Segregación en F1, F2 y F3 – combinaciones de rasgos en las primeras generaciones de cruce

Un cruce solo da una primera generación filial uniforme cuando ambos progenitores son homocigotos para los caracteres considerados, es decir, cuando llevan dos veces el mismo alelo en el punto correspondiente de su genoma. En el cannabis esto no ocurre prácticamente nunca: la especie se poliniza de forma cruzada en lugar de autopolinizarse, por eso lleva dos alelos distintos en muchísimos puntos, y lo que se vende como híbrido procede casi siempre del cruce de dos plantas así. Por tanto, una descendencia desigual no es un fallo del lote concreto, sino la consecuencia inevitable del punto de partida. Quien quiera cambiarlo no se libra de unas seis generaciones de endogamia, y el resto de este artículo es el cálculo correspondiente.

De qué depende la uniformidad de la primera generación

La expectativa procede de las leyes de Mendel, la ley de la uniformidad y la ley de la segregación: si se cruzan dos líneas homocigotas que se diferencian en un carácter, la primera generación filial es uniforme, y solo la segunda segrega. La afirmación es correcta, pero tiene una condición, y esa condición está justo al principio: ambos progenitores tienen que ser homocigotos.

En el maíz esto se puede conseguir. Allí las flores masculinas y femeninas están en la misma planta, de modo que la planta puede autopolinizarse; a lo largo de varias generaciones de este tipo se obtienen líneas endogámicas distintas entre sí, pero cada una homocigota por separado. Como llevan dos veces el mismo alelo en los puntos considerados del genoma, los loci, el cruce de dos líneas concretas sale siempre igual. Esta repetibilidad es la verdadera ganancia, no el vigor de la descendencia.

El cannabis es mayoritariamente dioico: las flores masculinas y femeninas suelen estar en plantas separadas. Suelen no quiere decir siempre. En plantas femeninas aparecen de forma espontánea flores masculinas, y entonces la planta se autopoliniza sin ninguna intervención. Lo que no se puede es planificarlo: qué planta cambia y cuándo no lo decide el criador. Por eso, quien quiere autopolinizar una planta concreta necesita una intervención, y cómo es se explica más abajo.

Hasta qué punto puede estar lejos de ello una línea, aunque se haya trabajado con ella, lo muestra el estudio clásico del quimiotipo con su propio material. Usó líneas que ya se habían sometido dos veces a endogamia y las comprobó con marcadores, es decir, con puntos del genoma que se pueden leer sin ambigüedad en el laboratorio. Aun así, según la combinación, entre el 5,6 y el 37,5 % de esos puntos seguían siendo mixtos y ya segregaban en la primera generación filial.

Para una variedad comercial no existe una cifra así. La homocigosis no se ve en una planta; se mide con marcadores o se comprueba en la descendencia. Que una variedad tenga el mismo aspecto desde hace años no es ninguna de las dos cosas.

La regla de los tres cuartos y su alcance

Tres a uno describe exactamente un carácter en el que intervienen dos versiones de un alelo: una que se impone y otra que queda oculta por ella. En cuanto entran en juego varios puntos de este tipo, las proporciones se multiplican: con dos caracteres solo el 56 % de las plantas muestra el aspecto deseado, con tres el 42 % y con diez el 5,6 %. Para fijarlos cuenta otra cifra: solo un cuarto por cada punto lleva dos veces el alelo deseado, así que con tres caracteres es el 1,6 % de las plantas.

Esta proporción no decide las posibilidades de éxito, sino el número de plantas. Para encontrar al menos una adecuada con una seguridad del 99 %, con tres caracteres objetivo hacen falta unas 290 plántulas. Combinar limpiamente dos rasgos es, por tanto, una tarea para una sala de mejora normal. Cinco a la vez fracasa por la superficie de cultivo, no por falta de conocimientos.

El quimiotipo: un carácter en un único punto

Un carácter se comporta de otra manera, y el caso contrario es instructivo. Que una planta produzca sobre todo THC o sobre todo CBD lo decide un único punto del genoma. Cada planta tiene dos copias de ese punto, una del padre y otra de la madre, y en cada una está o bien el alelo del THC o bien el del CBD. De ahí salen tres tipos de plantas: dos veces THC da THC puro, dos veces CBD da CBD puro, y una de cada da una planta que produce ambos. Ninguno de los dos alelos oculta al otro.

Por eso aquí se puede calcular de antemano lo que dará un cruce. Si se cruzan dos plantas que producen ambos, cada progenitor transmite al azar uno de sus dos alelos: el 25 % de la descendencia produce THC puro, el 50 % ambos y el 25 % CBD puro. En diez descendencias estudiadas de la segunda generación filial, con 35 a 118 plantas, salió exactamente esta proporción, escrita como 1:2:1 en la literatura.

