Material genético

Se utilizaron tres colectas de maíz elotero de valles altos: Cacahuacintle (C-Pue-185), Chalqueño (Hgo-428) y Elotes cónicos (Hgo-416) (Cuadro 1), a las cuales se les incorporó el gen shrunken2 (sh2) como se describe a continuación: se utilizó una la población segregante línea mencionar nombre Shrunken-2 Hi sh2 SYN 2k del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) como donadora del gen sh2 y este genotipo se cruzó manualmente con las tres razas de maíces de Valles Altos de México en primavera-verano (PV) del año 2016.

La siembra se realizó en dos fechas: en la primera fecha se sembraron las tres poblaciones y el donador, a los cinco días posteriores se sembró una segunda fecha del donador para asegurar sincronía floral. Debido a que el gen sh2 se expresa en condición homocigótica recesiva, en PV de 2017 se realizaron autofecundaciones de plantas F1 para detectar en la F2 mazorcas con granos dulces.

En PV 2018 se sembraron los fenotipos dulces (F2) de cada una de las cruzas F1 para realizar la primera retrocruza (BC1) hacia las poblaciones recurrentes. En PV del año 2020 se sembraron y autofecundaron las plantas F1 obtenidas en el año 2016, con fondo genético 50% recurrente + 50% del donador y las cruzas F1 obtenidas en el año 2018, resultado de la primera retrocruza BC1, con fondo genético 75% recurrente + 25% del donador para identificar nuevamente los genotipos dulces. En el año 2021 se sembró la F2:3 más tres híbridos comerciales eloteros como testigos.

Sitios experimentales

Los experimentos se establecieron el 14 de mayo del año 2021 en la localidad de San Felipe Teotlalcingo, Puebla, México (19° 13’ 48’’ latitud norte y 98° 31’ 07’’ longitud oeste a 2 400 m), de clima tipo C (w1) (w)(x’) s, semifrío subhúmedo con lluvias en verano, con temperatura media anual entre 5 y 12 °C precipitación media anual de 900 mm y el 25 de mayo del mismo año en Montecillo, Texcoco, Estado de México. (19° 28’ 02’’ latitud norte y 98° 54’ 24’’ longitud oeste a 2 250 m), de clima tipo Cb (w0) (w) (i’) g, templado con verano fresco largo, temperatura media anual entre 12 y 18 °C y precipitación media anual de 637 mm (^{García, 1998}).

Diseño y unidad experimental

El diseño experimental fue en bloques completos al azar con tres repeticiones y la unidad experimental en una parcela de seis surcos de 5 m de longitud y 0.8 m de separación, con 11 matas de dos semillas a una distancia de 0.5 m entre ellas para los materiales de grano normal, y 11 matas con cuatro semillas a una distancia de 0.5 m entre ellas para los genotipos con el gen sh2 para prevenir fallas en la germinación, por la condición física y fisiológica desfavorable propia de los genotipos con endospermo dulce.

Manejo de los experimentos

La siembra se realizó de manera manual, en la etapa V3 se raleó a dos plantas por mata, lo cual redujo la densidad de población a 50 000 plantas ha^-1. La fertilización se realizó antes de la siembra con la siguiente fórmula: 180N-60P-0K, se aplicó la mitad de nitrógeno y todo el fósforo en la siembra y el resto del nitrógeno a los 45 días después de la siembra. Las fuentes fueron urea y fosfato diamónico. El control de maleza se realizó con Atrazina a dosis de 2 kg ha^-1 en 200 L de agua, y Dicamba + Atrazina a dosis de 2 L ha^-1 en 300 L de agua.

Se presentó la plaga de frailecillo (Macrodactylus sp.) la cual se controló con Clorantraniliprole + Lambdacialotrina a dosis de 100 ml ha^-1 en 200 L de agua. Los experimentos se condujeron bajo riego. La cosecha se realizó manualmente a los 28 días después de la floración femenina, siete días después de lo recomendado por (^{Shelton y Tracy, 2015}).

Variables evaluadas

Se registró vigor de planta (VIG) mediante una calificación visual con escala de 1 al 9, donde 1 corresponde a las plantas menos vigorosas y 9 a las plantas más vigorosas; floración femenina (FF, días) como el número de días transcurridos desde la fecha de siembra hasta que 50% de la población mostró la emergencia de los estigmas receptivos de aproximadamente 2 o 3 cm de largo en el jilote principal, altura de elote (AE, cm) se midió en una planta representativa de la unidad experimental como la distancia desde la base hasta el nudo de inserción de la mazorca principal.

