Integrative Multivariate Analysis of Pisum sativum L. Genotypes Using Agro-Morphological Traits under Contrasting Semi-Arid Highland Agro-Ecosystems

Resumen Técnico: Análisis Multivariado Integrativo de Genotipos de Pisum sativum L. bajo Agroecosistemas de Tierras Altas Semiáridas Contrastantes

Planteamiento del Problema
El guisante (Pisum sativum L.) es una leguminosa de grano crítica para la seguridad alimentaria y la fertilidad del suelo en Yemen, sin embargo, la productividad en las regiones de tierras altas sigue siendo baja debido al acceso limitado a variedades mejoradas y a la caracterización insuficiente del germoplasma local. Las variedades locales suelen ser de maduración temprana y adaptadas a la sequía, pero de bajo rendimiento, mientras que los cultivares mejorados son de mayor rendimiento pero menos estables bajo condiciones de limitación hídrica. Existe una falta de estudios exhaustivos que evalúen la variabilidad genética, las relaciones entre rasgos y las interacciones genotipo-ambiente (G×E) en los genotipos de guisante de las tierras altas de Yemen utilizando enfoques multivariados integrados. Este estudio aborda la necesidad de identificar genotipos superiores y comprender la dependencia ambiental de la determinación del rendimiento para apoyar los programas de fitomejoramiento en agroecosistemas semiáridos.

Metodología
El estudio evaluó once genotipos de guisante (dos cultivares mejorados, Yahsb y Amran; y nueve variedades locales) en dos entornos contrastantes de tierras altas semiáridas en Yemen: las Tierras Altas del Norte (Sana'a, 2,253 m de altitud, ~200 mm de precipitación) y las Tierras Altas Centrales (Dhamar, 2,364 m de altitud, ~300 mm de precipitación). Los experimentos se llevaron a cabo durante dos temporadas de cultivo (2021–2022) utilizando un diseño de bloques completos al azar (RCBD) con tres replicaciones.

La recolección de datos incluyó descriptores cualitativos (p. ej., color de la flor, forma de la semilla) y rasgos agro-morfológicos cuantitativos (p. ej., días a la floración/madurez, dimensiones de la vaina, peso de la semilla, rendimiento de grano). El marco estadístico fue integrativo, empleando:

1. Análisis de Varianza (ANOVA): Para evaluar las diferencias genotípicas y las interacciones G×E.
2. Análisis de Correlación: Para determinar las asociaciones fenotípicas entre rasgos.
3. Análisis de Coeficiente de Ruta (Path Coefficient): Para particionar las correlaciones en efectos directos e indirectos sobre el rendimiento de grano.
4. Análisis de Componentes Principales (PCA): Para reducir la dimensionalidad e identificar los rasgos que más contribuyen a la variabilidad.
5. Análisis de Conglomerados (Dendrograma): Utilizando la distancia euclidiana y UPGMA para agrupar los genotipos según su similitud fenotípica.
6. Análisis de Mapa de Calor (Heatmap): Para visualizar simultáneamente las relaciones entre rasgos y los patrones de agrupación de genotipos.

Resultos Clave

• Variabilidad Genética y Desempeño: Se observó una variación genética significativa para todos los rasgos. El rendimiento de grano osciló entre 0.40–1.20 t ha⁻¹ en las Tierras Altas del Norte y 0.50–1.80 t ha⁻¹ en las Tierras Altas Centrales. Los cultivares mejorados Yahsb y Amran exhibieron consistentemente un desempeño y estabilidad superiores en ambos entornos. Entre los genotipos locales, YG50075 y YG50083 mostraron el mayor potencial, pero fueron más sensibles al estrés ambiental, particularmente en las Tierras Altas del Norte.
• Influencia Ambiental en los Determinantes del Rendimiento:
  • Tierras Altas Centrales (Favorable): La variación del rendimiento fue impulsada principalmente por la eficiencia reproductiva. El peso de la semilla (SW) y el número de vainas por planta (NPP) fueron los mayores contribuyentes. El análisis de ruta confirmó que el peso de la semilla tenía el efecto directo más alto sobre el rendimiento (0.703).
  • Tierras Altas del Norte (Estresante): Los rasgos fenológicos y la arquitectura de la vaina se volvieron más críticos. La longitud de la vaina (PL) ejerció el efecto directo más fuerte sobre el rendimiento (0.568), seguido por los días a la madurez (DM). El tiempo de floración y la duración de la madurez jugaron un papel mayor en la discriminación de genotipos bajo estas condiciones.
• Agrupación Multivariada: El agrupamiento jerárquico y los análisis de mapa de calor agruparon consistentemente a Yahsb, Amran, YG50075 y YG50083 en un grupo distinto (Clúster I), caracterizado por rasgos agronómicos superiores (flores blancas, semillas en forma de diamante, semillas verdes). El resto de las variedades locales formó un grupo separado (Clúster II) con menor potencial de rendimiento. Esta agrupación fue estable entre entornos, lo que indica una fuerte similitud fenotípica entre los cultivares mejorados y los genotipos locales específicos YG50075 y YG50083.
• Correlaciones de Rasgos: El rendimiento de grano mostró fuertes correlaciones positivas con el peso de la semilla, la longitud de la vaina, el ancho de la vaina y el NPP en ambos entornos. Por el contrario, el número de semillas por vaina (NSP) mostró correlaciones débiles o negativas con el rendimiento, lo que indica que no es un criterio de selección primario.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores sostienen que este estudio proporciona la primera evaluación multivariada integrada de los genotipos de guisante bajo las condiciones de las tierras altas de Yemen. La principal significancia radica en demostrar que la determinación del rendimiento en el guisante es altamente dependiente del entorno. Bajo condiciones favorables, la selección debe centrarse en el llenado de la semilla y la eficiencia reproductiva (peso de la semilla, NPP), mientras que bajo condiciones de estrés, las estrategias de fitomejoramiento deben priorizar la adaptación fenológica y el desarrollo de la vaina (longitud de la vaina, duración de la madurez).

El estudio identifica a Yahsb y Amran como los genotipos más prometedores para una amplia adaptación y estabilidad en las tierras altas semiáridas. Además, la estrecha agrupación fenotípica de YG50075 y YG50083 con los cultivares mejorados sugiere que podrían ser derivados mantenidos por agricultores, aunque su reducida estabilidad bajo estrés resalta la necesidad de pruebas en múltiples entornos para el germoplasma mantenido localmente. La integración de descriptores cualitativos y cuantitativos demostró ser eficaz para distinguir los cultivares mejorados de las variedades locales, proporcionando un marco robusto para la caracterización del germoplasma y la selección de parentales en futuros programas de fitomejoramiento destinados a mejorar la productividad en agroecosistemas con limitación de agua.