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Métodos de mejora genética en el cultivo del frijol común (Phaseolus vulgaris L.) frente al Virus del Mosaico Dorado Amarillo del Frijol (BGYMV)

  [*] Autor para correspondencia: ariannams95@inca.edu.cu


RESUMEN

El frijol común (Phaseolus vulgaris L.) es uno de los cultivos de mayor importancia en América Latina, dentro de las leguminosas por el elevado contenido de nutrientes que posee, su producción se ha visto limitada por la presencia de múltiples enfermedades, resaltando entre ellas el Virus del Mosaico dorado Amarillo del frijol (BGYMV). El mejoramiento genético ha permitido el uso eficiente del material genético disponible, incorporando nuevos genes de resistencia a esta enfermedad en nuestro país, con el fin de generar cultivares con alta resistencia genética. La tecnología de los marcadores moleculares ha revolucionado estos programas, sirviendo como herramienta fundamental en la identificación y selección de estos genes para el mejoramiento de los cultivos.

Palabras clave:
frijol; marcadores moleculares; resistencia a virus.

INTRODUCCIÓN

El frijol común constituye la especie más importante dentro de las leguminosas por el elevado contenido de nutrientes que posee. Este grano proporciona una fuente esencial de proteínas, vitaminas y minerales a la dieta de las poblaciones en América. Se plantea que el contenido de proteínas en las semillas secas de los frijoles oscila alrededor del 20 %, proporción que es significativamente favorable puesto que lo ubica en una posición ventajosa respecto a otros alimentos de origen vegetal en países de bajos recursos sobre todo en los en vías de desarrollo (1,2).

P. vulgaris es uno de los cultivos más antiguos, hallazgos arqueológicos indican que se conocía por lo menos 5000 años antes de la era cristiana. El género Phaseolus es originario del continente americano y un largo número de especies fueron encontradas en Centroamérica. El género lo comprenden alrededor de 70 especies, de las cuales cinco fueron domesticadas y cultivadas (Phaseolus vulgaris L., Phaseolus dumosus Macfad., Phaseolus coccineus L., Phaseolus acutifolius A. Gray y Phaseolus lunatus L.). De las cinco especies, P. vulgaris, es la que mayoritariamente se cultiva alrededor del mundo (cerca del 90 % del área cultivada), este cultivo actualmente se encuentra distribuido en los cinco continentes y es un componente esencial de la dieta, especialmente en Centroamérica y Sudamérica 3.

Estudios en este siglo se han realizado experimentos y los resultados ratifican el origen Mesoamericano y Sudamericano de P. vulgaris, que dieron lugar a los acervos genéticos actualmente conocidos 4.

La producción mundial de este cultivo sobrepasó los 26000000 t en el 2016 con un rendimiento de 0,91 (t ha-1). En Cuba durante ese año la superficie sembrada de frijol común alcanzó las 122545 ha, lográndose una producción de 136570 t, con un rendimiento agrícola de 1,11 t ha-1 donde el sector privado sembró 117753 ha, que representa más del 95 % del total. La producción en este sector ascendió a 130225 t y el rendimiento fue de 1,11 t ha-1. El sector estatal sembró 4792 ha, alcanzando un rendimiento agrícola de 1,32 t ha-1 (5,6.

EL frijol común en Cuba se consume en forma de granos secos y se dedica exclusivamente al consumo humano. Se considera un alimento estratégico y constituye junto al arroz, la dieta básica de los cubanos, en la que el frijol aporta alrededor de la quinta parte de las proteínas totales consumidas 5.

En nuestro país la producción se garantiza fundamentalmente por el sector no estatal, cobrando importancia en los últimos años. La producción de este grano enfrenta problemas de bajos rendimientos relacionados además con la baja fertilidad de los suelos, la sequía y las afectaciones por plagas 3.

Satisfacer la creciente demanda alimentaria de la especie humana es un tema de extraordinaria importancia y vigencia en todos los tiempos. Por ello, en todo el mundo, numerosos investigadores laboran incesantemente en la búsqueda de soluciones agroecológicos, pues a lo largo de los años los campesinos a nivel de campo han utilizados químicos con varias dosis para contrarrestar las enfermedades y así obtener mayores rendimientos para cumplir y satisfacer las demandas alimentarias 5.

Diversas son los insectos, plagas, enfermedades y virus que dañan el cultivo del frijol entre los que se encuentran Crisomélido común (Diabrotica balteata Leconte), Crisomélido común de los frijoles (Cerotoma ruficornis Olivier), Mosca blanca (Bemisia tabaci Gennadius), Salta hoja del frijol (Empoasca kraemeri Ross y Moore), Thrips de los melones (Thrips palmi Karny), Minador común (Liriomyza trifolii Blanchard), Fusariosis (Fusarium solani f.sp. phaseoli SCHLTDL.), Mildiu polvoriento (Erysiphe betae (Vanha) Weltzien) Roya del frijol (Uromyces appendiculatus (Link) Unger), Tizón ceniciento (Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid), Tizón sureño (Corticium rolfsii (Curzi) C.C.Tu & Kimbr), Bacteriosis común (Xanthomonas axo-nopodis pv. phaseoli Pammel & Dowson), mosaico común (Bean Common Mosaic Necrosis Virus- BCMNV), Mosaico dorado amarillo del frijol (Bean Golden Yellow Mosaic Virus- BGYMV), Mosaico Amarillo (Bean Yellow Mosaic Virus BYMV), siendo este último informado como determinante en las bajas producciones del cultivo en Cuba, provocando daños severos y cuantiosas pérdidas 7.

La enfermedad viral de mayor importancia causada por begomovirus que afecta al frijol en América Latina es el mosaico dorado amarillo del frijol (BGYMV), señalado por primera vez en Brasil, el que se diseminó a regiones productoras de Argentina y Bolivia, donde alcanzó valores de incidencia del 80 % y pérdidas entre el 40-100 %, y se convirtió en la década de los ochenta en la enfermedad más devastadora del cultivo de todos los tiempos 8.

Desde inicios de la década de los setenta del pasado siglo fueron señalados en Cuba los síntomas de amarillamiento en el frijol causados por el mosaico dorado del frijol asociado a poblaciones de moscas blancas 9. Este virus provocó, en las campañas de los años 1989-1990 y 1990-1991, porcentajes máximos de infección, lo que conllevó la destrucción de más de 1000 ha del cultivo. Posteriormente, con la presencia del biotipo B de Bemisia tabaci Gennadius, a finales de la década de los noventa, la enfermedad alcanzó afectaciones del 90 % y se convirtió en el principal patógeno viral del frijol común en el país 8.

Los estudios hasta la actualidad en Cuba relacionados con este virus se basaron en aspectos epidemiológicos sin existir referencias sobre caracterización y métodos de diagnóstico para su detección. Por otra parte, las medidas que se han implementado en la región para proteger al cultivo de enfermedades virales se han basado en la utilización de variedades mejoradas genéticamente con resistencia a mosaico dorado, la aplicación de plaguicidas para reducir los niveles del insecto vector y la implantación de los manejos integrales 8) .

