I

DEPARTAMENTO DE FISIOLOGIA DE CULTIVOS

AgronomlaColomblsna, 1998VoIumenXVNo. 1pag.41-48

DETERMINACION DE LAS RELACIONES GENETICAS EN 24
ACCESIONES DE FRIJOL COMUN (Phaseolus vulgaris)*1

Determination of genetic relationships among 24 collections of
common bean (Phaseolus vulgaris L.).

Martha Leticia Gutiérrez C.2, Gustavo Ligarreto M.3, Orlando Martínez W 4 y Luz Marina Reyes G.s

RESUMEN
Se caracterizaron 24 accesiones de

Phaseolus vulgaris L., de las cuales 21 son
de origen andino y tres mesoamericanas.
Dentro de los materiales andinos, se incluye-
ron variedades mejoradas y cultivariedades
regionales, procedentes de diversas zonas
agroecológicas de Colombia. Para la carac-
terización, se utilizaron 22 sistemas
isoenzimáticos, ocho de los cuales mostra-
ron buena resolución y fueron seleccionados
como marcadores bioquímicos del estudio.
Seis enzimas revelaron polimorfismos:
Esterasa (EST), Malato deshidrogenasa
(MOH), Oeshidrogenasa Shikimica (SKOH),
Rubisco (RBCS), Isocitrato deshidrogenasa
(IOH), y Glutamato deshidrogenasa (GOH).
Las enzimas : Transaminasa glutámica
oxalacética (GOT) y Endopeptidasa (EP) fue-
ron monomórficas para todas las accesiones
estudiadas. El polimorfismo se evidenció a
través de 17 loci que codificaron para un mí-

• Recibido en Septiembre de 1998.

1. Contribución del Programa Nacional de Recursos
Genéticos Vegetales de CORPOICA y la
Facultad de Agronomía de la Universidad
Nacional de Colombia.

2.Bióloga, Universidad de los Andes. Bogotá.

3.lnvestigador, Programa Nacional Recursos
Genéticos Vegetales. CORPOICA, CI-Tibaitatá.

4. Profesor titular Universidad Nacional Facultas
de Agronomía, Bogotá.

S.Profesora Asociada Universidad Nacional.
Facultad de Agronomia-Bogotá.

nimo de 34 alelos diferentes. Las enzimas
IOHy GOH se reportan por primera vez en el
fríjol común. Para establecer las relaciones
entre los grupos, se usó la distancia de
Jaccard y el algoritmo de agrupación
UPGMA. El dendrograma obtenido conjugó
dos grupos divididos en cinco subgrupos.
Los grupos principales se separaron en pri-
mera instancia por el centro de domestica-
ción: el mesoamericano y el andino, como
era de esperarse. Los tres testigos
mesoamericanos fueron separados del resto
en un subgrupo. Las poblaciones andinas co-
lombianas, en las cuales se centró la impor-
tancia de este estudio, fueron divididas en
cuatro subgrupos que no discriminaron, en
forma marcada las variedades mejoradas de
las cultivariedades regionales. Los
subgrupos se analizaron y discutieron de
acuerdo con sus genealogías, orígenes geo-
gráficos y lugares de adaptación, más que
por sus características morfológicas.

Palabras claves: Acervos genéticos,
diversidad bioquímica, germoplasma vege-
tal.

SUMMARV
Twenty four collections of common

bean, 21 from Andean origin and three from
Central America were characterized, using
biochemical markers. Eight out of 22 isozyme
systems showed good resolution. Six
enzymes were polymorphic: Esterase (EST),
Malate dehydrogenase (MOH), Shikimate
dehydrogenase (SKOH), Rubisco (RBCS),
Isocitrate dehydrogenase (IOH), and

41



Glutamate dehydrogenase (GOH). Two other
two enzymes, Glutamate oxalacetate
transminase (GOT) for all accessions and
Endopeptidase (EP), were monomorphic. A
total of 17 loci were detected with at least 34
alleles. The enzymes IOH and GOH are
reported the first time for the species. To defi-
ne the relationships among the accessions,
the Jaccard distance and the UPGMA
procedures were used. The dendogram
displayed two maingroupsandfive subgroups.
The clusters were associated with the centers
of speciess domestication : Mesoamerica and
the Andes,as itwasexpected.The relationships
among the subgroups were analyzed and
discussed accordingto the geographicalorigin,
sites of adaptation and lineage, rather than to
their morphological similarities.

