Introducción

El cultivo del chile es uno de los cultivos hortícolas más importantes del mundo (^{de la Cruz-Lázaro et al., 2017}). Es distinguido por la pungencia de sus frutos, causada principalmente por tres capsaicinoides: nordihidro-, dihidro- y capsaicina (^{Sánchez-Sánchez et al., 2010}). Presenta amplia variabilidad de formas, colores, aromas, sabores y tamaños que constituyen una valiosa contribución de México a la cultura, alimentación y gastronomía del mundo desde épocas prehispánicas (^{Alonso et al., 2012}; ^{Hernández-Verdugo, 2014}; ^{Pérez et al., 2015}), con gran relevancia en la cocina mexicana situándose como principal especia (^{Zegbe et al., 2012}).

El valor químico-alimenticio resulta importante por el contenido de compuestos antioxidantes valiosos en la prevención de enfermedades crónicas y degenerativas (^{López-López et al., 2015}). Asimismo, se incrementa su valor económico en la industria de proceso y extracción de colorantes y oleorresinas (^{Arreguin et al., 2015}). En México, la producción de chile es de 1 276 123 t ha^-1, los principales estados productores son: Sinaloa, Sonora, Baja california Sur, Jalisco, San Luis Potosí, Veracruz, Tamaulipas, Guanajuato y Michoacán.

Este último, contribuye con una superficie sembrada de 448 ha de la superficie nacional y con un rendimiento de 11 095 t ha^-1 (^{SIAP, 2019}). Sin embargo, una de las principales especies de chile cultivadas en los estados de Michoacán, Veracruz, Estado de México y Puebla es C. pubescens (^{Barrios-Puente et al., 2014}), con gran importancia en mercado nacional y el extranjero, ya que su producción se ha incrementado por los altos rendimientos obtenidos, calidad del fruto y alta rentabilidad, el precio fluctúa de $10.00 a $80.00 y está relacionado directamente con la temporada, el tamaño y color de fruto.

Por lo anterior, existe una demanda potencial en crecimiento por su consumo y producción (^{Espinosa-Torres y Ramírez-Abarca, 2016}). Esta especie se caracteriza por ser principalmente de secano, donde los meses más significativos para su cosecha son de agosto a diciembre (^{Barrios-Puente et al., 2014}). En México, C. pubescens es conocido comúnmente como chile manzano, rocoto, canario o chile de cera y en el estado de Michoacán, es reconocido como chile perón (^{Espinosa-Torres y Ramírez-Abarca, 2016}) y presenta amplia variabilidad genética aprovechable en programas de mejoramiento genético como resultado de la amplia diversidad de ambientes existentes (^{Bobadilla-Larios et al., 2017}).

En este estado, existen zonas agroecológicas homogéneas diversas, que en general son propicias para el desarrollo del cultivo del aguacate (^{Gutiérrez-Contreras et al., 2010}) y algunas favorecen el desarrollo de chile perón, ya que se observa buena adaptación en zonas de sombra donde se mezcla el aire caliente con el viento frio, bajo los árboles de aguacate (SAGARPA, 2013).

No obstante, C. pubescens se conoce únicamente bajo cultivo y la falta de conocimiento sobre la diversidad y relaciones filogenéticas limitan su mejoramiento genético (^{Pérez et al., 2015}). En ese sentido, los recursos fitogenéticos relacionados, adquieren gran relevancia por el potencial genético que presentan y por ser la base para la obtención de variedades mejoradas (^{Moreno-Pérez et al., 2011}).

De acuerdo con lo anterior, surge la necesidad de conocer la distribución, variabilidad y genética de los materiales que conservan los productores en sus parcelas (^{Martínez-Sánchez et al., 2010}) para evitar la pérdida por erosión genética como consecuencia de desastres por factores adversos como los cambios demográficos, sequías, destrucción de áreas naturales, sustitución de variedades criollas, plagas y enfermedades, entre otras (^{CONABIO, 2011}; ^{Toledo-Aguilar et al., 2016}).

