Phenotypic and population variations between non-transgenic and transgenic maize hybrids (Zea mays L.) and their possible genetic basis

El uso de híbridos de maíz transgénicos (Bt, RR, Bt-RR) ha simplificado el manejo de los cultivos, debido a un control efectivo de plagas y malezas. Los efectos de la inserción de los transgenes sobre el comportamiento de los híbridos de maíz no están completamente documentados, especialmente sin la incidencia de adversidades bióticas. Los objetivos de esta tesis fueron (i) establecer las posibles diferencias en fenología, crecimiento y rendimiento entre un híbrido de maíz no transgénico y sus versiones transgénicas (híbridos Bt, híbridos RR e híbridos Bt-RR) y entre las versiones transgénicas de otro híbrido; (ii) analizar el impacto del aumento de la densidad poblacional sobre la variabilidad fenotípica de los diferentes rasgos en los distintos genotipos; (iii) establecer las diferencias genéticas existentes entre las distintas versiones dentro de cada grupo de híbridos; y (iv) relacionar la variabilidad genética entre las plantas de una misma versión con la variabilidad fenotípica observada en los distintos rasgos. Los experimentos se llevaron a cabo en el campo experimental de la FA-UBA, durante el período 2008-2009 (Exp 1), 2009-2010 (Exp 2) y 2010-2011 (Exp 3). Se cultivaron las distintas versiones de dos grupos de híbridos (DK747 y DK190) en dos densidades de siembra contrastantes (6 y 12 pl m-2 en Exp 1 y Exp 2) y con distinto espaciamiento entre las plantas de la hilera de siembra (Exp3). Todos los experimentos fueron regados y conducidos sin limitaciones de nutrientes, con controles químicos y mecánicos de malezas y de plagas. En las dos densidades de siembra, se registró variabilidad fenotípica de diferentes rasgos entre las versiones de un mismo grupo de híbridos (e.g. tasas de crecimiento, partición de biomasa a la espiga, TT a floración). También se describieron diferencias en la respuesta de la variabilidad fenotípica de algunos rasgos (e.g. rendimiento y tasa de crecimiento de la espiga) frente al aumento de presión de competencia, indicador de diferencias entre las versiones en la tolerancia a la alta densidad de siembra. Por último, se encontraron diferencias genéticas entre las versiones del híbrido DK747 y entre las plantas de una misma versión, siendo la versión convencional la más variable, y la versión Bt-RR la menos variable. La ubicación de los SNP variables en cada una de las versiones permitió inferir que la variabilidad podría deberse a heterocigosis residual en las líneas parentales. Algunos de los estimadores de la variabilidad fenotípica pudieron relacionarse con la variabilidad genética (e.g. el CV del NGP, la amplitud de la BT y el coeficiente de asimetría de la TCPPC), aunque resta establecer la bases ecofisiológicas determinantes de la variabilidad.The use of transgenic maize hybrids (Bt, RR, Bt-RR) has simplified crop management because of an effective control of pests and weeds. The effects of the transgenes insertion on the performance of maize hybrids are not well documented, especially without the incidence of biotic adversities. The objectives of this thesis were (i) to establish the differences in phenology, growth and yield between non-transgenic maize hybrid versions and its transgenic versions (Bt hybrids, RR hybrids and Bt RR hybrid ) and among transgenic versions of another hybrid, (ii) to analyze the impact of increased population density on the phenotypic variability of several traits of the different genotypes, (iii) to establish the genetic differences among versions of each group of hybrids, and (iv) to relate the genetic variability among plants of a genotype with the phenotypic variability of several traits. The experiments were carried out in the experimental field of the FA-UBA, during 2008-2009 (Exp 1), 2009-2010 (Exp 2) and 2010-2011 (Exp 3). Different versions of two groups of hybrids (DK747 and DK190) were cultivated at two contrasting plant population densities (6 and 12 pl m-2 in Exp 1 and Exp 2) and with different spacing between plants along the rows (Exp3). All experiments were irrigated and conducted without nutrients limitations, with chemical and mechanical control of weeds and pests. At both plant densities, there were phenotypic variations of some traits among versions of the same group of hybrids (e.g. plant growth rate, biomass partitioning to the ear, time to flowering). Some versions also exhibited different phenotypic variability of some traits (e.g. grain yield and ear growth rate around female flowering) as competition was increased, i.e. an indicator of the tolerance to crowding degree of each genotype. Finally, genetic differences among versions of the DK747 and between plants of the same version were detected, resulting the non- transgenic DK747 the most variable, and the DK747MGRR, the less variable. The location of the variable SNP in each version let us infer that genetic variability is probably due to residual heterozygosity in the parental lines. Some of the estimators of the phenotypic variability could be related to genetic variability (e.g. the CV of the kernel number per plant, the amplitude of the total biomass and the skewness of plant growth rate around the critical period). Physiological bases of inter-plant variability were not determined.Fil:Laserna, María Paula. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina