Rev. Fac. Agron. (Maracay), XI(1-4): 5-47
Los estudios de la meiosis en generaciones de F1, R1 y R2 del cruce de Carica pubescens, monoico-dioica,** con Carica stipulata especie dioca, utilizada como padre recurrente, confirman la hipótesis de que la selección de individuos monoicos, en cada una de esas generaciones, significó la selección a nivel citogenético del cromosoma Ypm de C. pubescens portador de monoecia; dicho cromosoma quedó incluido en individuos monoicos de R2 fenotípicamente "stipulata" y de fórmula sexual Xst Ypm. Este por de cromosomas se distingue del resto de autosomas por su apareamiento limitado o parcial y a veces ausente y frecuente migración precoz a los polos del huso meiótico.
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** Font Quer: Diccionario de Botánica, España.
Interespecific hybrid derivatives (F1, R1 and R2) of a cross between Carica pubescens and Carica stipulata were. studied cytologically to support the hypothesis that monoecia of C. pubescens transfered to C. stipulata, a dioecious specie, involved a sexual chromosome, carrier of the monoecious condition.
The monoecious form of "stipulata" experimentally obtained, with 2n = 18 chromosomes, like both parent species, displayed regular meiotic behaviour with the exception of a pair of chromosomes which showed limited pairing and sometimes appeared as monovalents. This pairing irregularity indicated the presence of an. allochromosome, the carrier of monoecia from C. pubescens.
Uno de los procesos de introgresión experimental llevados a cabo por Horovitz* y Jiménez** entre especies de la familia Caricaceae consistió en el traspaso de la condición monécica de C. pubescens a la especie dioca C. stipulata. La introgresión involucraba, hipotéticamente, la transferencia del cromosoma 'Y' de C. pubescens. Esto motivó su comprobación mediante el estudio de la meiosis en las diferentes generaciones que condujeron a la obtención de una forma monoica de C. stipulata.
Especies progenitoras
Las especies paternal y la descendencia del cruzamiento entre ambas se criaron en la Estación Experimental de Bajo Seco que posee la Facultad de Agronomía, UCV, cerca de la Colonia Tovar (Estado Aragua), a una altura de 2.006 m.s.n.m. (10°27'22" N-67°11'55" W).
Carica pubescens Lenné et Koch (Fig. 1) es una especie que se distribuye desde Panamá hasta los Andes de Bolivia y parte de Chile, siempre ocupando un nivel alto: 1.600 a 3.000 m.s.n.m. en el bosque o en sitios abiertos, a lo largo del sistema de los Andes; frecuentemente cultivada. Las plantas son arborescentes (hasta 10 m de altura), robustas, monoico-diocas (Badillo) .2
La inflorescencia masculina y la bisexual pueden ser contraídas o laxas y el pedúnculo varía desde 1-3 cm a 25 cm de largo. Tanto el pedúnculo como sus ramificaciones son pubescentes. Las flores masculinas son verdosas o amarillo-verdosas. En la inflorescencia bisexual (Fig. 1.B) las flores apicales son las femeninas y entonces pueden tener frecuentemente uno u otro estambre. La estación puede influir en la presencia o ausencia de las flores femeninas en la inflorescencia bisexual (Badillo).4
Las inflorescencias femeninas son de pedúnculo corto y paucifloras. Las flores son de color verdoso o crema-verdoso.
Los frutos son oblongo-ovoides , ancho-apiculados , algo atenuados hacia la base y oscura y obtusamente pentágonos, otras veces profundamente 5- surcados; 6-15 cm de largo por 3-8 cm de ancho. Cuando maduros son de color amarillo anaranjado, pulposos ácidos y fragantes.4 (Fig. 1 C y D).
* Profesor titular jubilado de la Facultad de Agronomía, UCV, cuyo deceso ocurrió el 6 de enero de 1978.
** Profesor de la Facultad de Agronomía, UCV, actualmente en excedencia activa por estar ejerciendo el Vicerrectorado de la Universidad Ezequiel Zamora (Venezuela).
Estos investigadores pusieron a disposición de la autora los híbridos experimentales de C. pubescens x C. stipulata, valiosa contribución, sin la cual este trabajo no hubiera podido realizarse.
Puede obtenerse clones mediante propagación vegetativa.l3
La identificación simbólica de las formas sexuales según Horovitz 12 es la siguiente:
Xpm Ypm masculinas o bisexuales
Xpm Xpm: femeninas
El índice 'pm' hace referencia a la condición monoica de C. pubescens.l2 Según Horovitz, en su trabajo publicado en 1967, el genotipo monoico tiene una expresión variable en cuanto a la proporción de flores masculinas y femeninas. Una misma planta puede pasar por períodos de alta feminidad y de alta masculinidad. La condición monoica la atribuye a la interacción de un citoplasma específico que llama [pm] con un cromosoma Ypm.
Horovitz* modificó posteriormente esta tesis y consideró que la expresión variable del cromosoma Ypm se debía a la acumulación de poligenes autosómicos que se encuentran en la misma especie en diversos ámbitos territoriales e inclinan fuertemente cl sexo de los individuos monoicos hacia alta feminidad, otros hacia alta masculinidad y otros con ambisexualidad equilibrada. Plantas sembradas en Bajo Seco procedentes de un lugar de Colombia (pedigree 66+31) se expresan como diocas. Algo semejante se observó en muestras recolectadas en Panamá, donde la especie se había descrito como Carica chiriquensis. En una introducción procedente de Chile (pedigree 74+944), una muestra limitada de plantas mostraron ambisexualidad equilibrada y las semillas de éstas dieron plantas de tres tipos, de alta masculinidad, de ambisexualidad equilibrada y ambisexuales de alta feminidad. Esta situación explica que muchos taxonomistas la hubieran clasificado bajo distintos nombres.
Carica stipulata Badillo, es una especie cuya distribución conocida hasta ahora se circunscribe a la región central-sur de Ecuador, 1.600-2.450 m.s.n.m. Especie de sitios bien drenados, pendientes y frecuentemente pedregosos, con climas montanos templados húmedos hasta secos. Las plantas son arbustivas hasta arbóreas (10 m de altura) y entonces el tronco puede llegar hasta 50 cm de diámetro, a veces ramificado, con cicatrices foliares grandes y a cada lado de éstas una espina cónica, aguda y aura (Fig. 2 A y B). Es una especie dioca; las inflorescencias masculinas son densas y cortas, 3-4 cm de ancho y largo; con flores sésiles o subsésiles de color amarillo-rojizo (Fig. 2 C). Las inflorescencias femeninas son cortas, paucifloras, corto-pedunculadas, de color igual a las masculinas. Fruto amarillo de grato olor, de 8 a 9,5 cm de largo por 4-4,5 cm
* Al analizar el comportamiento meiótico de los híbridos en relación a los determinantes de las formas sexuales propuestas por el Ing. S. Horovitz, fue necesario incluir sus conceptos recientes sobre la sexualidad de las especies involucradas. Posiblemente haya omisiones u errores involuntarios, de los cuales soy la única responsable. Pero aun con este riesgo creo que es buena la oportunidad de que esta pequeña porción de sus últimas contribuciones no quede relegada a nuestro recuerdo.
de ancho, trunco en la base y atenuado desde su mitad hasta el ápice, 10-surcado, los surcos más o menos profundos, 5 de ellos menos acentuados (Fig. 2 B). Los nombres vulgares son "toronche" y "siglalón". Caracteriza a la especie, principalmente, las dos estipulas espiniformes a ambos lados de la base de la hoja, y en segundo término, al menos en poblaciones del centro del Ecuador, los lobos del cáliz opuestos a los sépalos. Esto último no se evidencia en las poblaciones del sur (Loja) y quizás podría pensarse en una restitución de la especie después de hibridización, tal vez con C. pubescens, con la que parece tener más afinidad (Badillo, V. 1975).4 Figuras 2 D y 3.