Key words: biochemical diversity,
genetic resources, plant germplasm.

INTRODUCCION

El fríjol común (Phaseolus vulgaris
L.) es una especie anual, diploide (2n = 2x
=22), originaria del hemisferio occidental y
que posee muchas variedades cultivables.
Las especies ancestrales y silvestres se
distribuyen en una gran área geográfica,
que ocupa desde el Norte de México hasta
el noroeste de Argentina (Koenig y Gepts,
1989). El frijol fue domesticado en el Nue-
vo Mundo, probablemente, entre 8000 y
10.000 años atrás y está constituido por
dos centros principales de domesticación:
el Mesoamericano, que incluye las varie-
dades de México, Centroamérica y algu-
nas de Colombia y el Andino, el cual toma
algunas variedades del Perú, y todas las
de Argentina. Otras variedades, que com-
prenden el Sur de Colombia, Norte de Perú
y del Ecuador, parecen ser la transición ge-
nética entre estos dos principales centros
(Oebouck et al, 1993; Koenig y Gepts,
1989; Singh et al, 1991 a y b; Gepts and
Bliss, 1986; y Gepts et al., 1986).). '

Siendo Colombia un punto importante
de transición genética, además de ser un país
donde el área de cultivo es extensa, se hace
necesario el estudio de las diferencias

morfológicas, bioquímicas y moleculares en-
tre las diferentes poblaciones cultivadas y
regionales de la especie, para utilizar esta
información en futuros programas de
fitomejoramientb.

Las diferencias morfológicas y fisioló-
gicas, aunque útiles, están sujetas a varia-
ciones ambientales. Las técnicas de diferen-
ciación molecular y bioquímica ofrecen cier-
tas ventajas, en cuanto a que las segundas
ya que se ven poco afectadas por el medio y
las primeras resultan totalmente exentas
(Weeden, 1984).

Para estudiar diferencias
bioquímicas, se utilizan proteínas totales
e isoenzimas. Los métodos electroforéticos
son los que proveen información cultivo-
específica del bandeo isoenzimático o pro-
teínico para detectar variabilidad y poder
analizar la variabilidad genética de las va-
riedades de la especie mediante estadísti-
cos genético-poblacionales,

Entre los estudios que han utilizado
isoenzimas para determinar diversidad ge-
nética y relaciones filogenéticas en las espe-
cies del género Phaseolus se tienen: Bassari
y Adams (1978a) examinaron la variabilidad
de tres isoenzimas: Peroxidasa, Esterasa y
Fosfatasa ácida en 13 especies del género.
La mayoría de las especies mostraron patro-
nes únicos con las enzimas utilizadas, ex-
cepto las variedades silvestres y cultivadas
de P vulgaris y P coccineus. Posteriormente
Bassari y Adams (1978b) observaron la va-
riabilidad en 34 variedades cultivadas y 19
comerciales y encontraron que las enzimas
Peroxidasa y Esterasa eran buenos marca-
dores para identificar y estimar las relaciones
inter e intra clases. Singh et al. (1991 a,
1991b) usaron un gran número de varieda-
des de P vulgaris L. y determinaron los cen-
tros de domesticación de la especie.

Los objetivos para este estudio fueron:
caracterizar bioquímicamente veinticuatro
variedades colombianas de P vulgaris L. de
las cuales un grupo correspondió a materia-
les nativos y otro a variedades comerciales, y
determinar la variabilidad genética presente
en estas colecciones seleccionadas.

42



MATERIALES Y METODOS

En este estudio, se utilizaron 24 colec-
ciones del banco de germoplasma de frijol
administrado por CORPOICA, de las cuales
tres fueron de origen mesoamericano y 21
andinas. El grupo de origen andino estuvo
constituido por materiales regionales y
mejorados (Cuadro 1).

