INTRODUCCIÓN
⌅El ñame (Dioscorea spp.) ocupa el cuarto lugar en la producción mundial de raíces y tubérculos, después de la papa (Solanum tuberosum L.), yuca (Manihot esculenta Crantz) y el boniato (Ipomoea batatas L.) (11. González JE, Rodríguez Y. Yam´s Potentials as Basis of Nutritional Security Programs in Underdeveloped Tropical Regions. Biomedical Journal ofScientific& Technical Research. 2019;20(4):15149-53. doi: 10.26717/BJSTR.2019.20.003474.); además, existen más de 600 especies entre las que destacan D. alata y D. rotundata (22. Ywih H,Kor K, Bin S. Influence of minisett size of purple yam (Dioscorea alata) towards the seedling emergence and growth rate in production of seed yam. International Journal of Applied Research. 2017;3(4):367-70. Available from: https://www.allresearchjournal.com/archives/?year=2017&vol=3&issue=4&part=F&ArticleId=3562.).
En este cultivo existen progresos en la producción de semillas por métodos tradicionales (33. Walsen A,Polnaya F,Lesilolo MK,Rehatta H,Lawalata IJ. The appropriate of plant propagation technology of yam (Dioscorea alata L) to reduce multiplication ratio. In: The 5th International Conference on Basic Sciences. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series. 2020;1463:012029. doi:10.1088/1742-6596/1463/1/012029.) y su conservación por métodos biotecnológicos (44. Rayas A, López L, Medero VR, Basail M, Santos A, Martínez M. Conservación in vitro de cultivares de ñame (Dioscorea alata L.) bajo condiciones de crecimiento mínimo. Revista Agricultura Tropical. 2020;6(1):33-40. Available from: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=rt&op=metadata&path%5B%5D=133&path%5B%5D=0.), pero su desarrollo extensivo ha estado limitado por la escasez de material vegetal con buena calidad fisiológica y sanitaria (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), debido a que los tubérculos son utilizados, tanto para la alimentación como material de partida para la plantación (66. Rodríguez D, López J, Bermúdez I, Montano N, Rayas A, Basail M,et al. Regeneración de plantas de Dioscorea cayenensis subsp. rotundata Poir cultivar ‘Blanco de Guinea’ a partir de embriones somáticos. Biotecnología Vegetal. 2018;18(3):175-80. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/591/pdf.) y las pérdidas alcanzan hasta el 50 % durante la postcosecha y el almacenamiento, a causa de la susceptibilidad de los tubérculos a las bacterias, nemátodos y hongos como Colletotrichum gloeosporioides (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).
De igual manera, la aplicación de la Ingeniería Genética se ha visto limitada por la ausencia de protocolos eficientes que permitan la regeneración de plantas y su transformación genética (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). Una alternativa es la embriogénesis somática, un proceso por el cual las células somáticas pueden desarrollar embriones somáticos hasta convertir en plantas (88. Rodríguez D, López J, Montano N, Rodríguez D, Oviedo N, Santos A, et al. Conversión a plantas de embriones somáticos de ñame cultivar ‘Blanco de Guinea’. Revista Agricultura Tropical. 2019;5(2):46-51. Available from: http://ojs.inivit.cu/index.php?journal=inivit&page=rt&op=captureCite&path%5B%5D=116&path%5B%5D=0.).
A nivel internacional, los progresos en la embriogénesis somática en ñame, han sido descritos en un reducido número de especies y cultivares (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ), con bajas frecuencias de inducción de embriones somáticos y variaciones entre genotipos (99. Chukwunalu O, Balogun M,MaroyaN,Asiedu R. YIIFSWA Research Brief: Improving Yam Micropropagation Series 2. Development of micropropagation system for yam (Dioscorea spp.) using somatic embryogenesis. Nigeria: International Institute of Tropical Agriculture. 2018.8 p. doi: 10.13140/RG.2.2.17246.38726.). Sin embargo, la conversión de los embriones somáticos a plantas no se ha logrado eficientemente (1010. Kumar A, Chand S, Lata C, Sharma N, Dhansu P, Parshad J. Rapid, efficient direct and indirect regeneration protocol of Dioscorea deltoidea Wall. Natl. Acad. Sci. Lett. 2017;40(4):237-40. doi:10.1007/s40009-017-0562-5.).