Esto es la excepción y no la regla. El aroma y el rendimiento no dependen de un punto, sino de muchos a la vez, y para ellos no hay tres tipos ni una proporción conocida de antemano. La diferencia en la práctica: con el quimiotipo, un criador sabe antes de sembrar cuántas semillas tiene que poner para obtener una planta concreta. Con el aroma, cultiva, revisa cada planta por separado y se queda con las adecuadas.

De la planta individual a la línea pura

Obtener una siguiente generación de una única planta seleccionada solo es posible con su propio polen. De forma controlada se consigue con la reversión sexual inducida: las plantas femeninas forman flores masculinas fértiles tras un tratamiento con tiosulfato de plata, y las masculinas forman flores femeninas tras un tratamiento con etefón.

El nombre de la generación que resulta depende de lo que era la planta autopolinizada. Si era la F1 del cruce de dos progenitores, su descendencia es la F2, es decir, la segunda generación filial de ese cruce. Si era una planta individual cualquiera, se cuentan las rondas de autopolinización: tras la primera S1, tras la segunda S2, y así sucesivamente. El trabajo clásico sobre el quimiotipo llevó ambas series y para las dos necesitó la misma reversión sexual.

Para una línea homocigota, en cambio, la autopolinización no es el camino, sino el más rápido de dos. El otro es el cruce entre hermanos, el apareamiento de dos plantas de la misma descendencia; necesita plantas macho y, con ello, semillas regulares, y llega a la meta más despacio. El ritmo más lento tiene una contrapartida que no aparece en el cálculo de tiempo: con el mismo grado de endogamia, el cruce entre hermanos elimina con más eficacia los alelos que son letales en doble dosis, en el modelo 7,11 alelos restantes frente a 9,3 con autopolinización. El modelo describe poblaciones naturales; lo transferible es el mecanismo y no la cifra. Además, cada ronda de autopolinización necesita la reversión sexual y, con ello, selecciona también la capacidad para ella, lo que aumenta el riesgo de flores masculinas no deseadas en la línea terminada.

Una sola ronda de autopolinización da además lo contrario de lo que se espera. En la comparación directa con dos cruces con otra planta, la descendencia autopolinizada alcanzó más o menos la mitad de altura y la mitad de superficie foliar, floreció siete días más tarde, dio un 63 % menos de masa seca de flor y mostró en la masa total y en la masa de flor una dispersión de dos a tres veces la del grupo de comparación. Una ronda de autopolinización no uniformiza nada; deja al descubierto lo que antes estaba oculto.

La uniformidad solo llega al final del recorrido. Con la descendencia de semilla única (SSD), en la que en cada generación se continúa con una sola planta, hacen falta unas seis generaciones hasta que la proporción de puntos mixtos baja del 3 %, partiendo de un 17 a 35 % en plantas de partida de polinización abierta. El precio figura en el mismo trabajo: la proporción de flores anómalas subió del 0,4 % en la generación de partida al 13,7 % en la sexta, es decir, a más de treinta veces. Solo el cruce de dos de estas líneas da la descendencia uniforme que se espera de una F1, y aun así solo dos de cinco líneas híbridas se mantuvieron en todos los principios activos medidos dentro de un 20 % de variación. Con esto queda calculada la frase inicial: la uniformidad se puede alcanzar, pero es un proyecto de seis generaciones y no una propiedad que traiga consigo un buen cruce.

El retrocruce y la vecindad del gen objetivo

El retrocruce se considera un atajo cuando un único carácter tiene que entrar en una variedad existente. En teoría, tras una ronda el 75 % del genoma vuelve a proceder del progenitor recurrente, como lo llama la literatura técnica; tras la segunda, el 87,5 %, y tras la tercera, el 93,8 %; para una recuperación casi completa hacen falta cinco rondas o más. Dos condiciones se callan casi siempre: este progenitor recurrente debería ser a su vez una línea homocigota, y el carácter transferido debería depender de uno o de pocos puntos. La primera condición lleva directamente de vuelta a la frase inicial.

Lo que no desaparece es el entorno inmediato del alelo objetivo. Como en cada ronda se eligen las plantas que llevan justo ese alelo, queda pegado a él un fragmento del genoma ajeno: el arrastre por ligamiento (linkage drag). En una simulación con colza, este fragmento medía 15,9 millones de pares de bases tras el primer retrocruce y 5,4 millones tras el segundo. Tras tres rondas seguidas de autopolinización, el 98 % del genoma ajeno restante procedía de este único fragmento. Dónde está un alelo decide así el éxito más que el número de generaciones.

Queda el caso especial que nadie planea: descendientes que quedan fuera del rango de ambos progenitores. No surgen preferentemente de progenitores lo más distintos posible. En seis cruces de arroz, solo el de dos variedades de floración casi igual mostró una gran dispersión, allí un rango de 18 días con una diferencia entre progenitores de 0,7 días. En el cannabis no se ha estudiado, pero aun así sirve como expectativa: los valores atípicos desagradables y los agradables salen del mismo mecanismo, y ambos aparecen donde menos se los espera.