Introducción

El maíz (Zea mays L.) se cultiva en todas las regiones agrícolas de Tamaulipas, en el norte con fines de comercialización, y en el centro y sur también para autoconsumo. Debido a la amplia variabilidad agroecológica de estas regiones, en algunas ocasiones los cultivares no expresan su potencial de rendimiento, sobre todo en áreas con temperatura alta y restricción de humedad. El ataque de plagas es otro factor que provoca disminución del rendimiento y calidad del grano de maíz, siendo el gusano cogollero (Spodoptera frugiperda) una de las más importantes (^{Casmuz et al., 2010}). Esta plaga se presenta durante todo el ciclo biológico de la planta provocando daño durante el estadio larval (^{Nexticapan-Garcéz et al., 2009}), la infestación más alta se presenta durante la etapa vegetativa, en la cual la larva se alimenta preferentemente de tejidos en desarrollo, perfora las hojas y llega a eliminar láminas completas (^{Casmuz et al., 2010}), en etapas avanzadas de desarrollo de la planta esta plaga también puede dañar inflorescencias, grano e incluso el raquis de la mazorca (^{Bruns y Abbas, 2006}).

En México el control de esta plaga se hace por métodos químicos, lo que aumenta los costos de producción y disminuye la rentabilidad del cultivo; además, la aplicación de insecticidas químicos son fuente de contaminación del suelo y agua, favorece la eliminación de fauna benéfica y el desarrollo de resistencia genética de las poblaciones de insectos plaga (^{Negrete y Morales, 2003}). En otros países el manejo de esta plaga se ha realizado mediante la utilización de cultivares transgénicos (^{Díaz, 2015}), lo cual puede provocar el desarrollo de resistencia a las toxinas Cry en las poblaciones de S. frugiperda que interaccionan con este tipo de cultivares (^{Casmuz et al., 2010}), a pesar de múltiples intentos de liberación de siembra de transgénicos de maíz en México, su utilización no se considera viable (^{Massieu, 2009}), debido a diversos factores como posible afectación a la salud humana y contaminación de la diversidad genética del germoplasma de maíz nativo (^{Reséndiz et al., 2016}).

En Tamaulipas no se ha aprovechado toda la diversidad del germoplasma de maíz nativo, aun cuando se ha demostrado que es un recurso genético de alto valor, pues solo se ha utilizado de manera limitada para el desarrollo de algunas variedades de polinización libre, líneas e híbridos (^{Pecina et al., 2011}; ^{Castro et al., 2013}), por otra parte, este germoplasma se ha desarrollado en áreas con infestación natural de S. frugiperda; por lo que, dentro de las poblaciones podrían existir alelos útiles para mejorar la resistencia a la plaga.

La resistencia del maíz a plagas, específicamente a S. frugiperda, puede deberse a uno o la combinación de tres mecanismos: tolerancia, antibiosis y antixenosis, este último, se refiere a la no preferencia del insecto por la planta para oviposición, refugio o consumo (^{Saldúa y Castro, 2011}), mecanismo dependiente de múltiples factores químicos y mecánicos (^{Vivanco et al., 2005}), los cuales son heredables, poligénicos (^{Fernández-Northcote, 1991}) y de alta interacción con el ambiente, que permiten que la planta no sea elegida por el insecto, cuando se compara con cultivares susceptibles o preferidos (^{Badii y Garza, 2007}). Entonces, el mejoramiento genético puede ser una herramienta útil para la obtención de cultivares resistentes a esta plaga; para esto, es necesario conocer en el germoplasma base utilizado, el tipo de acción génica que controla las características que brindan esta resistencia, para así plantear un programa eficiente de mejoramiento genético (^{Vanegas-Angaritas et al., 2007}).