En Dioscorea rotundata existen limitantes en las diferentes fases de la embriogénesis somática, como porcentajes de inducción de masas pro-embriogénicas inferiores al 30%, bajos porcentajes de regeneración de plantas y protocolos no reproducibles en otros genotipos (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ,77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.,99. Chukwunalu O, Balogun M,MaroyaN,Asiedu R. YIIFSWA Research Brief: Improving Yam Micropropagation Series 2. Development of micropropagation system for yam (Dioscorea spp.) using somatic embryogenesis. Nigeria: International Institute of Tropical Agriculture. 2018.8 p. doi: 10.13140/RG.2.2.17246.38726.).
En Cuba, fue posible la regeneración de plantas vía embriogénesis somática en el cultivar 'Blanco de Guinea’ (66. Rodríguez D, López J, Bermúdez I, Montano N, Rayas A, Basail M,et al. Regeneración de plantas de Dioscorea cayenensis subsp. rotundata Poir cultivar ‘Blanco de Guinea’ a partir de embriones somáticos. Biotecnología Vegetal. 2018;18(3):175-80. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/591/pdf.,1111. Rodríguez D, López J, Montano N, Rayas A, Basail M, Beovides Y,et al. Formación de callos con estructuras embriogénicas en Dioscorea rotundata Poir cv. 'Blanco de Guinea'. Biotecnología Vegetal. 2014;14(3):185-88. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/81/452.), pero solo el 6,0 % de los callos obtenidos a partir de hojas con peciolos, lograron formar estructuras embriogénicas cuando fueron cultivadas con ácido 2,4-diclorofenoxiacético (2,4-D) y no se observó callogénesis en secciones de raíz, siendo necesario nuevos estudios que permitan incrementar esta respuesta.
Por tal motivo, el presente trabajo tuvo como objetivo determinar el efecto del tipo de explante y la concentración de Picloram, en la formación de callos en ñame (Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir), var. ‘Blanco de Guinea’.
MATERIALES Y MÉTODOS
⌅La investigación se realizó en el Centro de Estudios de Biotecnología Vegetal (CEBVEG) de la Universidad de Granma (UDG), ubicado en Peralejo, Bayamo, Granma, Cuba.
Material vegetal
⌅Plantas de Dioscorea cayenensis subsp rotundata Poir var. ‘Blanco de Guinea’, fueron mantenidas y multiplicadas in vitro a partir de segmentos nodales, cultivados en el medio de cultivo, que contiene las sales y vitaminas MS (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.) 4,41 g L-1, 6-benzilaminopurine 0,05 mg L-1, ácido naftalenacético 0,02 mg L-1, ácido ascórbico 25 mg L-1, sacarosa 30 g L-1 y Gelrite® 2,4 g L-1.
Efecto del tipo de explante
⌅Con el propósito de inducir la formación de callos con estructuras embriogénicas, se determinó el efecto de diferentes tipos de explantes (segmentos nodales, segmentos de raíz y hojas inmaduras colocadas sobre el medio de cultivo en posición adaxial/abaxial), procedentes de plantas in vitro de ñame 'Blanco de Guinea' cultivadas durante cinco semanas.
Los diferentes tipos de explantes fueron colocados en un medio de cultivo con las sales completas incluido las vitaminas MS (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.) 4,41g L-1; sacarosa 30 g L-1, ácido ascórbico 25mg L-1, Picloram 1,0 mg L-1, pH 5,8 y Gelrite® 2,4 g L-1.
Para determinar el inicio de la formación de callos, se realizaron observaciones semanales con un microscopio estereoscópico (Olympus, 10x) y se evaluó el color y consistencia de los callos; el porcentaje de formación de los callos se determinó a los 30 días de cultivo.
Efecto de la concentración de Picloram
⌅Posteriormente, se utilizó el mejor tipo de explante determinado en el experimento anterior cultivado en diferentes concentraciones de Picloram (0,5; 1,0; 1,5; 2,0 mg L-1) incluido un tratamiento control sin regulador del crecimiento.