De cinco elotes provenientes de plantas con competencia completa, se removieron todas sus brácteas y se registraron los siguientes datos: longitud de elote (LE, cm) se midió desde la parte basal del elote hasta la parte apical, llenado de granos (LLMZ, cm) se midió desde la parte basal del elote hasta llegar a la parte ocupada con granos, sin considerar granos abortados, sólo los granos que se encontraban en anillos completos alrededor de la mazorca, diámetro de elote (DE, cm).

Se midió en la parte media con un vernier digital (Mitutoyo CD-6 CS; Miyutoyo Corporation, Kanagawa, Japón), conteo del número de hileras (NH), se dividió la estructura femenina y se utilizó la mitad de la parte basal para llevar a cabo el conteo de las hileras de la mazorca, rendimiento de elote sin hojas (RESH, t ha^-1) se determinó al momento de la cosecha con una balanza digital (Ohaus, Scout Pro, Ohus Corporation, Parsippany, New Jersey, USA), rendimiento de grano fresco rebanado (RGFR, t ha^-1), para ello, se separó de la mazorca y se rebanó manualmente con cuchillo, luego se pesó en una balanza digital marca Ohaus Scout Pro.

Los datos de RESH y RGFR se ajustaron al contenido de humedad de 70% (^{Rice y Tracy, 2013}; ^{Meneses et al., 2017}) y a una densidad de 50 000 elotes ha^-1 (piezas potencialmente comercializables), sólidos solubles totales (SST, ºBrix) se obtuvo un extracto de la mezcla homogénea de granos rebanados de 20 elotes en estado de consumo cosechados por la mañana. La determinación se realizó por triplicado con un refractómetro digital (Atago Pal-1^®, Tokio, Japón) en 300 μl del extracto fresco.

Prueba sensorial (SE)

En la prueba sensorial se aplicó la metodología para estudiar el gusto y preferencia de los consumidores planteada por ^{Severiano (2019}), ante un panel no entrenado de 25 personas (mujeres y hombres de tres grupos de edades, < 30, 30-50 y > 50 años). El elote se preparó mediante cocción de 0.5 kg de grano en etapa de consumo (esquite) de cada unidad experimental. La cocción se realizó inmediatamente después de la cosecha con agua simple embotellada por 1 h en una olla de acero vitrificado novacero, 22 cm de 5 L (CINSA) y una parrilla eléctrica de 60 hz, 1 700 w, 127 v (Timco, PE-02, México) con el mismo nivel de regulación.

Las muestras fueron presentadas al grupo de panelistas a temperatura típica de consumo (≈ 45 ºC) en vasos de plástico de 30 ml con 20 g de elote cocido. El orden de degustación de las muestras para cada persona fue aleatorio y entre la evaluación de cada muestra los panelistas consumieron agua simple embotellada para lavar lengua y paladar.

A cada muestra se le evaluó el sabor en una escala hedónica de nueve puntos, donde 9 representó me gusta muchísimo, 8 me gusta mucho, 7 me gusta bastante, 6 me gusta ligeramente, 5 me es indiferente, 4 me disgusta ligeramente, 3 me disgusta bastante, 2 me disgusta mucho y 1 me disgusta muchísimo (^{Paucar-Menacho et al., 2016}), con la variante de que se utilizó una escala gráfica lineal de nueve puntos en la que los panelistas marcaban en la línea un punto o diagonal al nivel de preferencia de la muestra, después se midió con una regla y se registró el valor de dicha marca.

Análisis estadístico

A cada variable se efectuó análisis de varianza general combinado. Para identificar las mejores poblaciones se llevó a cabo una comparación de medias con la prueba de Tukey (p≤ 0.05) y se calculó la matriz de correlaciones de Pearson entre las variables evaluadas. Todos los análisis de datos se realizaron con el paquete estadístico SAS^® 8.0 (^{SAS Institute, 1999}).

Análisis de varianza combinado

En la fuente de variación localidades se encontraron diferencias estadísticamente significativas (p≤ 0.01) para las variables vigor de planta (VIG), floración femenina (FF), altura de elote (AE), diámetro de elote (DE), rendimiento de elote sin hojas (RESH), rendimiento de grano fresco rebanado (RGFR) y sólidos solubles totales (SST) (Cuadro 2). Lo anterior indica que las localidades de evaluación discriminan de manera diferente y se atribuye a que son divergentes en cuanto a condiciones climáticas, edáficas, ubicación geográfica y la conducción de los experimentos, particularmente en cada una de ellas.