La introducción de cultivares con un mejor comportamiento contra esta enfermedad y la implementación de medidas preventivas y de control en un programa de manejo integrado permitió reducir las pérdidas productivas y Mejorar la sostenibilidad del cultivo 9.

Genética del Frijol

El frijol es una especie diploide (2n=2x=22), anual y predominantemente autógama. El genoma del frijol es pequeño (635 Mpb/genoma haploide) y similar en su naturaleza como diploide verdadero al de arroz (Oryza sativa L.) (340 hasta 560 Mpb/genoma haploide). El tamaño de los cromosomas mitóticos y meióticos es de aproximadamente 1-3µm de longitud, la mayoría de cromosomas son metacéntricos y submetacéntricos y presentan una media de 1,9 quiasmas por cromosomas bivalentes en la meiosis por un entrecruzamiento por brazo del cromosoma. En cuanto a estudios de genómica en frijol común se han reconocido familias pequeñas de genes, como los genes de la actina donde se describieron seis miembros. También se han descrito familias grandes, como los genes análogos de resistencia y genes que codifican para las kinasas. Además, se han identificado muchos genes involucrados en resistencia, producción de isoflavonas y color de la testa. En cuanto al color de la testa, por ejemplo: se ha encontrado que el color de semilla blanco es controlado por un solo gen dominante. El color de testa es controlado por dos pares de genes, RR y CC que producen el color blanco (RC), crema (rC), Rojo (Rc) y rosado (rc) 10.

En frijol se cuenta con una amplia base genética, la cual se encuentra salvaguardada en diferentes bancos de germoplasma, donde se destaca el del CIAT, que cuenta con más de 37000 accesiones, de 70 especies diferentes de frijol con orígenes de 112 países distintos, que incluyen tanto especies silvestres, como accesiones de las cinco especies domesticadas: Phaseolus vulgaris: fríjol común; P. coccineus: ayocote; P. dumosus P. acutifolius: fríjol tepari y P. lunatus: fríjol lima. Con el propósito de proveer diversidad genética para la investigación y el desarrollo se encuentran a disposición de la comunidad científica internacional 11,12.

Afectaciones por insectos

Desde las últimas décadas los cultivos de frijol (Phaseolus vulgaris L.), chile (Capsicum annuum L.), tomate (Solanum lycopersicum L.) y otras hortalizas, han sido afectados por diferentes insectos nocivos que han ocasionado grandes daños a los cultivos destacan Salta hoja del frijol (Empoasca kraemeri Ross y Moore), Thrips de los melones (Thrips palmi Karny) y Mosca blanca (Bemisia tabaci Gennadius), siendo esta última informado como determinante en las bajas producciones del cultivo en Cuba, debido a que es vector de varios virus 13.

Mosca blanca (Bemisia tabaci Gennadius)
Distribución e importancia

La especie B. tabaci es un complejo de muchos y diferentes biotipos, algunos especializados sobre determinados hospedantes y otros polífagos. A mediados de los años 90, uno de ellos (el biotipo “B”) fue elegido como nueva especie por algunos investigadores con el nombre de B. argentifolii. Este biotipo se caracteriza por ser extremadamente polífago y fecundo, además de inducir síntomas de fototoxicidad en algunas especies vegetales (Cucurbita spp), lo que ha sido utilizado como método para diferenciarlo de otros biotipos. También se ha comprobado que los individuos de este biotipo no se diferencian, y de pueden ser cruzados con individuos de por lo menos otro biotipo diferente originando descendencia fértil. Por estas razones, la mayoría de los autores siguen considerando B. argentifolii como un biotipo de la especie B. tabaci y no una nueva especie. El biotipo B de B. tabaci está generalizado en todo el país y es potencialmente transmisora de un gran número de virus. Más de 60 virus pueden ser transmitidos a varios cultivos, entre ellos: Cotton leaf curl disease virus (CLCuV) y Cotton leaf crumple virus (CLCV) en el cutivo del algodón, African cassava mosaic virus (ACMV) en yuca, Tomato yellow leaf curl virus y Tomato mottle virus en el cultivo del tomate, Tobacco leaf curl virus en el cultivo del tabaco, Squash leafcurl virus (SLCV) en calabacín y Bean Golden mosaic virus (BGMV) en frijol 7.

Daños al cultivo de frijol por Bemisia tabaco

B. tabaci es un insecto vector de geminivirus como BGYMV y que ocasiona daños económicos considerables por su alta resistencia a los insecticidas sistémicos. Además, es una plaga importante por la alta fecundidad, fertilidad y capacidad de transmisión de virus. Se estima que la mosca blanca tiene alrededor de 500 plantas como hospederos teniendo una capacidad invasiva de 200 km de radio 14.

Los daños que causan se deben tanto al efecto del insecto en las plantas atacadas y a su papel como vectores de enfermedades virales. En su alimentación, la mosca blanca provoca un debilitamiento en la planta por la extracción de nutrientes, afectan el crecimiento y producción del cultivo, desórdenes fisiológicos y la transmisión de virus 15.

En las últimas tres décadas, B. tabaci ha causado pérdidas en millones de dólares en el cultivo de P. vulgaris. No obstante, la estimación real del impacto económico de sus poblaciones en la agricultura mundial ha sido difícil de obtener debido a la gran cantidad de áreas afectadas, el número de cultivos y plantas ornamentales involucradas y los diferentes sistemas monetarios.

El daño que ocasiona en el cultivo del frijol se debe a que el biotipo B. se alimenta del floema de forma directa, provocando desórdenes fisiológicos, y de modo indirecto, realiza la excreción de melaza que favorece el crecimiento de hongos (e.g. Capnodium spp.), además de la transmisión de virus pertenecientes a siete grupos que incluyen Begomovirus15.

Virus del Mosaico Dorado Amarillo del frijol (BGYMV)
Distribución del virus BGYMV

Muchos de los virus fitopatógenos son transmitidos por insectos, entre los que se encuentra la mosca blanca, Bemisia tabaci (Genn.), a la cual se le considera una plaga cosmopolita, polífaga y de las más devastadoras, por su habilidad para adquirir y propagar una diversidad de virus a plantas sanas. Este insecto es capaz de transmitir muchas especies de virus pertenecientes a los géneros Begomovirus, Ipomovirus, Crinivirus, Carlavirus y Torradovirus. Los Begomovirus son virus compuestos por ADN que producen enfermedades que causan pérdidas económicas importantes para los agricultores. Debido a las características de los virus fitopatógenos, a la diversidad de especies y de biotipos del complejo de B. tabaci, se utilizan técnicas moleculares para su identificación por su alta sensibilidad y reproducibilidad 16.