Esta especie posee resistencia al virus de la mancha anular que afecta a C. papaya, condición que transmite a sus híbridos.l2
Se puede propagar vegetativamente con facilidad.13 Sus híbridos con otras especies son altamente partenocárpicos.12
Hibridos naturales
Las dos especies descritas son los padres de varios híbridos naturales que se encuentran en las zonas altas de Ecuador y Colombia.3 Tres de ellos han sido tradicionalmente cultivados por los indígenas de la región y conocidos en su forma femenina.
Heilborn,10 estudiando estas formas partenocárpicas, clasificó como especies a dos de ellas: C. pentagona (n. v. "babaco") y C. chrysopetala (n. v. "chamburo"). Más tarde, en 1958, García Barriga y Hernández 9 describieron C. fructifragans proveniente de Colombia y cultivada allí.
Heilborn 10 consideró que la partenocarpia podía ser consecuencia de cruzamiento interespecífico y mencionó a C. pubescens como uno de los padres posibles. El descubrimiento de una nueva especie (C. stipulata) recolectada por S. Horovitz y Rubio Garay en Ecuador en 1963, permitió deducir que se trataba de la otra especie progenitora, la cual contribuía con algunas de sus características (color anaranjado de las flores, estípulas en la base de las hojas, glabrecencia y forma de las hojas) a conformar el fenotipo de los híbridos naturales3:
Carica x heilbornii Badillo. n.m . pentagona Heilbornii n . v "babaco". Ecuador (Fig. 3 D y E). De este híbrido se indica que no necesariamente hayan intervenido exclusivamente las dos especies mencionadas.
Carica x heilbornii Badillo. nm chrysopetala Heilhornii n. v. "chamburo". Ecuador. (Fig. 3: A, B y C).
Carica x heilbornii Badillo. nm fructifragans (García et Hernández). (Fig. 3, F. G y H).
Existen muchas otras formas locales cultivadas tradicionalmente en Ecuador y evidentemente emparentadas con las especies mencionadas, que no han sido descritas por ningún botánico. Entre ellas Badillo 3 cite algunas coleccionadas por Horovitz y Rubio Garay y otros (Fig. 3, I).
Todos esos híbridos tienen acentuada partenocarpia y su propagación (para el cultivo) es por estacas.
En pruebas de hibridación experimental S. Horovitz constató que el "babaco" (nm pentagona) da por término medio O a 4 semillas completes cuando es polinizado por C. pubescens; de 10 a 20 semillas completes con polen de C. stipulata y con polen de C. papaya da semillas vacías (hasta 150).12
Heilborn, en 1922, hizo el estudio citológico de C. x heilbornii nm chrysopetala y nm pentagona y C. pubescens (= C. candamarcensis) y concluyó que la división reduccional es normal en C. pubescens y tal vez, también en C. chrysopetala, y que el número somático de cromosomas es 18 en ambas especies. En el notomorfo pentagona encuentra husos meióticos normales y aberrantes.
Horovitz y Jiménez obtuvieron experimentalmente la primera filial (F1)1° (Fig. 4), la primera retrocruza (R1)* (Fig. 5) y la segunda retrocruza (R2)* (Fig. 6) del cruce de C. pubescens por C. stipulata, utilizando a esta última especie como padre recurrente.
En cada generación seleccionaron por la condición monoica. Desde F1 observaron la influencia feminizante del genomio 'stipulata' expresada en fenotipos casi completamente femeninos, pero de pedúnculo largo, característica propia de la forma monoica, ligada al cromosoma Ypm. Tan marcada influencia les causó dificultad para encontrar plantas con suficientes flores masculinas para hacer las retrocruzas. En cada generación tuvieron que seleccionar los individuos que conservaban mayor capacidad de producir flores masculinas.**
El cruzamiento entre la forma monoica de C. pubescens y la masculina de C. stipulata es descrito por Horovitz y Jiménez 12 de la siguiente manera:
* Estos investigadores no publicaron los resultados de la primera y segunda retrocruza.