En este sentido, es necesario rescatar y caracterizar (^{IBPGR, 1983}; ^{UPOV, 2006}) la diversidad genética cultivada con el propósito de generar información sobre la variabilidad de esta especie que prevalece en diferentes regiones y zonas agroecológicas del estado de Michoacán. Asimismo, es importante explorar alternativas que permitan conocer y conservar características de importancia para sentar las bases del mejoramiento genético de la especie.

En el presente trabajo de investigación se planteó la recolección de morfotipos de chile perón en distintas zonas agroecológicas del estado de Michoacán con la finalidad de evaluar la variabilidad morfológica existente, así como la identificación de características morfológicas de importancia para aprovecharse en programas de mejoramiento genético de la especie.

Materiales y métodos

La investigación se desarrolló en el Laboratorio de Recursos Fitogenéticos (LAREFI) de la Unidad de Investigaciones Avanzadas en Agrobiotecnología (UIIA) de la Facultad de Agrobiología ‘Presidente Juárez’, ubicada en la ciudad de Uruapan, Michoacán, México. La recolecta de germoplasma se llevó a cabo mediante recorridos de campo hechos a partir de febrero de 2016 hasta agosto de 2017, debido a la asociación de C. pubescens con el cultivo del aguacate, se hicieron principalmente en el área conocida como la franja aguacatera de Michoacán, localizada en la provincia fisiográfica del sistema volcánico transversal entre los paralelos 18° 45’ y 20° 6’ latitud norte y los meridianos 101° 47’ y 103° 13’ de longitud oeste, donde predominan diez zonas agroecológicas homogéneas (^{Gutiérrez-Contreras et al., 2010}).

En total, fueron tomados al azar cinco frutos y cinco hojas de 31 variedades cultivadas. La caracterización de fruto, hoja y semilla se hizo con base a los descriptores morfológicos propuestos para Capsicum spp. (^{CATIE-IPGRI-AVRDC, 1995; UPOV, 2006}). En total, fueron consideradas 27 variables, seis de hoja: color, forma, margen de la lámina foliar, pubescencia, longitud y ancho; 16 de fruto: volumen, presencia de manchas o rayas antocianinicas, color, forma, longitud, ancho, peso, longitud del pedicelo de fruto, espesor de la pared, forma del fruto en la unión con el pedicelo, cuello en la base del fruto, forma del ápice de fruto, apéndice en el fruto, arrugamiento transversal, número de lóculos y tipo de epidermis y cinco de semilla: color, textura, tamaño, peso y número de semillas por fruto.

El diseño experimental utilizado fue completamente al azar con cinco repeticiones. Para el análisis de variables cualitativas se proporcionaron datos de doble estado y multiestado a los cuales se les asignaron valores nominales con secuencia lógica y las variables cuantitativas fueron estandarizadas a números enteros con dos decimales a excepción del número de lóculos y número de semillas por fruto. Posteriormente, para determinar la existencia o no de diferencias estadísticas entre los caracteres evaluados, se practicó un análisis de varianza en una vía con el procedimiento Proc Anova y para evaluar diferencias estadísticas significativas entre variedades cultivadas, se utilizó la prueba de Tukey (α≤ 0.05).

Con la finalidad de seleccionar las variables que aportaron mayor información para explicar la varianza total entre las variedades cultivadas, fueron seleccionadas 24 variables que presentaron diferencias estadísticas significativas, sobre ese listado se practicó un análisis discriminante de Stepwise (^{Romano y Wolf, 2005}). Posteriormente, para eliminar las variables correlacionadas y evitar problemas de colineidad en las matrices se hizo un análisis de correlación múltiple (^{Pearson y Filon, 1898}).

Para determinar la similitud entre las variedades cultivadas se hizo uso de herramientas de estadística multivariada como el análisis de componentes principales (ACP) y el análisis de conglomerados (AC) con el método de agrupamiento de Ward, con la prueba de pseudo F fue determinado el grado de confiabilidad de los grupos.

Para los análisis descritos se empleó el programa de cómputo SAS versión 9.2 (^{SAS, 2012}). Finalmente, para determinar la posible relación de las características morfológicas con el origen de las variedades cultivadas, la información de georreferencia del origen de las variedades cultivadas fue transformada (^{FCC, 2018}) para construir una matriz de distancias geográficas (DG), la cual fue correlacionada con la matriz de distancias euclidianas (DE) de características morfológicas, mediante la prueba de Mantel con el paquete estadístico Genalex (^{Peakall y Smouse, 2012}).

