Biodiversidad de frijol (Phaseolus vulgaris L.) en Honduras. Caracterización agromorfológica

271 Pages·2014·11.65 MB·Spanish

by  Narcizo Meza Linarez

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS

BIODIVERSIDAD DE FRIJOL (Phaseolus vulgaris L.) EN
HONDURAS. CARACTERIZACIÓN AGROMORFOLÓGICA,
MOLECULAR Y ECOGEOGRÁFICA.

TESIS DOCTORAL

NARCIZO MEZA LINAREZ

MADRID, 2014
UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID
ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIEROS AGRÓNOMOS
DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA VEGETAL

BIODIVERSIDAD DE FRIJOL (Phaseolus vulgaris L.) EN
HONDURAS. CARACTERIZACIÓN AGROMORFOLÓGICA,
MOLECULAR Y ECOGEOGRÁFICA.

TESIS DOCTORAL

NARCIZO MEZA LINAREZ

CODIRECTORES: DR. JESÚS MARÍA ORTIZ MARCIDE
DR. JUAN PEDRO MARTÍN CLEMENTE
2014
UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID
Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad
Politécnica de Madrid, el día……………………….de……………..de 2014.

Presidente: ___________________________________________
Vocal: ___________________________________________
Vocal: ___________________________________________
Vocal: ___________________________________________
Secretario: ___________________________________________
Suplente: ___________________________________________
Suplente: ___________________________________________

Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día…….de….………de
2014 en la E.T.S.I. Agrónomos.

EL PRESIDENTE LOS VOCALES

EL SECRETARIO
D. Jesús María Ortiz Marcide, Catedrático del Departamento de
Biología Vegetal de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Agrónomos
de la Universidad Politécnica de Madrid y D. Juan Pedro Martín Clemente,
Profesor Titular del Departamento de Biología Vegetal de la Universidad
Politécnica de Madrid

Certifican:
Que la tesis doctoral titulada “Biodiversidad de frijol (Phaseolus
vulgaris L.) en Honduras. Caracterización agromorfológica, molecular y
ecogeográfica”, presentada por D. Narcizo Meza Linarez para optar al
Grado de Doctor en “Biotecnología y Recursos Genéticos de Plantas y
Microorganismos Asociados” ha sido realizada bajo nuestra dirección y
reúne los requisitos suficientes para su lectura y defensa.

Y para que así conste, firmamos el presente certificado en Madrid,
a ____ de Junio del 2014.