En Centro América y El Caribe, el virus del mosaico dorado amarillo del frijol (BGYMV) es una de las enfermedades más importantes en el cultivo del frijol. Este virus es transmitido por la mosca blanca (Bemisia tabaci Genn). La infección se puede percibir induciendo síntomas de amarillamiento y clorosis en las hojas y retraso en el crecimiento. El desarrollo de las hojas posterior a la infección es deforme y su tejido muere eventualmente. La infección del virus afecta el desarrollo de las vainas, reduce el peso, causa deformaciones y reduce el rendimiento de grano. El BGYMV es la enfermedad viral más importante en América Central y puede causar pérdidas de 30 a 100 % dependiendo de la variedad, edad de la planta y la población del vector mosca blanca 17.

Aparición en Cuba

El género Begomovirus es el más numeroso y de mayor importancia de la familia Geminiviridae. En Cuba han sido detectadas numerosas especies de begomovirus afectando cultivos de gran importancia económica 18.

Este virus se encuentra presente en todo el territorio nacional, constituyendo desde el año 1989 la enfermedad que ataca diferentes cultivos de importancia agrícola el país como es el caso del frijol, la soya (Gycine max L.) y el tabaco (Nicotiana tabacum L.) 7.

Síntomas y daños de BGYMV

La principal sintomatología es causada por el BGYMV, especie mesoamericana, debido a que en el cultivo del frijol se distinguen dos especies del virus que causan el síntoma de mosaico dorado: la suramericana, denominada Bean Golden mosaic virus (BGMV), y la mesoamericana, nombrada Bean golden yellow mosaic virus. La primera se transmite solo por moscas blancas y está distribuida en los países de Brasil, Argentina y Bolivia, mientras que la mesoamericana por moscas blancas y por vía mecánica, y se encuentra en República Dominicana, Nicaragua, Costa Rica, Puerto Rico, Haití y México.

Al igual que el BGMV, los síntomas se manifiestan por una marcada deformación de las hojas, muchas de las cuales pueden ocasionalmente volverse completamente amarillas o casi descoloridas. Algunos cultivares presentan síntomas de mosaico menos intensos, y en una etapa posterior de desarrollo pueden presentar algo de recuperación. Las vainas de las plantas infectadas son muy deformes. Las semillas se pueden decolorar, deformar y disminuir de tamaño y de peso. Algunas plantas infectadas en una etapa temprana se pueden atrofiar severamente y a menudo no producen vainas 15,19.

La planta infectada por el BGYMV presenta síntomas de clorosis con moteados de color verde oscuro en las hojas que luego se extienden y se tornan color amarillo, produciendo enanismo por la inhibición de fotosíntesis, ya que el virus se replica en la mayor parte de la lámina foliar. Las hojas pueden enrollarse hacia la parte inferior haciendo que las venas se tornen más blancas de lo normal. Las vainas tienden a producir semillas pequeñas, deformes y pierden color. Incluso se puede observar necrosis de la raíz y rayas necróticas que se pueden expandir hacia el tallo y meristemos en variedades hipersensibles. Finalmente, la planta se marchita y muere ocasionando pérdidas significativas en la producción 14.

Las plantas jóvenes muestran los síntomas en las primeras hojas trifoliadas, con las venas que se tornan de color amarillo claro. Generalmente este proceso comienza en la mitad de la hoja cerca de la punta. A los 3 o 5 días esta clorosis en las venas se extiende hasta cubrir gran parte de la hoja, contrastando con las zonas internerviales que son verde oscuras. Esta clorosis luego se extiende en forma de mosaico dorado que les da un color llamativo a las plantas. Después que las primeras hojas desarrollan los síntomas, los foliolos jóvenes detienen su crecimiento y se rizan hacia abajo, poniéndose tiesos, coriáceos y a veces necróticos, Si la infección es temprana, la formación de granos es muy pobre o nula y las vainas se deforman. De manera general, las plantas no crecen, las hojas muestran colores anormales, las flores pueden abortar y los frutos se deforman 7.

Métodos de control

Ante la incidencia de estas nuevas enfermedades, el manejo dado al problema de los Begomovirus en frijol y otros cultivos ha enfatizado principalmente el desarrollo de variedades resistentes, las cuales se obtienen mediante la incorporación combinada de los genes dominantes de hipersensibilidad I y lo genes de resistencia recesivos (bc-u, bc-1, bc-11, bc-2, bc-22 y bc-3) a variedades de frijol susceptibles a virus 20.

Una de las principales fuentes de resistencia a BGYMV se encuentra en el frijol criollo Garrapato (G2402), que contiene al gen recesivo bgm-1 demostrando que es un gen estable y valioso para generar variedades tolerantes al mosaico dorado amarillo del frijol. El proceso de selección de variedades de frijol resistentes puede acelerarse mediante selección asistida por marcadores moleculares (SAMM). Actualmente se dispone de marcadores moleculares ligados a algunos genes de resistencia a BGYMV21.

Manejo Integrado de Plagas

Entre los objetivos del Manejo Integrado de Plagas (MIP) se encuentra reducir el nivel de densidad poblacional de los organismos plaga para que sus daños disminuyan y también los costos de protección y los efectos indeseables de las acciones de control principalmente de los plaguicidas. El MIP es un sistema que integra diferentes tácticas de control que seleccionan los productores de acuerdo a su toma de decisiones según sus condiciones locales y el tipo de plaga, busca usar las tácticas de control basadas en un análisis de costo-beneficio que toma en cuenta los intereses de los productores, la sociedad y el impacto sobre el medio ambiente. Además, tiene como base el control natural por ser sustentable, en combinación con el control cultural, el control genético (uso de plantas resistentes), el control etológico (la técnica del insecto estéril [TIE] y el uso de semi o químicos), el control biológico (uso de depredadores, parasitoides y patógenos) y el uso del control legal que incluye el uso de medidas cuarentenarias que mitigan el riesgo de entrada de plagas a zonas libres; y como última opción el control químico 22.

A pesar de las medidas en el control de plagas utilizadas para disminuir las tasas de infección de BGYMV, ha ido en aumento de la incidencia de diversos síntomas amarillentos típicos. Se ha observado presencia de begomovirus en prospecciones realizadas en áreas de principal producción de frijol en los últimos tres años. Recientemente, tres nuevas especies se han reportado en diferentes regiones geográficas en Cuba: el virus del mosaico severo del frijol común (CBSMV), virus del moteado del frijol común (CBMV) en la región occidental 18.

Mejoramiento genético

El hombre hace más de 1000 años se haya preocupado por mejorar las especies vegetales que usaba para así satisfacer sus diversas necesidades con la menor cantidad de recursos posibles. La producción de alimentos a partir de 1900 ha tenido un gran progreso, el cual ha beneficiado tanto a consumidores como a productores, ya que el mejoramiento genético vegetal ha originado variedades, líneas y híbridos cada vez más productivos y con resistencias a diversos patógenos, insectos, frio, calor, salinidad en suelos, baja fertilidad entre otros. Permitiendo así que la agricultura sea posible en lugares marginales. Sin embargo es necesario continuar investigando para permanecer supliendo las necesidades alimentarias de la población mundial la cual se encuentra en continuo incremento 2.