Resultados y discusión

En cuatro zonas agroecológicas homogéneas (^{Gutiérrez-Contreras et al., 2010}) de la franja aguacatera de Michoacán fue posible identificar chile perón, en total, 31 variedades cultivadas de chile perón con características morfológicas contrastantes. Las variedades cultivadas fueron ubicadas entre los 1 623 y 2 282 msnm, rangos de altura que coinciden con los reportados para el cultivo de esta especie (^{Yáñez et al., 2015}; ^{Espinosa-Torres y Ramírez-Abarca, 2016}; ^{Caballero-Gutiérrez et al., 2017}).

El chile perón es identificado como una especie que posee variabilidad genética aprovechable en programas de mejoramiento genético (^{Arias et al., 2017}). En este estudio, las variedades cultivadas de chile perón mostraron diferencias estadísticas significativas (α< 0.05) para 20 variables. En el Cuadro 1, se presentan los estadísticos simples para cada una de las variables analizadas. Los coeficientes de determinación (R²) obtenidos oscilaron de R²= 0.29 (textura de la semilla) a R²= 0.82 (longitud de fruto), indicando que los datos se ajustan al modelo utilizado para el análisis de la información, además, la mayoría de las variables presentó alta capacidad predictiva de la varianza.

La desviación estándar (DE) en la mayoría de las colectas fue baja, con excepción de las variables: peso de fruto (DE= 8.17), volumen de fruto (DE= 9.12) y número de semillas por fruto (DE= 17.31). Por otra parte, la variabilidad de las características evaluadas e interpretada mediante el coeficiente de variación (CV) mostró que los caracteres medidos presentan diferentes niveles de dispersión, los caracteres con la mayor variación entre colectas fueron: apéndice de fruto, vestigio de la floración (CV= 95.30) y presencia o ausencia de manchas o rayas antocianinicas (CV= 91.68), en contraste con la longitud (CV= 8.81) y ancho de fruto (CV= 9.25).

Resultados similares, se han obtenido al caracterizar poblaciones de C. annuum, C. baccatum, C. chínense y C. frutescens (^{Palacios y García, 2009}). En este sentido, al analizar colectas de C. annuum, C. frutescens y C. chínense se obtuvieron CV mayores al 25% para 75% de los descriptores evaluados (^{Villota-Ceron et al., 2012}), en colectas de C. annum (timpinchile) se determinaron los mayores valores de CV para la longitud de tallo y diámetro de copa con un CV mayor al 50% (^{Alonso et al., 2012}).

La amplia variabilidad de caracteres morfológicos que presenta el género Capsicum se ha observado en distintos trabajos (^{Pardey et al., 2009}). Aunque diferentes especies pertenecientes al género Capsicum comparten rasgos en común, cada especie presenta características propias, de importancia en los procesos de selección (^{Palacios y García, 2009}). Sin embargo, las variables evaluadas en fruto son principalmente consideradas para discriminar variabilidad genética aprovechable en programas de mejoramiento genético (^{Pardey et al., 2006}).

Por ejemplo, el espesor de pulpa, peso, longitud y volumen de fruto han sido reportadas como características de importancia en la explicación de la variación que existente dentro del género Capsicum (^{Medina et al., 2006}; ^{Castañon-Najera et al., 2008}; ^{Bozokalfa et al., 2009}; ^{Singh et al., 2017}). Los resultados obtenidos del análisis discriminante stepwise, indican que las variables que no aportan información a la variabilidad existente entre las variedades cultivadas son el volumen de fruto y tipo de epidermis.

Adicionalmente, los resultados obtenidos del análisis discriminante stepwise, indicaron que las variables: volumen y espesor de la pared del fruto, no aportan información útil para explicar la variación existente entre las variedades cultivadas de chile manzano. Asimismo, al revisar los valores de correlación de Pearson, dichas variables presentaron alta correlación con el peso y ancho de fruto.