** Comunicación personal.
Para obtener la primera retrocruza (R,) utilizaron el genotipo (2). Las plantas con esta constitución pueden separarse de las del tipo (3) por su ambisexualidad, que teóricamente implica la selección del cromosoma Ypm.
La segunda retrocruza (Fig. 6) posee entonces, la siguiente genealogía:
Las observaciones de la división meiótica de la F1, R1 y R, se hicieron sobre células madres del polen (CMP) en frotis de acetoorceína.
Las plantas de F1 estudiadas tenían la constitución:Xpm Yst (pedigree 67-146) porque producían más flores masculinas que los genotipos monoicos Xst Ypm utilizados para la obtención de la R1. Las plantas monoicas de la R1 y R2 suministraron las flores masculinas para los frotis de anteras, al igual que el padre monoico de C. pubescens.
Meiosis en Carica pubescens. Se observó regularidad en las divisiones . Las células en diacinesis mostraron tres bivalentes asociados con el nucléolo (Fig. 7 A). Las metafases I permitieron detectar nueve bivalentes (Fig. 7 B y C) y con frecuencia uno de ellos llegando retardado al piano ecuatorial (Fig. 7 D y E). Unas pocas divisiones terminaron en tetradas contraídas o mal formadas, pero la generalidad fueron normales (Fig. 7 G). El polen resultó normal, si bien se observaron diferencias de tamaño y unos posos arrugados y estériles (Fig. 7 H).
Meiosis en Carica stipulata. Los frotis de CMP mostraron una gran regularidad en las divisiones. Desde diplotene pudo distinguirse nueve grupos cromáticos con regiones bien teñidas y otras extendidas y menos pigmentadas. El nucléolo en esta fase se distingue netamente y suele observarse asociado con un bivalente que deducimos es el responsable de la organización del nucléolo (Fig. 8 A).
Diacinesis y Metafase I mostraron nueve bivalentes, algunos todavía en proceso de terminalización de quiasmas (Fig. 8 B y C).
A finales de Anafase I, figuras apropiadas permitieron contar nueve cromosomas migrando a cada polo (Fig. 8 D y E). La orientación de los husos acromáticos de Metafase II se realiza perpendicularmente uno de otro.
La división citoplásmica es simultánea como en todas las especies de Caricaceae observadas por la autora.15' 19 la regularidad de la meiosis se reflejó en las tetradas normales en su totalidad y en los granos de polen turgentes y bien formados (Fig. 9 A y B).
Meiosis en el híbrido de F1 de C. pubescens x C. stipulata. Las figuras de diacinesis no permitieron identificar grupos bivalentes; los cromosomas se presentaron irregularmente entrelazados.
Se observaron con frecuencia tres nucléolos por célula, otras veces dos y otras uno solo. Cuando había más de uno el tamaño difería, destacándose uno de tamaño normal y los otros pequeños (Fig. 10 A).
Al final de profase y en Metafase I se contaron bivalentes y monovalentes en frecuencias variables (Cuadro 1) (Fig. 10).
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Número de cromosomas al estado de |
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Número de Metafases I |
Monovalentes |
Bivalentes |
Multivalentes o agrupaciones dudosas |
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1 |
- |
9 |
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1 |
2 |
3 |
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1 |
2 |
3 |
1 de 4 Y 4 de? |
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5 |
4 |
7 |
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1 |
4 |
4 |
2 de 3 |
|
3 |
6 |
6 |
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1 |
6 |
3 |
2 de 3 |
|
1 |
7 |
3 |
1 de 5 |
|
4 |
8 |
8 |
|
|
3 |
8 |
5 |
1 de 4 |
|
1 |
9 |
3 |
1 de 3 |
|
5 |
10 |
4 |
|
|
5 |
12 |
3 |
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1 |
14 |
2 |
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33 Promedio/Célula |
7 a 8 |
4 a 5 |
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Los bivalentes mostraron consistentemente un retardo anormal en completar la disyunción durante el desplazamiento anafásico como si existiera algún impedimento en la terminalización de quiasmas terminales o subterminales (Fig. 11: B, C, D, E y F).