El progreso del mejoramiento depende de los sistemas genéticos y los métodos de selección disponibles, cuando las características son heredadas en un gen dominante en simple dosis y cuando la presencia de tales genes resulta una completa protección a una enfermedad o en una clara reacción definida. Al contrario si esta protección o clara reacción de la planta no existe o en ausencia del gen, el progreso en el mejoramiento puede hacerse rápidamente. El proceso de mejora es mucho más lento cuando el sistema genético es poligénico y la reacción de las plantas es intermedia 23.

La mejora genética es la principal herramienta para lanzar cultivares nuevos en el mercado. Los programas de mejoramiento de frijoles enfatizan la exploración de variedades genéticas a través de la hibridación de variedades superiores y contrastantes 24.

Contar con variabilidad genética es el principal paso dentro de un programa de mejoramiento, la cual permite la selección de cultivares para diversos fines, como mayor rendimiento, contenido de proteínas o aceites, tolerancia a factores bióticos o abióticos, entre otros 24.

La importancia del mejoramiento genético radica en poder corregir aquellas características no deseadas por medio de hibridaciones y métodos específicos de selección con el fin de disminuir pérdidas de grano a la cosecha, incrementar resistencia a plagas y enfermedades así como crear variedades tolerantes que eviten la contaminación y propagación de patógenos resistentes a aplicaciones químicas. El primer paso en un programa de mejoramiento es recurrir a evaluaciones fenotípicas para identificar genotipos resistentes 14.

La evaluación fenotípica en campo para resistencia a BGYMV consiste en identificar plantas con potencial genético estimando la incidencia y severidad del virus mediante escalas estandarizadas. Así también, la evaluación del efecto del BGYMV en el rendimiento es una variable importante ya que el objetivo final de todo productor es obtener cosechas con el mayor rendimiento posible 14.

Herramientas de Mejoramiento genético

Dentro de las herramientas de mejoramiento genético disponibles para incrementar la diversidad genética, se mencionan como más importantes, la hibridación, la recombinación y la mutación natural o inducida 10.

Debido a que esta resistencia depende de la incidencia de moscas blancas viruliferas y del momento de la infección, cuando las poblaciones de mosca blanca están muy altas y hay presencia del virus, se deben utilizar medidas complementarias de control químico. Por lo general, los materiales de grano negro tienen un nivel de resistencia apreciable. Los materiales de origen mexicano (tipo Pinto, Red Mexican, Great Northem) y algunos andinos (tipos Red Kidney), también aportan genes de resistencia al BGYMV en frijol. Se recomienda sembrar el fríjol en épocas de lluvia o inmediatamente después de una época lluviosa, cuando las poblaciones de mosca blanca están usualmente bajas 7.

Autores sugieren que la siembra del fríjol se debe realizar tratando la semilla con un insecticida sistémico. Unos 15 días después de la emergencia de las plántulas, se debe hacer otra aplicación de un insecticida sistémico de nueva generación (de bajo impacto ambiental). Dependiendo de la población de mosca blanca, se puede hacer una segunda aplicación foliar a las dos semanas siguientes, o se puede utilizar insecticidas biológicos en las etapas finales del cultivo. En presencia de una población apreciable de B. tabaci; durante e l ciclo inicial del cultivo, es necesario proteger las plantas de fríjol hasta la etapa de formación de vainas 7.

Marcadores Moleculares en la Mejora Genética del cultivo del frijol

Un marcador molecular es simplemente un segmento de ADN con una ubicación específica en un cromosoma que permite diferenciar entre un genotipo y otro a nivel de ADN. Estos pueden ser genes o segmentos de ADN sin ninguna función o codificación conocida. Además, son puntos de anclaje o etiquetas cuando estos se encuentran unidos o cercanos a las secuencias de los genes. Los marcadores moleculares se han convertido en poderosas herramientas para hacer posible la determinación de las características genéticas de las plantas y seleccionar por el genotipo y no por el fenotipo. Los marcadores del ADN se basan fundamentalmente en el análisis de las diferencias en pequeñas secuencias del ADN entre individuos 25.

El mejoramiento asistido con marcadores genéticos (SAM) es una esperanzadora tecnología que permite acelerar el desarrollo de nuevas variedades con rasgos determinados sin necesidad de intervenir en el genoma de las variedades actualmente existentes. Esta técnica se basa en identificar una secuencia singular o única del ADN (marcador molecular) cercana a un carácter de interés agronómico (un gen de resistencia). Una vez logrado esto las plantas portadoras de este carácter agronómico son marcadas, y rápidamente seleccionadas en poblaciones segregantes según presenten o no el marcador desarrollando nuevas variedades con los genes deseado 10.

Se basan en la amplificación del ADN o parte del mismo, que pueden ser regiones codificantes o no codificantes o secuencias conocidas que permite comparar los genomas dentro y entre especies. La amplificación de los segmentos de ADN se realiza con la técnica del PCR, (Polimerasa Chain Reaction, en inglés; Reacción de cadenas de la polimerasa), como en el caso de los ADN polimórficos amplificados al azar o RAPDs (Random Amplified Polymorphism DNA, siglas en inglés), o en la generación de sitios de corte en la secuencia del ADN, como en el caso de los polimorfismos de longitud de fragmentos de restricción o RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphisms, siglas en inglés) y dentro de ellos se pueden diferenciar varios tipos como veremos más adelante. Los marcadores moleculares se caracterizan porque su detección es fácil y rápida, muchos son codominantes, hay ausencia de pleiotropismo y epistasia, la expresión es temprana, su distribución es homogénea en muchos casos y presentan un alto polimorfismo (pleiotropia=un único par de genes actúa en la manifestación de varios caracteres) 10.

La integración de la SAMM con el mejoramiento genético clásico en P. vulgaris permite determinar genotipos de resistencia durable a enfermedades. Los mejoradores de frijol tienen además la oportunidad de utilizar genes de resistencia de dos acervos genéticos diferentes (Mesoamericano y Andino) para obtener la resistencia a los diversos patógenos del frijol .No obstante, los efectos aditivos de los genes ligados en fase de repulsión pueden cancelar el efecto de otro, resultado de la sobredominancia en el locus .Por otra parte, es frecuente detectar QTLs (Quantitative Trait Loci) asociados con la resistencia a enfermedades, aunque su fuerte asociación con el ambiente los convierte en inconsistentes y esto es una limitante para utilizarlos en la SAMM 26.

En el caso del virus del mosaico dorado amarillo del frijol ocurren interacciones epistáticas entre diferentes fuentes de resistencia, lo que dificulta determinar qué fuentes pueden combinarse en el mejoramiento. Una fuente de resistencia con el gen bgm-1 es "Garrapato" que no desarrolla síntomas del mosaico. Este gen puede ser identificado por inoculación con diferentes cepas virales y una gama de etiquetas de marcadores moleculares están disponibles para cada gen 26.