Una decisión importante para el éxito de un programa de mejoramiento genético es la elección del germoplasma (^{Bänziger et al., 2012}) los estudios de cruzas dialélicas son herramientas que permiten estimar efectos genéticos de aptitud combinatoria general y específica, efectos recíprocos, maternos y no maternos en líneas y poblaciones base o premejoradas, cuya información permite definir pares heteróticos (^{Griffing, 1956}; ^{Guillen et al., 2009}) que se utilizan para el desarrollo de líneas élite e híbridos comerciales de maíz; asimismo, en muestreos aleatorios de líneas, es posible estimar la heredabilidad, la varianza genética y sus caracteres de importancia económica.

Los efectos de aptitud combinatoria general están asociados con la varianza genética aditiva, la cual puede aprovecharse mediante métodos de selección recurrente, y los de aptitud combinatoria específica a la varianza genética no aditiva, que pueden utilizarse en un programa de hibridación (^{Ávila et al., 2009}). De acuerdo a lo anterior, la determinación de la aptitud combinatoria general y específica del germoplasma de maíz para características de resistencia a S. frugiperda, permite clasificar los genotipos para su aprovechamiento en un programa de mejoramiento genético e identificar individuos que generen progenies con resistencia a esta plaga. Por otra parte, condiciones de tensión ambiental, como restricción de humedad o deficiencias nutrimentales favorecen el ataque de S. frugiperda al maíz, por lo que se considera que tales condiciones pueden permitir la diferenciación de los niveles de resistencia de cada cultivar a esta plaga, facilitando la selección de cultivares resistentes. El objetivo de este trabajo fue evaluar genéticamente la resistencia “por no preferencia” a S. frugiperda de cultivares de maíz derivados de germoplasma nativo del centro y sur de Tamaulipas, evaluados bajo diferentes tratamientos de fertilización.

Materiales y métodos

Durante el ciclo otoño-invierno 2014-2015 en el Campo Experimental “Ing. Herminio García González” de la Universidad Autónoma de Tamaulipas, Güémez, Tamaulipas, se evaluaron seis líneas S3 de maíz derivadas de germoplasma nativo del centro y sur del estado; dos líneas de poblaciones nativas de Padilla (PWL₁S₃ y PWL₆S₃), dos de Tula (TGL₂S₃ y TML₃S₃) y dos de Llera, Tam. (LlNL₄S₃ y LlHL₅S₃), 15 cruzas directas y 15 recíprocas, además cuatro híbridos comerciales como testigos (H-439, H-440, H-443 y G-8801), siendo un total de 40 cultivares. Los cultivares se establecieron en dos tratamientos de fertilización: en el primero se aplicó la fórmula 120N-60P-00K, donde 50% del N y 100% de P se aplicó en la siembra, el resto del N en la primera escarda y en el segundo tratamiento no se aplicó fertilización (00N-00P-00K). El experimento fue en un diseño de bloques completos al azar con tres repeticiones, con arreglo en parcelas divididas, la parcela grande fue el tratamiento de fertilización y la parcela chica los cultivares, la unidad experimental constó de un surco de 5 m de longitud con 0.8 m de separación entre surcos.

El experimento se estableció en condiciones de riego, en una densidad de población de 50 000 plantas ha^-1, la siembra se realizó de forma manual el 20 de febrero de 2015 y el control de maleza se hizo manualmente. Se determinó el daño foliar por S. frugiperda en las etapas fenológicas de sexta (DFH6) y décima (DFH10) hoja ligulada y a floración (DFHF), mediante una escala de daño de 0 a 5 (Cuadro 1), la identificación del daño provocado por este insecto se realizó de acuerdo las características específicas descritas por ^{Casmuz et al. (2010)}; ^{Fernández y Esposito (2000)}, las mediciones se hicieron en una muestra de cinco plantas por parcela experimental y se obtuvo el promedio por planta.

Cuadro 1 Escala visual de daño foliar ocasionado por S. frugiperda a cultivares de maíz desarrollados a partir de germoplasma nativo del centro y sur de Tamaulipas. 

A los valores promedio por unidad experimental de 1 a 5 de la escala visual, se realizó un análisis de varianza y una prueba de comparación de medias de Tukey (0.05), se utilizó el programa DIALLEL-SAS05 (^{Zhang et al., 2005}) para hacer un análisis dialélico bajo el método I de Griffing y el modelo I (efectos fijos), y estimar efectos de aptitud combinatoria general, específica y recíprocos, este programa permitió la división de los efectos recíprocos en maternos y no maternos.