Se utilizaron 25 réplicas por tratamiento y se colocaron en frascos de vidrio que contenían 10 mL de medio de cultivo durante cuatro semanas de cultivo. Estas fueron colocadas en condiciones de oscuridad a una temperatura de 25±2 °C, a los 30 días de cultivo
Análisis estadístico
⌅Para verificar si los datos cumplían con los supuestos de normalidad de los datos, se utilizó la prueba de Shapiro Wilks y para la homogeneidad de varianza la prueba de Kolmogorov-Smirnov.
El porcentaje de formación de callos (%) por tipo de explante se determinó según la expresión matemática: % FC=Total de explante con callo/Total de explantes x 100.
Las variables cualitativas se analizaron mediante estadística descriptiva y los datos expresados en porcentaje, mediante un análisis de comparación de proporciones con el paquete estadístico CompraPro.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
⌅Efecto del tipo de explante
⌅En todos los explantes cultivados con Picloram 1,0 mg L-1, se observó fenolización del tejido vegetal y engrosamiento de la yema axilar de los segmentos nodales, a partir de la segunda semana de cultivo (Figura 1).
Posteriormente, hubo una abundante proliferación de callos de color blanco y con estructuras nodulares, consistencia compacta y friables (Figura 1A); cuando se emplearon hojas inmaduras, estas se encorvaron y formaron callos en los bordes del explante y en la nervadura principal del limbo foliar (Figura 1B); en tanto, en los segmentos de raíces hubo una escasa formación de callos con tendencia a la formación de embriones somáticos aislados y de manera directa (Figura 1C).
Los callos de color blanco observados en la presente investigación, son comparables con los descritos por otros autores, que hicieron referencia a la presencia de callos no embriogénicos semejante a motas de algodón en Dioscorea rotundata (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). En otros estudios se han descrito callos de apariencia cristalina y filamentosa, en algunos casos, asociados con masas pro-embriogénicas, los cuales estaban conformados por células no embriogénicas de forma alargada, desprovistas de núcleo y poco contenido citoplasmático (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).
Los explantes mostraron respuestas diferenciales a la formación de callo en presencia de Picloram 1,0 mg L-1. La mayor respuesta se obtuvo en alrededor de la mitad de los segmentos nodales explantes empleados, con diferencias estadísticas significativas en comparación con los valores obtenidos en el resto de los tipos de explantes empleados (Figura 2).
Se observaron diferencias según la orientación abaxial y adaxial de las hojas sobre el medio de cultivo. En el lado adaxial de las hojas no ocurrió la formación de callos; por el contrario, el lado abaxial de las hojas y los segmentos de raíces respondieron con porcentajes inferiores al 7,0 % de formación de callos y sin diferencias estadísticas significativas entre estos tipos de explantes (Figura 2).
La respuesta observada a partir de los segmentos de raíces, difiere de lo informado en la literatura científica (1111. Rodríguez D, López J, Montano N, Rayas A, Basail M, Beovides Y,et al. Formación de callos con estructuras embriogénicas en Dioscorea rotundata Poir cv. 'Blanco de Guinea'. Biotecnología Vegetal. 2014;14(3):185-88. Available from: https://revista.ibp.co.cu/index.php/BV/article/view/81/452.), donde no se observó callogénesis en este tipo de explante y el mismo genotipo, pero con 2,0 mg L-1 de ácido 2,4-diclorofenoxiacético.
Además, pudiera estar relacionado con que las raíces son el principal sitio de síntesis de citoquininas en las plantas (1313. Suárez L, Hernández MM. Efecto del Pectimorf® en el cultivo de ápices de plantas in vitro de yuca (Manihot esculenta Crantz), clones `CMC-40´ y `Señorita´. CultivosTropicales. 2015;36(4):55-62. Available from: http://scielo.sld.cu/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0258-59362015000400007&lng=es&tlng=es.), y cuya concentración endógena al interactuar con la auxina adicionada al medio de cultivo, propició un balance hormonal adecuado para la ocurrencia de la embriogénesis somática.