La compleja interacción de múltiples genes y su naturaleza recesiva permitió la SAMM para el desarrollo rápido de variedades resistente. La piramidación de genes es aplicable en el mejoramiento de frijol para la resistencia de virus con varios genes de resistencia independientes pues proporcionan diferentes patrones de resistencia a virus 26.

Para el desarrollo sostenible de los programas de mejora genética en el cultivo de frijol se requiere: de un desarrollo de procedimientos más confiables y complejos para selección directa (fenotípica) y para la SAMM de características de resistencia; un mejor entendimiento de la herencia y mecanismos de resistencia sobre todo para complejos de estrés; estudios de genética molecular y genómica relevantes para tener un mejor entendimiento de la genética y fisiología de la resistencia; y a su vez integrar los marcadores agregados al mejoramiento para complementar al mejoramiento clásico 26.

Otros métodos de mejora genética

En la actualidad, aun no existe un protocolo eficiente para la transformación genética del frijol. El primer reporte de transformación de frijol fue hecho en la década de los años 90 usando aceleración de partículas por bombardeo. En varios países, las investigaciones usando la técnica de bombardeo de partículas para producir frijol transgénico han generado líneas con resistencia al virus del mosaico dorado amarillo (BGYMV) sin embargo, la eficiencia de transformación reportada es aun baja menor a 0.7 %. Para realizar transformación genética, existen dos vías, mediante técnicas directas como la electroporación, micro inyección y biolística, o por agro infección que utiliza a la bacteria Agrobacterium tumefaciens, siendo esta última la más versátil y de amplia utilización por su repetitividad, pues se sabe que esta bacteria es capaz de introducir un fragmento de ADN en las células vegetales e insertarlo en el genoma 10.

La técnica de biolística o aceleración de partículas consiste en bombardear células o tejidos con partículas de oro o tungsteno, recubiertas por ADN. Las partículas se aceleran mediante la utilización de un gas inerte, que provoca el impacto sobre el material vegetal y permite que las partículas penetren la pared celular, la membrana celular y membrana nuclear, por lo que una vez en el núcleo el ADN se libera y se da una recombinación para su incorporación dentro del genoma de la célula 10.

La inducción de mutaciones es una alternativa para generar variabilidad genética no presente en la naturaleza o para obtener genotipos que pueden emplearse como progenitores en programas de fitomejoramiento, al producir nuevas combinaciones genéticas o al incrementar la variabilidad en una población 27.

Los mutágenos pueden ser físicos y químicos. Entre los agentes mutagénicos físicos están los rayos X, gamma, ultravioleta además de iones de carbono. Los mutágenos químicos más comunes son el etil metanosulfonato, sulfato de dimetilo y sulfato de dietilo. La aplicación de la mutagénesis en el mejoramiento genético y en la producción agrícola se inició a principios del siglo XX en cultivos como el maíz (Zea mays L.), trigo (Triticum sp.), cebada (Hordeum vulgare L.), algodón (Gos-sypium sp. L.), en plantas ornamentales los rayos gamma son los más, mientras que en el cultivo del frijol se han realizado estudios sobre su efecto en tratamientos que promuevan el desarrollo del embrión y reduzcan las limitaciones germinativas, para lograr uniformidad y aumentar la germinación 27.

CONCLUSIÓN

El desarrollo de un programa de mejora genética para el cultivo del frijol común permite la identificación de fuentes de resistencias al virus del mosaico dorado amarillo del frijol mediante el uso de marcadores moleculares.

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Recibido: 05/07/2019

Aceptado: 07/07/2020

 

 


Los autores de este trabajo declaran no presentar conflicto de intereses.

Este artículo se encuentra bajo licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial 4.0 Internacional (CC BY-NC 4.0)

La mención de marcas comerciales de equipos, instrumentos o materiales específicos obedece a propósitos de identificación, no existiendo ningún compromiso promocional con relación a los mismos, ni por los autores ni por el editor.


Traducir DocumentoBibliographic review

Genetic improvement methods in the cultivation of common beans (Phaseolus vulgaris L.) against the Bean Yellow Golden Mosaic Virus (BGYMV)

  [*] Author for correspondence: ariannams95@inca.edu.cu


ABSTRACT

The common bean (Phaseolus vulgaris L.) is one of the most important crops in Latin America, within the legumes due to the high content of nutrients it has, its production has been limited by the presence of multiple diseases, highlighting among them Bean Yellow Gold Mosaic Virus (BGYMV). Genetic improvement has allowed the efficient use of available genetic material, incorporating new resistance genes to this disease in our country, in order to generate cultivars with high genetic resistance. Molecular marker technology has revolutionized these programs, serving as a fundamental tool in the identification and selection of these genes for crop improvement.

Key words:
beans; molecular markers; virus resistance.

INTRODUCTION

The common bean constitutes the most important species within the legumes due to the high content of nutrients it has. This grain provides an essential source of protein, vitamins and minerals to the diet of populations in America. It is suggested that the protein content in the dry seeds of beans ranges around 20 %, a proportion that is significantly favorable since it places it in an advantageous position compared to other foods of plant origin in low-resource countries, especially in developing countries 1,2.

P. vulgaris is one of the oldest crops; archaeological findings indicate that it was known at least 5000 years before the Christian era. The genus Phaseolus is native to the American continent and a large number of species were in Central America found. The genus comprises around 70 species, of which five were domesticated and cultivated (Phaseolus vulgaris L., Phaseolus dumosus Macfad., Phaseolus coccineus L., Phaseolus acutifolius A. Gray and Phaseolus lunatus L.). From the five species, P. vulgaris is the one that is mainly cultivated around the world (about 90 % of the cultivated area). This cultivation is currently distributed in the five continents and is an essential component of the diet, especially in Central and South America 3.

Studies in this century have been carried out experiments and the results ratify the Mesoamerican and South American origin of P. vulgaris, which gave rise to the gene pools currently known 4.

World production of this crop exceeded 26000000 t in 2016 with a yield of 0.91 (t ha-1). In Cuba during that year the common bean planted area reached 122545 ha, achieving a production of 136570 t, with an agricultural yield of 1.11 t ha-1 where the private sector planted 117753 ha, which represents more than 95 % of the total. Production in this sector increased to 130225 t and the yield was 1.11 t ha-1. The state sector planted 4792 ha, reaching an agricultural yield of 1.32 t ha-1 (5,6.

The common bean in Cuba is consumed in the form of dry grains and is exclusively dedicated to human consumption. It is considered a strategic food and constitutes, together with rice, the basic diet of Cubans, in which beans contribute around a fifth of the total protein consumed 5.

In our country, production is guaranteed mainly by the non-state sector, gaining importance in recent years. The production of this grain faces problems of low yields related in addition to the low fertility of the soils, the drought and the affectations by pests 3.

Meeting the growing food demand of the human species is an issue of extraordinary importance and validity at all times. For this reason, throughout the world, numerous researchers work incessantly in the search for agroecological solutions, since over the year’s farmers at the field level have used chemicals with various doses to counteract diseases and thus obtain higher yields to meet and satisfy food demands 5.