Resultados y discusión

Para el DFH6 hubo diferencias significativas (p< 0.05) entre cultivares y tratamientos de fertilización, mientras que la interacción cultivares×tratamientos de fertilización fue altamente significativa (p<0.01), estos resultados indican que los cultivares tuvieron DFH6 diferente entre sí, dependiendo del tratamiento de fertilización; de igual manera el efecto del tratamiento de fertilización sobre esta variable también dependió del cultivar evaluado (Cuadro 2).

FV= fuente de variación; GL= grados de libertad; SC= suma de cuadrados; CM= cuadrados medios; Rep= repetición; TF= tratamiento de fertilización; CV= coeficiente de variación.

Cuadro 2 Resultados del análisis de varianza combinado de 40 cultivares de maíz en dos tratamientos de fertilización para el daño foliar de S. frugiperda. 

Por otra parte, para el DFH10 y DFHF se observaron diferencias significativas entre tratamientos de fertilización, y de forma contraria entre cultivares y para la interacción cultivar×tratamiento de fertilización no existió significancia estadística (datos no presentados); se observó un mayor DFH10 y DFHF en el tratamiento de no fertilización (1.09 y 0.633 respectivamente) en comparación al tratamiento de fertilización (0.603 y 0.4 respectivamente), lo anterior corrobora que, una condición de menor disponibilidad de nutrientes para la planta de maíz provoca una mayor susceptibilidad a plagas como S. frugiperda (^{Altieri y Nicholls, 2006}), lo que favorece la evaluación y selección eficiente de cultivares resistentes a esta plaga. La ausencia de diferencia entre cultivares para el DFH10 y DFHF, se debió a una disminución en la incidencia y daño foliar de esta plaga en etapas más avanzadas del ciclo biológico del cultivo, lo cual demuestra que este insecto presenta una mayor incidencia en etapas anteriores a la iniciación floral en el maíz (^{Murúa et al., 2006}; ^{Casmuz et al., 2010}).

Tomando en cuenta los resultados de la interacción cultivar×tratamiento de fertilización para él DFH6, cada uno de los factores principales se analizó dentro de cada uno de los niveles del otro factor; en este sentido, el tratamiento de no fertilización solamente favoreció un mayor daño foliar de S. frugiperda en cuatro cruzas, de las 30 evaluadas: PWL₆S₃ × LlHL₅S₃, PWL₆S₃ × LlNL₄S₃, LlNL₄S₃× LlHL₅S₃ y PWL₆S₃ × TML₃S₃, y en el testigo H-440 en comparación al tratamiento de fertilización, con DFH6 promedio en el tratamiento de no fertilización de 2.639 y en el de fertilización de 0.466 (Cuadro 3), el resto de los cultivares evaluados no mostraron efectos significativos en el DFH6 entre los tratamientos de fertilización; lo anterior muestra, que la disponibilidad de nutrientes en el suelo para la planta de maíz puede influir sobre el nivel de susceptibilidad al ataque de S. frugiperda (^{Granados y Paliwal, 2001}) y este efecto depende del cultivar (^{Granados, 2001}).

a, b= Promedios con distinta literal por columnas son estadísticamente diferentes; ^**= promedios estadísticamente diferentes entre tratamientos.

Cuadro 3 Daño foliar de S. frugiperda en la etapa de sexta hoja ligulada de cultivares de maíz en dos tratamientos de fertilización.  