La semilla se trató con hipoclorito de
sodio (0,5%) para desinfectarla y se sembró
en materos bajo condiciones de invernadero
en el Cl-Tlbaltatá, Después 20 días de sem-
bradas, se extrajeron las isoenzimas del teji-
do foliar joven (Vargas, 1988).

El sistema de extracción utilizado fue
el indicado por Hussain et al (1986): Tris-
malato pH 7,4 0,1M, Glicerol 20%, PVP-40
10%, Triton-100 5% y 2-Mercaptanol 14¡.¡M.

La proporción muestra/buffer que se
estandarizó fue de 1/3. El proceso de extrac-
ción se mantuvo a 4°C para evitar la
desnaturalización de las isoenzimas. Des-
pués de pesar la muestra (0,5 gr de hoja fres-
ca) y agregar el buffer (1,5 mi), se maceró y
se guardó en tubos eppendorf para
centrifugar a 14.000 rpm, durante 30 minu-
tos. La muestra se almacenó a muy bajas
temperaturas (-70°C). El material puede guar-
darse hasta dos meses bajo estas condicio-
nes y las cantidades pueden utilizarse para
cinco o seis corridas.

Los ensayos preliminares se realiza-
ron con 22 enzimas, de las cuales ocho pre-
sentaron buena resolución y repetibilidad y,
por lo cual fueron seleccionadas como mar-
cadores bioquímicos para este trabajo (Cua-
dro 2).

Cuadro 1. Variedades de P. vulgaris L.utilizadas en la caracterización mediante marcadores
isoenzimáticos 1996.

No. VARIEDAD CENTRO DOMESTICACION TIPO DE MATERIAL

1 Italia 3 Mesoamericano Introducción
2 México 487 Mesoamericano Introducción
3 ICA Pijao Mesoamericano Mejorado
4 ICA Tundama Andino Mejorado
5 ICA Cerinza Andino Mejorado
6 Diacol Andino Andino Mejorado
7 ICA Bachue Andino Mejorado
8 Diacol Calima Andino Mejorado
9 ICA Rovirense Andino Mejorado

10 Radical Andino Regional
11 Línea 34400 Andino Mejorado
12 ICA Guaitara Andino Mejorado
13 Blanco Andino Mejorado
14 Nariño 4 Andino Regional
15 Antioquía 8 Andino Regional
16 Antioquía 4 Andino Regional
17 Santander Sur 7 Andino Regional
18 Valle 4 Andino Regional
19 Ecuador 60 Andino Regional
20 Cauca 37 Andino Regional
21 Antioquia 9 Andino Regional
22 Magdalena 10 Andino Regional
23 Nariño 47 Andino Regional
24 Cuba 5 Andino Introducción

43



Cuadro 2. Enzimas utiñzadas en la caracterización bioquímica de 24 accesiones de frijol común (P.
vulgaris L.) 1996.

ENZIMAS SIGLAS CODIGO CATEGORIA

1. Alfa y Beta Esterasas EST E.C.3.1.1.2 Hidrolasa
2. Malato Deshidrogenasa MDH E.C.1.1.1.37 Deshidrogenasa
3. Deshidrogenasa Shikímica SKDH· E.C.1.1.1.25 Oxidasa
4. Isocitrato Deshidrogenasa IDH E.C.1.1.1.42 Deshidrogenasa
5. Ribulosa Bifosfato Carboxilasa RUBISCO E.C.4.1.1.39
6. Transaminasa Glutámica Oxalacética GOT E.C.2.6.1.1 Miscelánea
7. Endopeptidasa EP E.C.3.4.22.1
8. Glutamato Deshidrogenasa GDH E.C.1.4.1.2 Deshidrogenasa