Diverse insects are pests, diseases and viruses that damage bean cultivation. Among them those are the commonest: chrysomelid (Diabrotica balteata Leconte), common chrysomelid of beans (Cerotoma ruficornis Olivier), whitefly (Bemisia tabaci Gennadius), leafhopper of the beans (Empoasca kraemeri Ross and Moore), Melon thrips (Thrips palmi Karny), Common miner (Liriomyza trifolii Blanchard), Fusariosis (Fusarium solani f. sp. phaseoli SCHLTDL.). Also, Powdery mildew (Erysiphe betae (Vanha) Weltzien) Bean rust (Uromyces appendiculatus (Link) Unger), Ashy blight (Macrophomina phaseolina (Tassi) Goid), Southern blight (Corticium rolfsii (Curzi) CCTu & Kimbr), Common bacteriosis (Xanthomonas axo-nopodis pv. Phaseoli Pammel & Dowson), Common mosaic (Bean Common Mosaic Necrosis Virus- BCMNV), Bean Golden Yellow Mosaic Virus (Bean Golden Yellow Mosaic Virus BGYMV), Yellow Mosaic (Bean Yellow Mosaic Virus BYMV) can appear. The latter is reported as determining in the low production of the crop in Cuba, causing severe damage and large losses 7.

The most important viral disease caused by begomoviruses that affects beans in Latin America is the golden yellow bean mosaic (BGYMV), first reported in Brazil, which spread to producing regions of Argentina and Bolivia, where it reached values of incidence of 80 % and losses between 40-100 %, and became the most devastating crop disease of all time in the 1980s 8.

Since the beginning of the seventies of the last century, the symptoms of yellowing in beans were reported in Cuba as caused by the golden mosaic of beans associated with populations of whiteflies 9. This virus caused, in the campaigns of the years 1989-1990 and 1990-1991, maximum percentages of infection, which led to the destruction of more than 1000 ha of the crop. Subsequently, with the presence of the B biotype of Bemisia tabaci Gennadius, in the late nineties, the disease affected 90 % and became the main common bean viral pathogen in the country 8.

The studies to date in Cuba related to this virus were on epidemiological aspects based, without references on characterization and diagnostic methods for its detection. On the other hand, the measures that have been in the region implemented to protect the crop from viral diseases have been on the use of genetically improved varieties with resistance to golden mosaic based, the application of pesticides to reduce the levels of the vector insect and the implantation of the integral handles 8.

The introduction of cultivars with better behavior against this disease and the implementation of preventive and control measures in an integrated management program allowed to reduce productive losses and improve the sustainability of the crop 9.

Bean Genetics

The bean is a diploid species (2n=2x=22), annual and predominantly autogamous. The bean genome is small (635 Mpb/haploid genome) and similar in nature as a true diploid to that of rice (Oryza sativa L.) (340 to 560 Mpb/haploid genome). The size of the mitotic and meiotic chromosomes is approximately 1-3 µm in length, the majority of chromosomes are metacentric or submetacentric, and have an average of 1.9 chiasms for bivalent chromosomes in meiosis due to crosslinking by arm of the chromosome. Regarding genomic studies in common beans, small families of genes have been recognized, such as the actin genes where six members were described. Large families have also been described, such as analog resistance genes and genes that code for kinases. In addition, many genes involved in resistance, isoflavone production and testa color have been identified. Regarding testa color, for example: white seed color has been found to be controlled by a single dominant gene. The testa color is controlled by two pairs of genes, RR and CC that produce white (RC), cream (rC), Red (Rc), and pink (rc) 10.

Beans have a broad genetic base, which is safeguarded in different germplasm banks, where CIAT stands out. It has more than 37000 accessions, of 70 different bean species with origins from 112 different countries, which they include both wild species and accessions of the five domesticated species: Phaseolus vulgaris: common bean; P. coccineus: ayocote; P. dumosus P. acutifolius: tepari beans and P. lunatus: Lima beans. In order to provide genetic diversity for research and development, they are available to the international scientific community 11,12.

Insect affectations

Since the last decades, the cultivation of beans (Phaseolus vulgaris L.), chili (Capsicum annuum L.), tomato (Solanum lycopersicum L.), and other vegetables, have been affected by different harmful insects that have caused great damage to the crops. Leafhopper of the bean (Empoasca kraemeri Ross and Moore), Thrips of the melons (Thrips palmi Karny) and Whitefly (Bemisia tabaci Gennadius) stand out, the latter being reported as a determinant in the low production of the crop in Cuba, because it is vector of various viruses 13.

Whitefly (Bemisia tabaci Gennadius)
Distribution and importance

The B. tabaci species is a complex of many and different biotypes, some specialized on certain hosts and other polyphages. In the mid-1990s, one of them (the “B” biotype) was chosen as a new species by some researchers with the name of B. argentifolii. This biotype is characterized by being extremely polyphagous and fertile, in addition to inducing phototoxicity symptoms in some plant species (for example, Cucurbita spp.), which has been used as a method to differentiate it from other biotypes. It has also been verified that the individuals of this biotype do not differ, and can be crossed with individuals from at least one other different biotype, originating fertile offspring. For these reasons, most authors continue to consider B. argentifolii as a biotype of the B. tabaci species and not a new species. B. tabaci biotype B is widespread throughout the country and is potentially a transmitter of large numbers of viruses. More than 60 viruses can be transmitted to various crops. It can mention: Cotton leaf curl disease virus (CLCuV) and Cotton leaf crumple virus (CLCV) in cotton, African cassava mosaic virus (ACMV) in cassava, Tomato yellow leaf curl virus and Tomato mottle virus in tomato cultivation, Tobacco leaf curl virus in tobacco cultivation, Squash leaf curl virus (SLCV) in zucchini and Bean Golden mosaic virus (BGMV) in beans 7.

Damage to the bean crop due to Bemisia tobacco

B. tabaci is a vector insect of geminiviruses like BGYMV and that causes considerable economic damage due to its high resistance to systemic insecticides. Furthermore, it is an important pest due to its high fertility, fertility, and virus transmission capacity. The whitefly is estimated to have around 500 plants as hosts having an invasive capacity of 200 km radius 14.

The damage they cause is due both to the insect's effect on the attacked plants and their role as vectors of viral diseases. In its diet, the whitefly causes a weakening in the plant by the extraction of nutrients, affects the growth and production of the crop, physiological disorders and the transmission of viruses 15.

Over the past three decades, B. tabaci has caused millions of dollars in losses from growing P. vulgaris. However, the real estimate of the economic impact of their populations on world agriculture has been difficult to obtain due to the large number of affected areas, the number of crops and ornamental plants involved, and the different monetary systems.

The damage it causes in bean cultivation is due to biotype B feeding directly on the phloem, causing physiological disorders, and indirectly, it excretes molasses that favors the growth of fungi (eg Capnodium spp.), in addition to the transmission of viruses belonging to seven groups including Begomovirus15.