Por otra parte, no se observaron diferencias estadísticas significativas para DFH6 entre cultivares en el tratamiento con fertilización, de manera contraria, en el tratamiento de no fertilización el cultivar PWL₆S₃ × LlHL₅S₃ tuvo un DFH6 de 2.933, estadísticamente mayor a lo observado en los cultivares PWL₁S₃× PWL₆S₃, TML₃S₃× LlHL₅S₃ y PWL₁S₃× LlNL₄S₃ con promedios inferiores a 0.87 de DFH6; mientras que el testigo H-440 tuvo un DFH6 de 2.733, solo se diferenció de la cruza PWL₁S₃×LlNL₄S₃ con un DFH6 de 0.733 (Cuadro 3), el resto de los cultivares tuvieron promedios de DFH6 similares entre sí. Esto demuestra que condiciones de tensión ambiental favorecen la diferenciación de la expresión de diversos cultivares (^{Moreno, 2009}), permitiendo la identificación de características sobresalientes como la resistencia a plagas; las líneas progenitoras tuvieron un DFH6 en el tratamiento de no fertilización entre 1.067 y 2.333 no mostrando diferencias significativas entre ellas (Cuadro 3).

Para DFH6 no se encontraron efectos significativos de aptitud combinatoria general; de manera contraria, se observaron efectos significativos de aptitud combinatoria específica (p>0.039), lo que demuestra que la variación de esta característica dependió principalmente de efectos no aditivos; en este mismo sentido, no se observó significancia para las interacciones de aptitud combinatoria general y específica×tratamiento de fertilización (Cuadro 4), lo cual indica que la disponibilidad de nutrientes en el suelo para la planta no influyó sobre la expresión de los efectos de aptitud combinatoria de los cultivares evaluados.

CM= cuadrados medios; ACG= aptitud combinatoria general; ACE= aptitude combinatorial específica; TF= tratamiento de fertilización; REC= efectos recíprocos; MAT= efectos maternos; NoM= efectos no maternos.

Cuadro 4 Resultados del análisis dialélico para el daño foliar de S. frugiperda en la etapa de sexta hoja ligulada en cultivares de maíz desarrollados a partir de germoplasma nativo de Tamaulipas en dos tratamientos de fertilización. 

Para efectos recíprocos tampoco se detectó significancia; sin embargo, si hubo para la interacción efectos recíprocos×tratamiento de fertilización. Se observó significancia tanto para efectos maternos como para la interacción de efectos maternos×tratamiento de fertilización, contrariamente, no existió significancia para los efectos no maternos, ni para la interacción de los mismos con el tratamiento de fertilización (Cuadro 4); esto muestra que la expresión de los efectos recíprocos y maternos, dependieron del tratamiento de fertilización evaluado. Por último, no hubo significancia para efectos no maternos (Cuadro 4), lo cual demuestra que la presencia de efectos recíprocos para el DFH6 dependió exclusivamente de efectos maternos; es decir, que la variación existente entre cruzas directa y recíproca fue controlada por genes ubicados en el ADN extranuclear o citoplasmático, ya sea en cloroplastos o mitocondrias (^{Sánchez-Sánchez et al., 2010}).

Se observaron efectos significativos y positivos de aptitud combinatoria específica para el DFH6 en las cruzas PWL1S₃× TGL₂S₃ y LlNL₄S₃× PWL₆S₃ y negativos para las cruzas PWL₁S₃× PWL₆S₃ y TGL₂S₃×LlHL₅S₃ (Cuadro 5). Lo anterior, indica que en las primeras dos cruzas existe una mayor preferencia de parte de S. frugiperda en comparación a sus progenitores, mientras que en las últimas cruzas, la preferencia disminuye en comparación a sus progenitores (Cuadro 3). Lo cual sugiere que la acción génica no aditiva está involucrada en las cruzas señaladas (^{Ávila et al., 2009}); es decir, la variación existente de la no preferencia de S. frugiperda en éstas, depende de efectos no aditivos, por lo tanto, mediante procesos de hibridación, la resistencia por no preferencia puede incrementarse en este germoplasma (^{De la Cruz-Lázaro et al., 2010}).

^* y ^**= Diferente de cero con probabilidad de 0.05 y 0.01 respectivamente.

Cuadro 5 Efectos de aptitud combinatoria específica, para el daño foliar de S. frugiperda en la etapa de sexta hoja ligulada en cultivares de maíz desarrollados a partir de germoplasma nativo de Tamaulipas. 