La técnica de electroforesis que se uti-
lizó para este estudio fue la Disc-PAGE,
(electroforesis en geles de poliacrilamida en
forma discontinua). Esta técnica utiliza dos
geles, uno seguido del otro, cuya concentra-
ción y pH son diferentes: El primero de los
geles es el gel concentrador o "staking" (está
en contacto con las ranuras donde se siem-
bran las muestras), tiene una baja concentra-
ción de poliacrilamida (4%) y está conforma-
do por la solución de acrilamida 99%, buffer
Tris HCL pH 6,8 0,5M, persulfato de amonio
(10%) Y TEMED. El segundo gel gel
separador o "resolving" tiene una concentra-
ción de poliacrilamida del 6%, 8%, 10% o
12% según la enzima y comprende los mis-
mos reactivos que el gel concentrador, ex-
cepto el buffer de Tris HCL pH 8,8. 1,5M.

Una vez preparados los geles, se deja-
ron refrigerar durante cuatro horas y, poste-
riormente, se sembraron 25 1-11 de muestra en
cada casilla y se hicieron los montajes de los
geles en el aparato refrigerador y se adicionó
el buffer de electrodos: Tris Borato pH 9,0. La
intensidad de la corriente que se le aplicó al
gel, pudo variar sin afectar el corrimiento de
las muestras; la corrida se inició con 50 vol-
tios y, después, se fue aumentando de 50 en
50 cada media hora hasta llegar a un máxi-
mo de 250 voltios, en donde se mantuvo has-
ta que la muestra terminó de correr. Los
reactivos y procedimientos de tinción para
cada sistema isoenzimatico fueron tomados
de Hussain et al. (1986).

Los datos de todas las colecciones se
agruparon en una matriz de presencias y au-

sencias(1 y O, respectivamente) para cada
zimograma de las enzimas polimórficas. Pos-
teriormente, para cada par de accesiones (A
y B), se calculó su distancia bioquímica (D

AB
)

mediante la siguiente expresión:

SAB aI(a + b + c) = Coeficiente de
Jaccard

a número de presencias en A y B
simultáneamente

b número de presencias en A

e número de presencias en B

A partir de cada par de distancias, se
construyó la matriz de distancias entre colec-
ciones y se aplicó el algoritmo UPGMA para
la construcción del dendrograma (Sneath y
Sokal,1973).

RESULTADOS Y DISCUSION

Los ocho sistemas isoenzimáticos ana-
lizados mostraron un total de 17 loci, los cua-
les codificaron un mínimo de 34 alelos. Las
enzimas que aportaron variabilidad fueron
Esterasa y Malato Deshidrogenasa, siendo
las más polimórficas, seguidas por
Deshidrogenasa, Rubisco, Isocitrato
Deshidrogenasay GlutamatoDeshidrogenasa
(Cuadro 3).

El dendrograma separó dos grandes
grupos, el primero de ellos reunió dos

44



Cuadro 3. Número de aloenzimaspor locus detectadas en frijol (P. vulgaris L.) 1996.

ENZIMAS VARIABILIDAD No. LOCI No. ALELOS ESTRUCTURA

EST Polimórfica 1 2 Monómero
I 2 5 Monómero

3 1
4 4 Monómero

MDH Polimófica 1 3 Monómero
2 -
3 2 Monómero

SKDH Polimórfica 1 4 Monómero
IDH Polimórica 1 1

2 3 Monómero
RBCS Polimórfica 1 2
GDH Polimórfica 1 1

2 2 Monómero
3 1

GOT Monomórfica 1 1
2 1

EP Monomórfica 1 1

TOTAL 17 34

subgrupos, 1 Y 2. El segundo reunió tres
subgrupos, 3; 4 Y 5 más una variedad aislada
(Fig.1).

La primera separación genética que
hizo el dendrograma confirma lo reportado
por diferentes autores sobre los dos principa-
les centros de domesticación del fríjol común:
discrimina claramente los de origen
mesoamericano de aquellos de origen
andino. Las variedades andinas proceden-
tes del sur-occidente del país: ICA Bachue
(7), Valle 4 (18) Y Nariño 47 (23) se ubicaron
en un subgrupo dentro de las
mesoamericanas y su posición intermedia
insinúa, claramente, que estas variedades
pueden ser producto de hibridación entre los
mesoamericanos y andinos, como lo sugie-
ren Koenig y Gepts (1989), Claros et al.,
(1993), Gepts et al. (1986) y Debouck et al.
(1993) para las zonas sur-occidente de Co-
lombia y norte de Perú y Ecuador.

