling traits. Both heterosis and correlations between midparental value and hybrid performance were significant for all traits. Our results confirm that studying inbred lines for grain-filling traits generates valuable information for derived hybrid performance. Results from this thesis showed the relationship between the genetic basis of maize kernel growth and its physiological mechanisms. Observed results in parental inbred lines showed to be relevant for estimation of derived hybrid performance due to the high correlation between them.