Existió significancia para la interacción de efectos recíprocos y maternos×tratamiento de fertilización (Cuadro 4), lo que indica que la disponibilidad de nutrientes en el suelo influyó sobre la expresión de estos efectos; por lo anterior, se analizaron dentro de cada uno de los tratamientos de fertilización. En el tratamiento con fertilización no se observó significancia estadística (p>0.05) para ninguno de los efectos evaluados, mientras que, en el tratamiento de no fertilización existieron efectos recíprocos y maternos significativos (p< 0.05) para DFH6, y no hubo significancia para los efectos no maternos (Cuadro 6). Lo anterior indica, que algunas de las cruzas evaluadas mostraron diferencias en la variable DFH6 entre sus combinaciones directa y recíproca; y estas diferencias se debieron solamente a efectos maternos, es decir, que la no preferencia de S. frugiperda en estas cruzas dependió de genes localizados en ADN extranuclear (^{Sánchez-Sánchez et al., 2010}), pero solo se expresó en el tratamiento de no fertilización.

GL= grados libertad; SC= suma de cuadrados; CM= cuadrados medios; ACG= aptitud combinatoria general; ACE= aptitud combinatoria especifíca; REC= efectos recíprocos; MAT= efectos maternos; NoM= efectos no maternos; CV= coeficiente de variación.

Cuadro 6 Resultados de los análisis dialélicos para el daño foliar de S. frugiperda en la etapa de sexta hoja ligulada en cultivares de maíz derivados de germoplasma nativo de Tamaulipas dentro de cada tratamiento de fertilización. 

En el tratamiento de no fertilización se observaron efectos recíprocos significativos para las cruzas PWL₁S₃×LlNL₄S₃, TML₃S₃×LlHL₅S₃ y PWL₁S₃×PWL₆S₃ (Cuadro 7), lo que indica diferencias del DFH6 entre sus respectivas cruzas directa y recíproca; las cruzas PWL₁S₃×LlNL₄S₃ y TML₃S₃×LlHL₅S₃ no mostraron significancia para los efectos de aptitud combinatoria específica (Cuadro 7), lo anterior debido a los efectos recíprocos significativos de estas mismas cruzas.

^†= efectos maternos en el tratamiento de no fertilización se presentan en la diagonal; ^††= efectos recíprocos en el tratamiento de no fertilización se presentan sobre la diagonal;^* y ^**= diferente de cero con probabilidad de 0.05 y 0.01 respectivamente.

Cuadro 7 Efectos maternos^† y recíprocos^†† para el daño foliar de S. frugiperda en la etapa de sexta hoja ligulada en cultivares de maíz desarrollados a partir de germoplasma nativo de Tamaulipas en el tratamiento de no fertilización. 

De esta manera, la PWL₁S₃×LlNL₄S₃ y TML₃S₃×LlHL₅S₃ tuvieron un promedio de DFH6 de 0.733 y 0.8 respectivamente, lo que muestra un daño por S. frugiperda en menos de 20% del área foliar de la planta, promedios de preferencia de este insecto de menor nivel en comparación a sus cruzas recíprocas, LlNL₄S₃× PWL₁S₃ y LlHL₅S₃×TML₃S₃ con DFH6 de 1.933 y 2.133 respectivamente, es decir un daño superior a 30% de su área foliar; si se considera que el promedio de DFH6 para las líneas PWL₁S₃1 y LlNL₄S₃ fue de 1.333 y 2.2 respectivamente, mientras que para las líneas TML₃S₃ y LlHL₅S₃ fue de 1.8 y 2.2 respectivamente, se puede inferir que el cruzamiento de estas líneas favoreció la disminución de la preferencia de S. frugiperda solo en las cruzas directas PWL₁S₃×LlNL₄S₃ y TML₃S₃×LlHL₅S₃ (Cuadro 3).