En el Cuadro 2, se presentan 27 correlaciones significativas (r> 0.05) identificadas entre las 27 variables evaluadas en hoja, frutos y semilla de chile manzano. De las 27 correlaciones, fueron identificadas cinco correlaciones con valores de r≥ 0.8, el peso de futo con el volumen y ancho de fruto (r= 0.9521 y r= 0.8383, respectivamente), ancho de fruto, con volumen de fruto (r= 0.8197), número de semillas con el peso de semillas (r= 0.8044) y ancho de la hoja con longitud de hoja (r= 0.7841). 20 correlaciones con valor r≤ 0.5.

En contraste, fueron identificadas dos correlaciones con valor negativo, longitud de fruto con forma del ápice de fruto (r= -0.3108) y el color de fruto con el ancho de fruto (r= -0.3114). De igual forma, se han identificado variables con altos valores de correlación entre características de hoja y fruto en colectas del género Capsicum (^{Villota-Ceron et al., 2012}).

En híbridos de C. pubescens se demuestra la estrecha asociación de las variables altura de la planta, longitud y ancho de la hoja, además, se señala el efecto en el porte y vigor de la planta como en el tamaño del fruto (^{Arias et al., 2017}). El peso del fruto es una característica dominante, relacionada con el tamaño del fruto y el grosor de pericarpio; estas características son importantes por la demanda del consumidor ya que éste, se ve atraído por frutos grandes y vistosos, además los frutos con pericarpio más grueso resultan ser más resistentes en el manejo post-cosecha (^{Lannes et al., 2007}).

Sin embargo, la susceptibilidad a la pudrición de la fruta causada por Phytophthora fue correlacionada con el grosor del pericarpio; es decir, los chiles con pericarpio más grueso tienden a ser más susceptibles a P. capsici por esta razón, los frutos pequeños son considerados en los programas de mejoramiento genético por sus características de resistencia a insectos y enfermedades (^{Naegele et al., 2016}). Los resultados obtenidos del análisis de componentes principales (CP) indicaron que la varianza total explicada, con los tres primeros componentes fue de solo 45.89%, mientras que con nueve se explica 80%.

Resultados similares se han obtenido en trabajos de caracterización morfológica in situ en el género Capsicum, ya que se ha observado que en este tipo de trabajos no se logra explicar más 80% de la varianza con los tres primeros componentes (^{Castañon-Najera et al., 2008}; ^{Martínez-Sánchez et al., 2010}; ^{Alonso et al., 2012}; ^{Villota-Ceron et al., 2012}; ^{de la Cruz-Lázaro et al., 2017}). Resultados similares en este tipo de trabajos en otras especies se han reportado (^{Medina-Torres et al., 2015}, ²⁰¹⁶; ^{Toledo-Aguilar et al., 2016}).

En la Figura 1, se muestra la distribución de 31 variedades cultivadas procedentes de cuatro zonas agroecológicas homogéneas en función de tres componentes principales. Al analizar los vectores propios con valores arriba de 0.3, se determina que el CP1 está en función de la presencia de cuello en la base del fruto (CBF), longitud de hoja (LH) y longitud de fruto (LF), el CP2 se determinó en función del peso de la semilla (PS), volumen de fruto (VOL), ancho (ACHF) y peso de fruto (PF), finalmente, el CP3 está en función del color de fruto (CF), arrugamiento transversal (ARRT), número de lóculos (NL) y color de semilla (CS).

Figura 1 Dispersión de variedades cultivadas de chile perón procedentes de cuatro zonas agroecológicas homogéneas del estado de Michoacán; a través, de los primeros tres componentes. Variables asociadas al CP1= cuello en la base de fruto (CBF); longitud de hoja (LH) y fruto (LF); variables asociadas al CP2= peso de semilla (PS); volumen (VOL); ancho (ACHF) y peso de fruto (PF); variables asociadas al CP3= color de fruto (CF); arrugamiento transversal (ARRT); número de lóculos (NL); y color de semilla (CS).  