Las diferencias en la respuesta de las hojas según su orientación sobre el medio de cultivo, pudiera estar ligado a la presencia de diferentes tipos de células en la epidermis de ambos lados de las hojas.Un estudio realizado sobre las diferencias en la arquitectura foliar de tres especies, Dioscorea sp., D. glomerulata y D. haumanii, reveló que todas presentan epidermis adaxial con células isodiamétricas de paredes rectas a curvas; la epidermis abaxial presenta abundantes estomas y células isodiamétricas excepto en Dioscorea sp., donde las células eran rectangulares (1414. Asesor PN, Albornoz PL,Bulacio E. Evidencias del origen de una posible nueva entidad de Dioscorea (Dioscoreaceae) de las Sierras de Calilegua, Jujuy (Argentina). Un enfoque morfo-anatómico. Lilloa. 2019;56(2):1-17. doi:10.30550/j.lil/2019.56.2/1 ).
En tanto, se ha informado sobre la embriogénesis somática en D. rotundata var. 'Blanco de Guinea' al utilizar los explantes hojas con peciolos obtenidas de plantas in vitro. A las dos semanas se observó la formación de masas proembriogénicas con la mayor presencia en el tratamiento 1,0 mg L-1 de Picloram; el uso de sacarosa, incrementó el desarrollo de los embriones somáticos y favoreció la conversión a planta (1515. Suárez IE, Torres LA,Lizt R. SomaticEmbryogenesis in Yam (Dioscorea rotundata). Revista Facultad Nacional de Agronomía, Medellín. 2011;64(2):6037-42. Available from: http://www.scielo.org.co/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S0304-28472011000200001&lng=en&tlng=en.).
Los segmentos nodales mostraron una mejor respuesta para la formación de callo, este resultado puede ser debido a que, al encontrarse la yema axilar en el segmento nodal, hay mayor cantidad de sustancias de reserva y de tejido meristemático, por tanto, al añadir el Picloram estimuló el proceso de formación de callos, ya que las auxinas tienen acción sobre la elongación celular, expansión de los tejidos, división celular y formación de raíces adventicias.
Los resultados con empleo de los segmentos nodales son comparables con los obtenidos por otros investigadores en esta misma especie (77. Polanco H, Díaz LC, Carmona OE, Durango E, Beltrán JD, Suárez IE. Efecto del genotipo, tipo de explante y el Picloram en la inducción de la embriogénesis somática en Dioscorea rotundata. En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 37-55. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.), pero con el uso de otro tipo de explante, quienes utilizaron hojas con peciolo y obtuvieron más de un 66% de formación de callos bajo el efecto del Picloram 2,0 mg L-1 en D. rotundata var. 'Alemán'.
Estos resultados indican la necesidad de seleccionar adecuadamente el tipo de explante, para la inducción de callo y la embriogénesis somática, particularmente en especies de plantas monocotiledóneas, donde las células se diferencian rápidamente, seguida de la pérdida de la capacidad mitótica y morfogenética.
Efecto de la concentración de Picloram
⌅Los explantes de segmentos nodales cultivados en diversas concentraciones de Picloram, mostraron respuestas diferenciales a la formación de callo, con diferencias estadísticas significativas entre los tratamientos. En todos los tratamientos se evidenció formación de estructuras callos, excepto en el tratamiento control que no incluyó la presencia del regulador de crecimiento. A medida que se incrementó la concentración de la auxina, aumentó la formación de callos hasta alcanzar la mayor respuesta con 2,0 mg L-1 de Picloram (Tabla 1).
Tratamientos | Picloram (mg L-1) | Segmentos nodales |
---|---|---|
1 | 0,0 | 0e |
2 | 0,5 | 28d |
3 | 1,0 | 50 c |
4 | 1,5 | 65b |
5 | 2,0 | 80a |
Letras diferentes indican diferencias estadísticas significativas según la prueba de comparación de proporciones (p≤0,05)
En la máxima concentración de Picloram, se observaron masas embriogénicas de color amarillo (Figura 3A y B), así como embriones somáticos en etapa globular, que fueron separados con facilidad al no existir conexión vascular con el tejido materno (Figura 3C).