Por otra parte, se observaron efectos recíprocos significativos para la cruza PWL₁S₃×PWL₆S₃ en el tratamiento de no fertilización, donde la cruza directa PWL₁S₃×PWL₆S₃ tuvo DFH6 promedio de 0.867 y la cruza recíproca PWL₆S₃×PWL₁S₃ fue de 2.267 (Cuadro 3), lo anterior indica, que solo la cruza directa PWL₁S₃×PWL₆S₃ presentó una aptitud combinatoria específica negativa; por lo cual, se puede considerar a esta cruza como un patrón heterótico sobresaliente para la no preferencia de S. frugiperda y tomando en cuenta los efectos recíprocos significativos observados, se debe establecer previamente cuáles serán los progenitores materno y paterno (^{Cervantes et al., 2011}) en un programa de mejoramiento por hibridación en el que se incluya esta cruza.

En este mismo sentido, la cruza TGL₂S₃×LlHL₅S₃ tuvo aptitud combinatoria específica significativa y negativa para DFH6 y no presentó significancia para efectos recíprocos (Cuadro 7), por lo que se puede interpretar que esta cruza constituye un patrón heterótico importante para la resistencia por no preferencia de S. frugiperda, independientemente del orden de sus progenitores; sin embargo, si se toma en cuenta el alto promedio de DFH6 de los progenitores TGL₂S₃ y LlHL₅S₃, 2.333 y 2.2 respectivamente (Cuadro 3), lo que significa más del 30% del área foliar con daño por este insecto; de acuerdo a lo mencionado por ^{Cervantes et al. (2011)}, sería necesario que se disminuya la preferencia de S. frugiperda mediante algún proceso de selección recurrente, dentro de cada una de las líneas, para posteriormente incluirlas en un programa de mejoramiento por hibridación.

Por otra parte, es importante resaltar que la resistencia por no preferencia de parte de S. frugiperda, solo es un carácter individual a considerar en un programa de mejoramiento genético; por lo mismo estas líneas podrían ser integradas a un proceso de mejoramiento por arquetipo de buen porte, precocidad y alto rendimiento de grano, características que deben tener los progenitores e híbridos comerciales para la regiones agrícolas de Tamaulipas.

Hubo significancia en la interacción de efectos maternos×tratamiento de fertilización, solo se observaron efectos maternos significativos en el tratamiento de no fertilización (Cuadro 6), donde sobresalen las líneas LlNL₄S₃ y PWL₆S₃ con efectos maternos significativos y positivos (Cuadro 7), lo que indica que los niveles promedio de preferencia de S. frugiperda de todas las cruzas en las cuales estas líneas participaron como progenitores maternos, son mayores en relación a los niveles de preferencia presentados por las cruzas en las cuales estas líneas fungieron como progenitores paternos. De manera contraria, la línea PWL₁S₃ presentó efectos maternos significativos y negativos (Cuadro 7).

Por lo cual, el nivel de preferencia promedio en las cruzas en las que esta línea participó como progenitor materno, fue menor en comparación a las cruzas en las cuales la misma línea fue progenitor paterno; lo anterior, provocó la significancia de los efectos recíprocos en la cruza PWL₁S₃×PWL₆S₃ (Cuadro 7). Este efecto significativo sobre el DFH6 por S. frugiperda sobre estas cruzas, indica que los genes responsables de las características que brindan la resistencia por no preferencia se expresaran en mayor magnitud al ser heredados por el progenitor materno (^{Espinosa et al., 2009}), y este fenómeno no es concordante con el principio mendeliano, que supone la expresión igual de los genes en la progenie, sin importar si son heredados por el progenitor paterno o materno (^{Sokolov, 2006}).

Conclusiones

Existe variabilidad genética y niveles altos de no preferencia de S. frugiperda en el germoplasma de maíz evaluado, pero su expresión fue influenciada por los tratamientos de fertilización en los cuales se evaluó.

La varianza no aditiva fue de mayor importancia para el DFH6 y las cruzas TGL₂S₃×LlHL₅S₃ y PWL₁S₃×PWL₆S₃ tuvieron los mayores efectos de aptitud combinatoria específica.

La cruza PWL₁S₃×PWL₆S₃ mostró efectos recíprocos para el DFH6 y estos fueron causa de efectos maternos significativos de la línea progenitora PWL₁S₃.