Bean Yellow Gold Mosaic Virus (BGYMV)
Distribution of the BGYMV virus

Many of the plant pathogenic viruses are transmitted by insects, among which is the whitefly, Bemisia tabaci (Genn.), which is considered a cosmopolitan, polyphagous and one of the most devastating pests, due to its ability to acquire and spread a variety of viruses to healthy plants. This insect is capable of transmitting many species of viruses belonging to the genus Begomoviruses, Ipomoviruses, Crinivirus, Carlavirus and Torradoviruses. Begomoviruses are viruses made up of DNA that cause diseases that cause significant economic losses for farmers. Due to the characteristics of the phytopathogenic viruses, the diversity of species and biotypes of the B. tabaci complex, molecular techniques are used to identify them due to their high sensitivity and reproducibility 16.

In Central America and the Caribbean, the bean golden yellow mosaic virus (BGYMV) is one of the most important diseases in bean cultivation. This virus is transmitted by the whitefly (Bemisia tabaci Genn). Infection can be perceived by inducing symptoms of leaf yellowing and chlorosis and stunted growth. Post-infection leaf development is deformed and its tissue eventually dies. Virus infection affects pod development, reduces weight, causes deformation, and reduces grain yield. BGYMV is the most important viral disease in Central America. It can cause losses of 30 to 100 % depending on the variety, age of the plant and the population of the whitefly vector (17.

Appearance in Cuba

The genus Begomovirus is the largest and most important in the family Geminiviridae. Numerous begomovirus species have been detected in Cuba, affecting crops of great economic importance 18.

This virus is present throughout the national territory, constituting since 1989 the disease that attacks different crops of agricultural importance in the country such as beans, soybeans (Gycine max L.) and tobacco (Nicotiana tabacum L.) 7.

Symptoms and Harm of BGYMV

The main symptomatology is caused by the BGYMV, a Mesoamerican species, due to the fact that two species of the virus that cause the golden mosaic symptom are distinguished in bean cultivation: the South American, called Bean golden mosaic virus (BGMV), and the Mesoamerican, named Bean golden yellow mosaic virus. The first is transmitted only by whiteflies and is distributed in the countries of Brazil, Argentina and Bolivia, while the Mesoamerican by whiteflies and by mechanical means, and is found in the Dominican Republic, Nicaragua, Costa Rica, Puerto Rico, Haiti and Mexico.

Like BGMV, symptoms are manifested by a marked deformation of the leaves, many of which may occasionally turn completely yellow or almost discolored. Some cultivars have less intense mosaic symptoms, and at a later stage of development may have some recovery. The pods of infected plants are very misshapen. The seeds can discolor, deform and decrease in size and weight. Some plants infected at an early stage can be severely stunted and often do not produce pods 15,19.

The BGYMV infected plant shows symptoms of chlorosis with dark green mottles on the leaves that later spread and turn yellow, producing dwarfism due to the inhibition of photosynthesis, since the virus replicates in most of the lamina foliar. The leaves may curl to the bottom, causing the veins to turn whiter than normal. Pods tend to produce small, misshapen seeds and lose color. It can even see root necrosis and necrotic streaks that can spread to the stem and meristem in hypersensitive varieties. Finally, the plant withers and dies causing significant losses in production 14.

Young plants show symptoms on the first trifoliate leaves, with veins turning light yellow. Generally, this process begins in the middle of the leaf near the tip. After 3 or 5 days, this chlorosis in the veins extends to cover a large part of the leaf, contrasting with the internervial areas that are dark green. This chlorosis then spreads out in the form of a golden mosaic that gives the plants a striking color. After the first leaves develop symptoms, young leaflets stop growing and curl downward, becoming stiff and leathery and sometimes necrotic. If infection is early, pimple formation is very poor or absent, and the pods become deformed. In general, the plants do not grow, the leaves show abnormal colors, the flowers can abort and the fruits deform 7.

Control methods

Given the incidence of these new diseases, the management given to the problem of Begomovirus in beans and other crops has mainly emphasized the development of resistant varieties, which are obtained through the combined incorporation of the dominant genes for hypersensitivity I and resistance genes recessive (bc-u, bc-1, bc-11, bc-2, bc-22 and bc-3) to bean varieties susceptible to viruses 20.

One of the main sources of resistance to BGYMV is found in the Creole bean Garrapato (G2402), which contains the recessive gene bgm-1, demonstrating that it is a stable and valuable gene for generating tolerant varieties of the golden yellow mosaic of the bean. The selection process for resistant bean varieties can be accelerated by molecular marker assisted selection (SAMM). Molecular markers linked to some BGYMV resistance genes are currently available 21.

Integrated pest management

Among the objectives of Integrated Pest Management (IPM) is to reduce the population density level of pest organisms so that their damage decreases, as well as the costs of protection and the undesirable effects of control actions, mainly of pesticides. IPM is a system that integrates different control tactics that producers select according to their decision-making according to their local conditions and the type of pest, seeking to use control tactics based on a cost-benefit analysis that takes into account the interests of producers and society and the impact on the environment. In addition, it is based on natural control because it is sustainable, in combination with cultural control, genetic control (use of resistant plants), ethological control (the sterile insect technique [TIE]. As well as, the use of semi or chemical), biological control (use of predators, parasitoids, and pathogens) and the use of legal control that includes the use of quarantine measures that mitigate the risk of pests entering free zones; and as a last option, chemical control 22.

Despite the pest control measures used to decrease BGYMV infection rates, the incidence of various typical yellowish symptoms has been increasing. The presence of begomovirus has been observed in surveys carried out in areas of main bean production in the last three years. Recently, three new species have been reported in different geographic regions in Cuba: the severe common bean mosaic virus (CBSMV), the common bean mottle virus (CBMV) in the western region 18.

Genetic improvement

Man more than 1000 years ago has been concerned with improving the plant species he used to satisfy his various needs with the least amount of resources possible. Food production since 1900 has made great progress, which has benefited both consumers and producers, since plant genetic improvement has led to increasingly productive varieties, lines and hybrids with resistance to various pathogens, insects, cold, heat, soil salinity, low fertility, etc. Thus allowing agriculture to be possible in marginal places. However, it is necessary to continue researching to continue meeting the food needs of the world population, which is in continuous increase 2.

The progress of the improvement depends on the genetic systems and the selection methods available, when the characteristics are inherited in a single-dose dominant gene and when the presence of such genes results in complete protection against a defined disease or clear reaction. On the contrary if, this protection or clear reaction of the plant does not exist or in the absence of the gene, the progress in the improvement can be done quickly. The improvement process is much slower when the genetic system is polygenic and the reaction of the plants is intermediate 23.

Genetic improvement is the main tool to launch new cultivars on the market. Bean breeding programs emphasize the exploration of genetic varieties through the hybridization of superior and contrasting varieties 24.

Having genetic variability is the main step in an improvement program, which allows the selection of cultivars for various purposes, such as higher yield, protein or oil content, tolerance to biotic or abiotic factors, among others 24.