Figuras similares en otros híbridos del género Carica fueron observados por la autora (Fig. 12)19 y también en trabajos de otros autores donde estaban involucrados cruzamientos interespecificos.8'16 17,18 Para explicar este comportamiento hacemos referencia a lo mencionado por Darlington6 (pág. 510), en relación con los híbridos entre especies cuya homología es parcial y donde puede ocurrir que los cromosomas apareados tengan un quiasma en la parle homóloga intersticial y entonces la porción terminal, que es desigual, presenta resistencia a la terminalización.
En nuestro material de estudio, se observó frecuentemente, al final de anafase, fibras cromosómicas retrayéndose hacia los polos como si hubieran sufrido un gran estiramiento bipolar (Fig. 11: I, J y K) y en una ocasión un puente uniendo los núcleos de primera división (Fig. 11 l). El mismo material también contenía muchas células en Anafase I que mostraron nueve cromosomas migrando a cada polo (Fig. 11: G y H) indicando normalidad en el proceso de segregación cromosómica. Pero como se trata de un híbrido con evidente homología parcial, la fertilidad de los núcleos hijos dependerá no sólo del número, sino también de la cualidad de los cromosomas que formen esos núcleos. En otras células la posición de algunos monovalentes en el piano ecuatorial hacía pensar en una migración fortuita que podía conducir a repartición desigual de los cromosomas (Fig. 11: D d y E). Tanto en el primero como en el segundo caso fue evidente la orientación bipolar normal, pero hubo también divisiones en que falló el apareamiento y la congresión de muchos cromosomas (Fig. 10: G, H e I) y se hizo muy notable una polarización defectuosa.
En estos casos las ubicaciones aberrantes de los cromosomas antes de la primera división de la meiosis pudo haber sido la cause de algunos productos finales inesperados como fueron las diadas (Fig. 13: D y E), que, deducimos, se produjeron como consecuencia de la inclusión, en un solo núcleo de Telofase I, de la totalidad de los cromosomas, por haber quedado desplazados eventualmente hacia un solo polo de la célula; luego en la segunda división se produciría sólo dos núcleos o células hijas. Las orientaciones anormales también pudieron ser responsables de los micronúcleos observados en algunas células al final de meiosis (Fig. 11 P), los cuales formarían después células supernumerarias (Fig. 13: B, C y F).
Con referencia a lo descrito mencionamos a Darlington (6 pág. 540-1 ), quien cite casos de formación de membrana celular alrededor de cromosomas no polarizados o retardados en Anafase I y también cuando el apareamiento ha fallado por completo la membrana celular puede separar el cuerpo total de cromosomas del otro polo del huso, sin cromosomas.
La imagen del polen (Fig. 13: G y H) corresponde a lo esperado después de haber visto las frecuentes irregularidades meióticas descritas. Se constató la presencia de granos de polen de tamaño normal con su citoplasma , llenando totalmente el espacio circundado por la intina; éstos serían fruto de divisiones regulares y constituyeron del veinticinco al treinta por ciento del polen total. Según el Cuadro 1, el número de metafases I con nueve bivalentes es de 1 en 33, proporción que no está en desacuerdo con los porcentajes de polen normal observado, considerando que la formación de bivalentes es una de las condiciones para una meiosis regular.
Los granos de polen vacíos, de circunferencia algo menor que los anteriores, seguramente resultado de núcleos deficientes, se contaron en porcentajes elevados (65 a 70%).
Se observó uno que otro grano, con citoplasma bien teñido, excepcionalmente grande, derivado probablemente de aquellas divisiones que terminaron en diadas (Fig. 13 G).