Estos resultados difieren de los obtenidos por otros autores (1616. Belarmino MM, Gonzales JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in purple food yam (Dioscorea alata L.). Annals of Tropical Research. 2008;30(2):22-33. doi:10.32945/atr3022.2008.), donde abordan que el empleo de 2,4-D, ANA y Picloram (1,0 mg L-1), indujo la formación de callos en los explantes hojas y peciolos; sin embargo, para los segmentos nodales de D. alata variedades 'Kinampay y 'VU-2', después de seis semanas en la oscuridad, se comportó de manera similar, logrando un 78% de formación de callos, mientras que en peciolos y hojas los callos eran de consistencia blanda y con más del 50% de su área necrosada, debido a los compuestos fenólicos exudados de las zonas de los cortes.
Los resultados de la presente investigación contrastan con los publicados previamente, donde al utilizar mayores concentraciones de Picloram 9,0 mg L-1, se obtuvieron resultados inferiores al 43 % en brotes axilares (55. Manoharan R,Nath J,Tripathi L. Plant regeneration from axillary bud derived callus in white yam (Dioscorea rotundata). PlantCellTissOrganCult. 2016;123(3):481-97. doi: 10.1007/s11240-016-1017-2 ). Por tal razón, se plantea que, en algunas especies vegetales, se requiere combinar el Picloram con otras auxinas como 2,4-D para inducir la formación de callos embriogénicos (1717. Hernández E. Embriogénesis somática in vitro y aclimatación deplántulas obtenidas por organogénesis directa en Heliconia spp. [Tesis Doctoral]. [México]: Institución de Enseñanza e Investigación en Ciencias Agrícolas; 2013. 139 p. Available from: https://1library.co/document/nzw521lz-embriogenesis-somatica-aclimatacion-plantulas-obtenidas-organogenesis-directa-heliconia.html.).
El Picloram se ha empleado con éxito para la inducción de callos embriogénicos friables en cultivos de raíces y tubérculos, especialmente yuca (Manihot esculenta), boniato (Ipomoea batatas) y ñame (1212. Murashige T, Skoog F. A Revised Medium for Rapid Growth and Bio Assays with Tobacco Tissue Cultures. Physiologia Plantarum. 1962;15(3):473-97. doi:10.1111/j.1399-3054.1962.tb08052.x.,1616. Belarmino MM, Gonzales JR. Somatic embryogenesis and plant regeneration in purple food yam (Dioscorea alata L.). Annals of Tropical Research. 2008;30(2):22-33. doi:10.32945/atr3022.2008.). En este sentido, se demostró que es posible inducir masas pro-embriogénicas en ñame espino, con un porcentaje superior al 90 %, a partir de hojas con pecíolo bajo el efecto de una concentración de 2 mg L-1 de Picloram (1818. Torres MP, Durango E. Tolerancia al estrés salino en plantas de ñame espino (Dioscorea rotundata Poir). En: Durango ED, de Hoyos KM, Gomezcaceres LC, Polanco H, Beltrán JD, Suárez IE, et al., editores. Biotecnología aplicada al sector agropecuario en el departamento de Sucre. Núcleo Innovación y desarrollo de productos biotecnológicos (bioinsumos, bioproductos, bioprocesos) y biorremediación. CECAR; 2019. p. 73-94. Available from: https://es.scribd.com/document/435485944/Biotecnologia-Aplicada-Al-Sector-Agropecuario-en-El-Departamento-de-Sucre.).
Sin embargo, los resultados obtenidos en el presente experimento demuestran el papel imprescindible que desempeña el Picloram en la formación de callos, obteniéndose los mejores resultados en los explantes procedentes de segmentos nodales.
CONCLUSIONES
⌅Se alcanza el 80 % de segmentos nodales con formación de callos embriogénicos, de color pardo-amarillento, consistencia compacta y friables, con empleo de 2,0 mg L-1 de Picloram en Dioscorea rotundata var. ‘Blanco de Guinea’