En la fuente de variación genotipos se encontraron diferencias estadísticamente significativas (p≤ 0.01) para todas las variables, lo cual significa que al menos uno de ellos es diferente del resto de los genotipos; por lo tanto, existe variabilidad entre los mismos, las diferencias encontradas se atribuyen en gran medida a la diversidad genética que presentan las poblaciones experimentales, pues se involucraron razas diferentes, así como al fondo genético producto de las cruzas realizadas para la formación de las poblaciones evaluadas, así mismo la presencia del gen Sh2, el cual tiene marcada influencia en la expresión fenotípica de los materiales.

Con respecto a la interacción genotipos por localidades, se detectó significancia estadística (p≤ 0.01) para la mayoría de las variables, de lo cual se deduce que existen diferencias relativas entre el comportamiento de los genotipos a través de localidades; es decir, existe comportamiento desigual de las poblaciones experimentales al pasar de un ambiente a otro. Para las variables DE y NH no se encontró significancia estadística, indicando ausencia de interacción con los ambientes.

En este estudio se detectó variabilidad genética en las poblaciones evaluadas, lo que permite realizar selección de las mejores de acuerdo con sus buenos atributos agronómicos y estabilidad a través de ambientes; no obstante, para este último caso es necesario recurrir a metodologías que exploren, cuantifiquen e interpreten dicha interacción. Esto resulta importante para evitar desarrollar programas específicos para cada ambiente, cuando la calidad elotera del maíz se ve altamente afectada por el ambiente.

Selección de genotipos sobresalientes

Las lecturas de sólidos solubles totales (SST) variaron de 8.83 a 16.53 ºBrix (Cuadro 3), la población Hgo-428sh2F1 destacó con fondo genético 50% nativo + 50% donador con 16.53 ºBrix. El valor más bajo fue para la población elotera normal Hgo-416 (Elotes Cónicos), con 8.83 ºBrix, esto coincide con los resultados obtenidos por ^{Coutiño et al. (2015}) con la variedad nativa Paloma en Villaflores Chiapas (8.8 ºBrix).

En sabor de elote (SE) sobresalió la misma población, pero con diferente fondo genético; es decir, 75% nativo + 25% donador, por lo que se deduce que en relación con la calidad de elote la población Hgo-428 (Chalqueño) puede ser un buen candidato en la comercialización de elote con el gen super dulce. En características morfológicas, los genotipos no dulces A7573, AS-Cherokee, Hgo-428 (Chalqueño), C-Pue-185 (Cacahuacintle), Hgo-416 (Elotes Cónicos) sobresalieron en todos los aspectos.

Destacó el híbrido comercial A7573 en la mayoría de las variables como VIG, FF, LE, LLMZ, DE y NH. En una investigación similar, ^{Sánchez et al. (2013}) encontraron también al híbrido A7573 como genotipo sobresaliente en longitud y diámetro de elote en dos ensayos en la zona del trópico húmedo para producción de elote; además, mencionaron que, en estudios realizados por otros autores, para el híbrido A-7573, en condiciones de riego, se registraron longitudes de elote entre 24 y 31 cm y diámetros de 4.1 a 5.5 cm, valores muy cercanos a los obtenidos en esta investigación. Con respecto al rendimiento de grano fresco rebanado, las poblaciones nativas normales Hgo-428 (Chalqueño) y C-Pue-185 (Cacahuacintle) fueron estadísticamente iguales (p≤ 0.05) al testigo comercial A7573 y numéricamente superiores a Sweeter 93. ^{Zaluski et al. (2021}) consideraron el rendimiento de grano, el rendimiento de mazorcas deshojadas y el número de mazorcas comerciales como caracteres clave para la identificación de genotipos de maíces superdulces prometedores. ^{Valdivia-Bernal et al. (2010}) encontraron que el criollo Jala fue sobresaliente en rendimiento de elote en comparación con el híbrido A7573.

Lo anterior alienta a seguir realizando esfuerzos en el proceso de retrocruzas para recuperar las características de las poblaciones iniciales, pero con la variante del gen de dulzura incorporada. En sabor de elote, el mejor material, de acuerdo con los panelistas, fue Hgo-428sh2BC1F1, seguido de Hgo-428sh2F1, Sweeter 93 y C-Pue185sh2BC1F1, materiales que están dentro del grupo de superdulces, con valores de sabor de elote de 6.08, 5.97, 5.93 y 5.68, respetivamente.

Correlaciones de Pearson

Los pares de variables LLMZ vs LE, RESH vs LE, DE y RGFR vs LLMZ, DE, RESH presentaron correlaciones positivas, estadísticamente significativas (p≤ 0.01), con valores de r> 0.8, Cuadro 4. Entre más cercano a 1 sea el coeficiente de correlación entre variables, mayor asociación entre ellas, aunque ello no implica necesariamente relaciones de causalidad (^{Roy-García et al., 2019}). Si se pretende comercializar el elote en pieza completa; es decir, sin rebanar, es deseable enfocar los esfuerzos de selección a materiales con mayor longitud y diámetro de elote.