En proporción muy reducida también aparecieron granos muy pequeños, vacíos, que se consideran formados a expenses de algún cromosoma no polarizado o micronúcleo (Fig. 13 G y H).
Primera retrocruza
La observación de CMP de plantas de esta generación permitió distinguir en diplotene y diacinesis nueve condensaciones cromáticas (Fig. 14). Una de ellas asociada al nucléolo. El número de monovalentes, en profases apropiadas para el recuento cromosómico varió entre dos y seis, observándose con más frecuencia aquellas que contenían dos. Al avanzar la meiosis se observó repetidamente dos cromosomas migrando antes que el resto, hacia los polos y en fases posteriores, otra vez dos monovalentes aislados en el citoplasma, fuera de los husos acromáticos (Fig. 15: C, D y E y Fig. 16 C), lo cual nos induce a pensar que se trata de los mismos cromosomas no apareados detectados en profase tardía.
En metafase I (Fig. 15: A y B) se volvió a observar, como en F1, figuras de bivalentes unidos por quiasmas terminales o subterminales que revelaron dificultad para separarse por el alargamiento que mostraron y el atraso de cada miembro para llegar a su polo respectivo (Fig. 15: D, E y F).
En esta generación de retrocruza se vieron divisiones con números desiguales de cromosomas en los polos de primera división (Fig. 16: A y B) y también cromosomas no polarizados o aislados en el citoplasma. Sin embargo, una proporción grande de células mostró en el apareamiento y en la orientación de los cromosomas (Fig. 14 y 15) mayor regularidad que la Fl, demostrando que este
cruzamiento condujo rápidamente a la selección de pares con mayor homología.
Se observó al final de la meiosis tetradas normales en proporción mayor que en F1; hubo, también, algunos productos mal formados con células supernumerarias o más raramente con diadas (Fig. 17: A, B y C).
Los granos de polen llenos y bien formados sobrepasaron el cincuenta por ciento, aunque mostrando todavía diferencias de tamaño (Fig. 17 D).
Segunda retrocruza
estaba representada por plantas fenotípicamente iguales a C. stipulata, la especie recurrente y el proceso meiótico de los individuos monoicos mostró lo siguiente: profases tardías y metafases I donde el apareamiento se produjo normalmente en 8 de los 9 bivalentes y limitado y a veces ausente en el restante (Fig. 18). Cuando estos do s cromosomas no se apareaban tendían a migrar precoz mente a los polos, y se orientaban a polos diferentes o hacia un mismo polo (Fig. 19: A, B, C y D; y cuadro 2). En Anafase I no se observó lo que fue común y característico de F1 y R1: figuras de bivalentes en prolongado proceso de disyunción; por el contrario, en esta generación, se separaron limpiamente y formaron núcleos de telofase netos, sin fibras cromatinicas recorriendo parcial o totalmente el citoplasma. Tampoco hubo cromosomas retardados, ni extraviados del huso acromático.
Las tetradas y granos de polen resultaron normales en su mayoría (Fig. 20).
Como C. stipulata intervino en las dos retrocruzas como padre recurrente, es lógico concluir que los ocho bivalentes que de manera consistente mostraron apareamiento, terminalización y orientación normales, poseían homología completa y pertenecían al genomio "stipulata". El noveno "por", que mostró apareamiento parcial y a veces ninguno, deducimos que estaba formado por el cromosoma Xst de "stipulata" y el Ypm de "pubescens", los cuales se esperaba que estuvieran invariablemente presentes en los individuos
seleccionados por su condición monoica en cada una de las generaciones obtenidas, F1, R1 y R2.
Vemos, entonces, que los resultados corroboraron la existencia de un cromosoma Ypm de la especie C. pubescens que pudo ser transferido a C. stipulata, donde se comportó como un homólogo de Xst y produjo bisexualidad en esta especie, inicial y originalmente dioca.
CUADRO 2
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