Fdo. Jesús María Ortiz Marcide Fdo. Juan Pedro Martín Clemente
Dedicatoria
A mi padre Abel Meza Bertrand (+) y madre Francisca Linares
Baquedano, por el ejemplo de amor, lucha y honradez.
A mi querida esposa Miryam Eliset R., por su apoyo, comprensión
y fortaleza, en el camino de la vida y que emprendimos juntos.
A mis pequeños tesoros en casa regalos de DIOS: Iliana, Jackeline
y Gaby.
A mis hermanos Abel, Sofía y Javier por su apoyo y compañía en
este caminar de la vida.
Y a mis otros hermanos Leonte P., Roger C., Pedro T. y Güido V.
por estar siempre con mi familia.
AGRADECIMIENTOS
Antes que nadie, agradezco a DIOS, por darnos la vida, el perdón y el aliento en cada
instante dentro de este mundo pasajero. Quiero agradecer muy especialmente a Jesús María
Ortiz Marcide y Juan Pedro Martín Clemente, directores de Tesis, quienes siempre
estuvieron conmigo en cada etapa de mi formación, seguro que esto es el principio de una
larga e irrompible relación de trabajo y amistad. Gracias por compartir conmigo su amplio
conocimiento y dilatada experiencia y los buenos momentos de discusión alentados por un
buen sorbo del mejor café del mundo, de Honduras.
A Juan Carlos Rosas Sotomayor, Coordinador del Programa de Mejoramiento de Frijol
(PIF) en la Escuela Agrícola Panamericana (EAP, Zamorano) quien facilitó la colección de
Phaseolus vulgaris L. estudiada y la logística para desarrollar uno de los principales
componentes de esta tesis en el PIF.
A Mauricio Parra, autor de las herramientas CAPFITOGEN, por su asesoramiento y apoyo
en la caracterización ecogeográfica.
Al Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria (INIA) por
incluirme en el programa de formación de Doctores para Iberoamérica, y a las que en su
momento fueron responsables del programa María Teresa Dobao y Ángeles Navarrete. A
Mercedes Suito del Centro Internacional de la Papa (CIP). A Francisco Jeovany Pérez,
Alexis Rodríguez y Armando Bustillo de la Dirección Ciencia y Tecnología Agropecuaria
(DICTA). Y en esta última etapa de finalización el apoyo del Vicerrectorado de Relaciones
Internacionales de la UPM por concederme una beca de BS-UPM. Sin el apoyo humano e
inter-institucional no hubiera sido posible alcanzar los objetivos propuestos.
A cada uno de los profesores y amigos en el departamento de Biología Vegetal: Federico,
César, Lola, Itziar, Santiago, Mamen, Elena, Elenita, y Esperanza García Lanza. A los
compañeros de estudio, algunos ya finalizaron (Manuel Rodelo y Aline Texeira), y otros
están próximos a finalizar (César T., Manuel G.M., Julia Q., Carolina K. y Shaneze A.),
decirles que les aprecio mucho a todos, siempre recordaré los momentos difíciles y alegres
compartidos. Y a Hipatia Delgado reciente amiga que ha destacado por su disposición de
apoyo incondicional. Y por supuesto una dedicación especial en este trabajo, a mi amigo y
hermano en España, Juan Gabriel Fernández Fernández.
RESUMEN
En el presente trabajo se ha llevado a cabo un estudio de la biodiversidad del frijol común
(Phaseolus vulgaris L.) en Honduras, que es el segundo de los cultivos de granos básicos en
importancia. Dicho estudio se ha realizado mediante una caracterización agromorfológica,
molecular y ecogeográfica en una selección de 300 accesiones conservadas en el banco de
germoplasma ubicado en la Escuela Agrícola Panamericana (EAP) El Zamorano, y que se
colectaron en 13 departamentos del país durante el periodo de 1990 a 1994. Estas accesiones
fueron colectadas cuatro años antes del acontecimiento del huracán Mitch, el cual a su paso
afectó al 96% del área total cultivable en su momento, lo cual nos hace considerar que la
biodiversidad de razas locales (landraces) de frijol común existentes in situ fueron
severamente afectadas. Los trabajos dirigidos a analizar la biodiversidad de razas locales de
frijol común en Honduras son escasos, y este trabajo se constituye como el primero que
incluye una amplia muestra a ser estudiada a través de una caracterización en tres aspectos
complementarios (agromorfológico, molecular y ecogeográfico).
Se evaluaron 32 caracteres agromorfológicos, 12 cuantitativos y 20 cualitativos, en
distintas partes de la planta. Se establecieron las correlaciones entre los caracteres
agromorfológicos y se elaboró un dendrograma con los mismos, en el que se formaron ocho
grupos, en parte relacionados principalmente con los colores y tamaños de la semilla.
Mediante el análisis de componentes principales se estudiaron los caracteres de más peso en
cada uno de los tres primeros componentes. Asimismo, se estudiaron las correlaciones entre
caracteres, siendo las más altas la longitud y anchura de la hoja, días a madurez y a cosecha y
longitud y p

), en el centro-norte (en los departamentos de Francisco Mor

).
Para la caracterización molecular partimos de 12 marcadores de tipo microsatélite,
evaluados en 54 accesiones, que fueron elegidas por constituir grupos que compartían un
mismo nombre local. Finalmente, se seleccionaron los cuatro microsatélites (BM53, GATS91,
BM211 y PV-AT007) que resultaron ser más polimórficos e informativos para el análisis de
las 300 accesiones, con los que se detectaron un total de 119 alelos (21 de ellos únicos o
privados de accesión) y 256 patrones alélicos diferentes. Para estudiar la estructura y
relaciones genéticas en las 300 accesiones se incluyeron en el análisis tres controles o
accesiones de referencia, pertenecientes dos de ellas al acervo genético Andino y una al
Mesoamericano. En el dendrograma se obtuvieron 25 grupos de accesiones con idénticas
combinaciones de alelos. Al comparar este dendrograma con el de caracteres
agromorfológicos se observaron diversos grupos con marcada similitud en ambos.
Un total de 118 accesiones resultaron ser homogéneas y homocigóticas, a la vez que
representativas del grupo de 300 accesiones, por lo que se analizaron con más detalle. El
análisis de la estructura genética definió la formación de dos grupos, supuestamente
i
relacionados con los acervos genéticos Andino (48) y Mesoamericano (61), y un reducido
número de accesiones (9) que podrían tener un origen híbrido, debido a la existencia de un
cierto grado de introgresión entre ambos acervos. La diferenciación genética entre ambos
grupos fue del 13,3%. Asimismo, 66 de los 82 alelos detectados fueron privados de grupo, 30
del supuesto grupo Andino y 36 del Mesoamericano.
Con relación al mapa de diversidad molecular, pr
, detectándose también las zonas de mayor diversidad
genética ), en el centro-norte (en
los departamentos de Yoro y At
).
Para la caracterización ecogeográfica se seleccionaron variables de tipo bioclimático (2),
geofísico (2) y edáfico (8), y mediante el método de agrupamiento de partición alrededor de
los medoides, la combinación de los grupos con cada uno de los tres tipos de variables definió
un total de 32 categorías ecogeográficas en el país, detectándose accesiones en 16 de ellas. La
distribución de las accesiones previsiblemente esté relacionada con la existencia de
condiciones más favorables al cultivo de frijol. En el mapa de diversidad ecogeográfica,
nuevamente, se observaron varias zonas con alta diversidad tanto en el oeste, como en el
centro-norte y en el sur del país.
Como consecuencia del estudio realizado, se concluyó la existencia de una marcada
biodiversidad en el material analizado, desde el punto de vista tanto agromorfológico como
molecular. Por lo que resulta de gran importancia plantear la conservación de este patrimonio
genético tanto ex situ, en bancos de germoplasma, como on farm, en las propias explotaciones
de los agricultores del país, siempre que sea posible.