The importance of genetic improvement lies in being able to correct those undesired characteristics by means of hybridizations and specific selection methods in order to decrease grain losses at harvest, increase resistance to pests and diseases, and create tolerant varieties that avoid contamination and spread of pathogens resistant to chemical applications. The first step in an improvement program is to use phenotypic evaluations to identify resistant genotypes 14.

Phenotypic evaluation in the field for resistance to BGYMV consists of identifying plants with genetic potential, estimating the incidence and severity of the virus using standardized scales. Likewise, the evaluation of the effect of BGYMV on yield is an important variable since the final objective of every producer is to obtain crops with the highest possible yield 14.

Genetic improvement tools

Among the genetic improvement tools available to increase genetic diversity, hybridization, recombination and natural or induced mutation are mentioned as most important 10.

Because this resistance depends on the incidence of viruliferous whiteflies and the time of infection, when whitefly populations are very high and the virus is present, complementary chemical control measures should be used. Black grain materials generally have an appreciable level of strength. Materials of Mexican origin (Pinto type, Red Mexican, Great Northem) and some Andean ones (Red Kidney types), also provide genes for resistance to BGYMV in beans. It is recommended to sow beans in rainy seasons or immediately after a rainy season, when whitefly populations are usually low 7.

Authors suggest that sowing of beans should be done by treating the seed with a systemic insecticide. About 15 days after seedling emergence, another application of a new generation (low environmental impact) systemic insecticide should be made. Depending on the whitefly population, a second foliar application can be made in the following two weeks, or biological insecticides can be used in the final stages of cultivation. In the presence of an appreciable population of B. tabaci, during the initial growing cycle, it is necessary to protect the bean plants until the pod formation stage 7.

Molecular markers in Genetic Improvement of bean cultivation

A molecular marker is simply a segment of DNA with a specific location on a chromosome that allows differentiating between one genotype and another at the DNA level, these can be genes or DNA segments without any known function or coding. Furthermore, they are anchor points or labels when they are attached or close to the sequences of the genes. Molecular markers have become powerful tools to make it possible to determine the genetic characteristics of plants and to select by genotype rather than phenotype. DNA markers are primarily based on the analysis of differences in small DNA sequences between individuals 25.

Genetic Marker Assisted Breeding (SAM, according its acronyms in Spanish) is a promising technology that enables the development of new varieties with specific traits to be accelerated without the need to intervene in the genome of currently existing varieties. This technique is based on identifying a singular or unique DNA (molecular marker) sequence close to a character of agronomic interest (a resistance gene). Once this is achieved, plants bearing this agronomic character are marked, and quickly selected in segregating populations according to whether or not they present the marker, developing new varieties with the desired genes 10.

They are based on the amplification of the DNA or part of it, which can be coding, non-coding regions, or known sequences that allow comparing genomes within and between species. The amplification of the DNA segments is performed with the PCR technique (Polymerase Chain Reaction), as in the case of Random Amplified Polymorphism DNA (RAPDs) or in the generation of cut sites in the DNA sequence. In the case of restriction fragment length polymorphisms or RFLPs (Restriction Fragment Length Polymorphisms) and within them several types can be differentiated as we will see later. Molecular markers are characterized by their quick and easy detection, many are codominant, there is an absence of pleiotropism and epistasis, expression is early, their distribution is homogeneous in many cases and they have a high polymorphism (pleiotropy= a single pair of genes acts in the manifestation of various characters) 10.

The integration of SAMM with classical genetic improvement in P. vulgaris allows determining genotypes of durable resistance to diseases. Bean breeders also have the opportunity to use resistance genes from two different gene pools (Mesoamerican and Andean) to obtain resistance to the various bean pathogens. However, the additive effects of genes linked in the repulsion phase can cancel the effect of another, a result of locus over-dominance. Furthermore, it is common to detect QTLs (Quantitative Trait Loci) associated with disease resistance; although their strong association with the environment makes them inconsistent and this is a limitation for use them in SAMM 26.

In the case of the bean yellow gold mosaic virus, epistatic interactions between different sources of resistance occur, making it difficult to determine which sources can be combined in breeding. A source of resistance with the bgm-1 gene is "Garrapato" that does not develop mosaic symptoms. This gene can be identified by inoculation with different viral strains and ranges of molecular marker labels are available for each gene 26.

The complex interaction of multiple genes and their recessive nature allowed SAMM for the rapid development of resistant varieties. Gene pyramiding is applicable in bean breeding for virus resistance with several independent resistance genes as they provide different patterns of virus resistance 26.

For the sustainable development of genetic improvement programs in bean cultivation, it is required: the development of more reliable and complex procedures for direct (phenotypic) selection and for SAMM of resistance characteristics. Besides, a better understanding of inheritance and resistance mechanisms especially for stress complexes; relevant molecular and genomic genetic studies to gain a better understanding of resistance genetics and physiology and integrate the added markers to the improvement to complement the classical improvement 26.

Other methods of genetic improvement

Currently, there is still no efficient protocol for the genetic transformation of beans. The first bean transformation report was made in the 1990s using particle acceleration by bombardment. In several countries, investigations using the particle bombardment technique to produce transgenic beans have generated lines with resistance to yellow gold mosaic virus (BGYMV); however, the reported transformation efficiency is still lower than 0.7 %. To carry out genetic transformation, there are two ways, through direct techniques such as electroporation, microinjection and biolistics, or by agro infection, that uses the bacterium Agrobacterium tumefaciens. The latter is the most versatile and widely used due to its repeatability, as it is known that this bacterium is capable of introducing a fragment of DNA into plant cells and inserting it into the genome 10.

The biolistics or particle acceleration technique involves bombarding cells or tissues with gold or tungsten particles, coated with DNA. The particles are by the use of an inert gas accelerated, which causes the impact on the plant material and allows the particles to penetrate the cell wall, the cell membrane and the nuclear membrane, so once in the nucleus, the DNA is released and Recombination occurs for incorporation into the cell genome 10.

Mutation induction is an alternative to generate genetic variability not present in nature or to obtain genotypes that can be used as parents in breeding programs, by producing new genetic combinations or by increasing variability in a population 27.

Mutagens can be physical and chemical. Among the physical mutagenic agents are X-rays, gamma, ultraviolet, as well as carbon ions. The most common chemical mutagens are ethyl methanesulfonate, dimethyl sulfate, and diethyl sulfate. The application of mutagenesis in genetic improvement and agricultural production began in the early twentieth century in crops such as corn (Zea mays L.), wheat (Triticum sp.), Barley (Hordeum vulgare L.), cotton (Gos-sypium sp. L.). In ornamental plants the gamma rays are the most, while in the cultivation of beans, studies have been carried out on their effect in treatments that promote the development of the embryo and reduce germination limitations, to achieve uniformity and increase germination 27.

CONCLUSION

The development of a genetic improvement program for the cultivation of common beans allows the identification of sources of resistance to the bean golden yellow mosaic virus using molecular markers.