Resultados similares se han reportado en otras en otras especies, por ejemplo, en C. annuum se indica 74% de la varianza total explicada con los primeros tres componentes principales (^{Martínez-Sánchez et al., 2010}) en función de días a la floración y fructificación, grosor de pericarpio, longitud y ancho de corola. Los rasgos de mayor contribución para explicar la variabilidad entre variedades cultivadas de distintas especies del género Capsicum son los relacionados con el fruto y la arquitectura de la planta (^{Castañon-Najera et al., 2008}; ^{de la Cruz-Lázaro et al., 2017}), estos resultados coinciden con los obtenidos en la investigación, ya que también se ha identificado el ancho y longitud de hoja, forma, longitud, ancho y peso de fruto entre las características morfológicas que favorecen a la explicación de variabilidad entre colectas.

En el dendograma generado del análisis clúster fueron identificados grupos de variedades cultivadas procedentes de la misma localidad, así como la asociación de variedades cultivadas por la zona agroecológica del sitio de procedencia (Figura 2). En el germoplasma recolectado existe una amplia variabilidad, estas diferencias pueden estar relacionadas con los sitios de procedencia. Se ha identificado que la temperatura y la cantidad de agua disponible durante el crecimiento y reproducción de las plantas son factores importantes para la diferenciación de las poblaciones de chile silvestre que crece en condiciones naturales (^{Hernández-Verdugo et al., 2012}).

Figura 2 Agrupamientos de 31 variedades cultivadas de C. pubescens procedentes de cuatro zonas agroecológicas homogéneas* del estado de Michoacán; Toreo el bajo (TOB); Tingambato (TIN); Tiamba (TIA); Uruapan (URU).  

En contraste, la agrupación de los materiales no muestra relación entre especies o ambientes de recolección (^{Villota-Ceron et al., 2012}). Los resultados obtenidos sobre la variabilidad y su relación con el origen de las variedades cultivadas coinciden parcialmente con los indicados por los autores citados, en este trabajo, se determinó la existencia de grupos de variedades cultivadas claramente relacionadas con las zonas agroecológicas, aunque también se identificaron grupos sin ninguna relación aparente por su sitio de procedencia. Los resultados obtenidos en este estudio corroboran que la variabilidad existente en C. pubescens se explica principalmente con características evaluadas en los frutos (Cuadro 3).

Finalmente, los resultados obtenidos de la prueba de Mantel indican que no hubo correlaciones significativas entre el origen de las variedades cultivadas y las características morfológicas evaluadas (Figura 3); no obstante, los datos utilizados para correlacionar la variabilidad con el origen son: latitud norte y longitud oeste, sin tomar en cuenta las características agroecológicas los sitios de origen. Por lo tanto, la variabilidad identificada entre las variedades cultivadas de C. pubescens no está directamente relacionada con la ubicación geográfica, pero puede estar influenciada por las zonas agroecológicas homogéneas de procedencia.

Figura 3 Prueba de mantel, correlación lineal entre distribución de 31 variedades cultivadas de C. pubescens con base en distancias euclidianas generadas por las características morfológicas y distribución geográfica de acuerdo a las coordenadas geográficas de origen.  

En especies del género Capsicum, la variabilidad dentro y entre especies no necesariamente está relacionada con las zonas de origen (^{Bobadilla-Larios et al., 2017}). Por lo tanto, la agrupación de las variedades cultivadas en el presente estudio puede estar influenciada por el flujo génico ya que la aparición de nuevas formas, nuevos genotipos o híbridos se debe principalmente al intercambio de germoplasma entre agricultores (^{Pérez et al., 2015}).

Conclusiones

Las variedades cultivadas de chile perón procedentes cuatro zonas agroecológicas homogéneas del estado de Michoacán presentaron amplia variabilidad morfológica en tejido foliar, fruto y semilla. Las características evaluadas en el fruto destacaron como las variables de mayor importancia para explicar la variación total identificada, además, de que estas características pueden ser utilizadas como parámetros de calidad de fruto de chile perón.

Por otra parte, no se logró establecer alguna relación entre la variabilidad morfológica y los sitios de origen de las variedades cultivadas de chile perón evaluadas. No obstante, no se descarta la idea de que las características morfológicas estén influenciadas por las zonas agroecológicas del sitio de origen y por el flujo génico debido al intercambio de germoplasma entre agricultores.