ii
SUMMARY
In the present work we have carried out a study of the biodiversity of the common bean
(Phaseolus vulgaris L) in Honduras, which is the second of the basic grain crops in
importance. This study was conducted through agro-morphological, molecular and eco-
geographical characterization of a selection of 300 accessions conserved in the genebank
h ‘Esc Z ’ h were collected in 13
departments of the country during the 1990 to 1994 period. These accessions were collected
four years before the occurrence of Mitch hurricane, which affected 96% of the total
cultivable area at the time, which makes us to consider that the biodiversity of local landraces
of common bean existing in situ were severely affected. The work aimed to analyze the
biodiversity of local races of common bean in Honduras are scarce, and this work constitutes
the first to include a large sample to be studied through a characterization on three
complementary aspects (agromorphological, molecular and ecogeographical).
Thirty two agromorphological characters, 12 quantitative and 20 qualitative, in various
parts of the plant were evaluated. Correlations between agromorphological characters were
established and a dendrogram with them was constructed, in which eight groups were formed,
in part mainly related to the colors and sizes of the seeds. By principal component analysis the
characters with more weight in each of the first three components were studied. Also,
correlations between characters were studied, the highest of them being length and leaf width,
days to maturity and harvest, and seed length and weight. Moreover, the map of agro-
morphological diversity showed the existence of three areas with more diversity: the west
(departments of Santa Barbara, Copan and Lempira), the center-north (departments of
Francisco Morazán, Yoro and Atlántida) and the south (department of El Paraiso and south of
Francisco Morazán).
For molecular characterization we started with 12 microsatellite markers, evaluated in 54
accessions, which were chosen because they formed groups that shared the same local name.
Finally, four microsatellites (BM53, GATS91, BM211 and PV-AT007) were selected for the
analysis of 300 accessions, since they were the most polymorphic and informative. They gave
a total of 119 alleles (21 of them unique or private for the accession) and 256 different allelic
patterns. To study the structure and genetic relationships in the 300 accessions, three controls
or accessions of reference were included in the analysis: two of them belonging to the Andean
gene pool and one to the Mesoamerican. In the dendrogram, 25 accession groups with
identical allele combinations were obtained. Comparing this dendrogram to the obtained with
agromorphological characters, several groups with marked similarity in both were observed.
A total of 118 accessions were homozygous and homogeneous, while representing the
group of 300 accessions, therefore they were analyzed in more detail. The analysis of the
genetic structure defined the formation of two groups, supposedly related to the Andean (48)
and the Mesoamerican (61) gene pools, and a small number of accessions (9) which may have
a hybrid origin, due to the existence of some degree of introgression between both gene pools.
Genetic differentiation between both groups was 13.3%. Also, 66 of the 82 detected alleles
iii
were private or unique for the group, 30 of the supposed Andean group and 36 of the
Mesoamerican.
With relation to the map of molecular diversity, it showed a quite similar distribution to
the agromorphological, also detecting the areas of greatest genetic diversity in the west
(departments of Lempira and Santa Bárbara), in the center-north (departments Atlántida and
Yoro) and in the south (departments of El Paraíso and south of Francisco Morazán).
For the ecogeographical characterization, bioclimatic (2), geophysical (2) and edaphic (8)
variables were selected, and by the method of clustering partition around the medoids, the
combination of the groups to each of the three types of variables defined a total of 32
ecogeographical categories in the country, having accessions in 16 of them. The distribution
of accessions is likely related to the existence of more favorable conditions for the cultivation
of beans. The map of ecogeographical diversity, again, several areas with high diversity both
in the west and in the center-north and in the south of the country were observed.
As a result of study, the existence of marked biodiversity in the analyzed material was
concluded, both from the agromorphological and from the molecular point of view.
Consequently it is very important to propose the conservation of this genetic heritage both ex
situ, in genebanks, as on farm, in the holdings of the farmers of the country, whenever
possible.

iv