En programas de mejoramiento genético, el rendimiento es una de las variables a las que se atribuye mayor importancia al momento de generar y avanzar productos nuevos al mercado, por esta razón, se resalta la correlación significativa encontrada en rendimiento de grano fresco rebanado (RGFR) con diámetro de elote (r= 0.88^**) y con rendimiento de elote sin hoja (r= 0.9^**). Ambas características pueden usarse como criterios de selección indirecta para mejorar el rendimiento.

El rendimiento de elote entero sin hoja presentó una correlación alta (r = 0.87^**) con longitud de elote. ^{Borroel et al. (2018}) encontraron una correlación significativa del rendimiento con el diámetro de mazorca (r= 0.9) y con la longitud de mazorca (r= 0.77), datos similares a los de esta investigación. Existe correlación significativa negativa (p≤ 0.01) de SST con VIG, AE, LE, LLMZ, DE, RESH y RGFR de r= -0.77^**, r= -0.44^**, r= -0.66^**, r= -0.77^**, r= -0.56^**, r= -0.61^** y r= -0.59^** respectivamente.

La incorporación del gen superdulce sh2 tiende a afectar de manera drástica algunas características morfológicas, en especial el vigor, germinación y desarrollo de la plántula, lo cual representa problemáticas específicas de los maíces dulces y superdulces para el manejo de su germoplasma, ya que las mutaciones que dieron origen a estas variedades tienen importantes implicancias sobre la fisiología de la germinación, al tener bloqueada la ruta metabólica de síntesis de almidón, polisacárido que representa la principal substancia de reserva de la semilla para el caso del maíz (^{Montoro y Ruiz, 2017}); por lo tanto, durante los ciclos de retrocruza es de suma importancia realizar selección para estas variables.

Evaluación sensorial

De acuerdo con los datos obtenidos en la evaluación sensorial, el contenido de sólidos solubles (ºBrix) en los granos estuvo relacionado con la preferencia de consumidor, ya que existe correlación positiva significativa (p≤ 0.01) con sólidos solubles totales (r= 0.69^**), lo que indica que a los panelista les fueron más agradables los materiales dulces, resultado que coincide con lo encontrado por ^{Coutiño et al. (2010}), quienes señalaron que los maíces dulces con alto contenido de sólidos solubles totales son los de mayor preferencia para su consumo en elote, pero no coinciden totalmente con los hallazgos encontrados por ^{Osorio-Saenz et al. (2019}), quienes encontraron que también la consistencia del grano tiene influencia en el consumidor.

Recuperación de genoma por retrocruza

La metodología de mejoramiento genético por retrocruzas para incorporar el gen de dulzura a los materiales nativos con características eloteras es eficiente, pues se logró incorporar y mantener el gen, además de recuperar en gran medida las características morfológicas de las poblaciones de interés (Figura 1). Se puede apreciar la recuperación de características conforme se avanza en los ciclos de retrocruzamiento. Al respecto, ^{Ayodeji et al. (2019}) indicaron que se pueden generar nuevas poblaciones de maíz superdulce mediante retrocruzamientos y selección para dicho carácter. Para la producción comercial es necesario sembrar en lotes aislados para evitar cruzamientos con maíces no dulces.

Para las poblaciones Hgo-428 (Chalqueño) y C-Pue-185 (Cacahuacintle), existen características que se recuperan rápidamente, pero no son las mismas para cada población. En la población Hgo-428 (Chalqueño) se obtiene mayor porcentaje de recuperación para las variables AE, LE, LLMZ y DE con 13.16%, 7.36%, 12.69% y 3.66% respectivamente por cada ciclo de retrocruza aplicado, no así para las variables RESH y RGFR.

Estas variables en la población C-Pue-185 de la raza Cacahuacintle se recuperan más rápido con 8.97% y 8.63%, respectivamente. Las características que se fijaron para ambas poblaciones fueron LE, LLMZ, DE y NH, donde esta última fue la que se recuperó en 100% desde la primera cruza. Estas características son aprovechadas de forma potencial en programas de mejoramiento genético, caracterizando de manera adecuada a las poblaciones iniciales y ejerciendo presión de selección para identificar y fijar rápidamente dichas características desde los primeros ciclos de retrocruza.

Figura 1 Porcentaje de recuperación de las diferentes variables por retrocruza respecto a las poblaciones originales.