A pesar de la gran diversidad
morfológica en cuanto a forma, tamaño y co-
lor de la semilla, morfología de la planta, há-
bitos de crecimiento y resistencia a enferme-
dades presente en las 24 accesiones estu-

diadas, la diversidad genética detectada no
fue muy amplia. En general los diferentes
materiales se congregaron más por sus ge-
nealogías y lugares de adaptación, que por
las similitudes morfológicas, así:

Subgrupo 1. Reunió a las tres varieda-
des de origen mesoamericano Italia 3 (1),
México 487 (2) e ICA Pijao (3). Se encontró
gran homogeneidad para los ocho sistemas
isoenzimaticos dentro del subgrupo, pero se
podría indicar que este subgrupo presentó la
mayor heterogeneidad a nivel intergrupal. ICA
Pijao corresponde a una variedad mejorada,
con considerable adaptación a la zona tem-
plada mesoamericana, y presentó un distan-
ciamiento genético mayor al que expusieron
Italia 3 y México 487.

Subgrupo 2. Este pertenece al primer
gran grupo junto con los mesoamericanos.
Conjugó las variedades andinas ICA Bachue
(7), Valle 4 (18) Y Nariño 47 (23). Las tres
manifestaron adaptación al clima medio co-
lombiano y provienen de la misma región de
país; las variedades Valle 4 y Nariño 47, como
su nombre lo indica, proceden del sur-occi-
dente colombiano, y la variedad ICA Bachue

45



proviene del ICA Guall, variedad oriunda del
Valle del Cauca y de un progenitor antioqueño
de origen andino (Ligarreto, 1996).

Subgrupo 3. Este subgrupo pertenece
al segundo gran grupo, donde todas las va-
riedades son andinas. El subgrupo 3 reunió
a las siguientes variedades: Cerinza (5),
Diacol Andino (6), Radical (10), Blanco (13),
Cauca 37 (20), Antioquia 9 (21) YCuba 5 (24)
(Fig. 1). Las variedades Cerinza y Diacol
Andino no presentaron divergencia alguna a
nivel bioquímico y no variaron en ningún alelo
y su distancia genética fue de cero. Sin em-
bargo, morfológicamente, estas dos varieda-
des son muy diferentes. La explicación de su
alto grado de similaridad radica en sus
ancestros, las dos son variedades mejoradas
que provienen de cruces entre parentales
antioqueños y, en su lugar de adaptación, las
dos son variedades de amplia adaptación a
las zonas productoras de fríjol en el clima frío
de Colombia y por ello, son las más sembra-
das en estos ambientes (Ligarreto, 1996).

Radical es otra variedad relativamente
cercana genéticamente a las variedades
Cerinza y Diacol Andino, con forma y tamaño
de semilla similares. La variedad Blanco es
una mutación para el color de ICA Cerinza y,
por esta razón, se esperaba que se encon-
trara en el mismo subgrupo.

Las variedades Cauca 37, Antioquia 9
y Cuba 5 no mostraron variabilidad en los
ocho sistemas isoenzimáticos analizados y
las distancias genéticas entre los tres fueron
de magnitud cero. Antioquia 9 y Cuba 5 pre-
sentan morfología similar en cuanto al color
de la semilla y la flor. Las variedades Cauca
37 y Cuba 5, también, coinciden en algunas
características morfológicas, como tamaño y
forma de la semilla. Las más diferentes a ni-
vel morfológico fueron Antioquia 9 y Cauca
37, aunque, presentaron resistencia a enfer-
medades como Roya y Antracnosis. La ge-
nealogía de las tres accesiones es diferente,
sobre todo la de Cuba 5. El factor que parece
unirlas es la adaptación que todas poseen a

22 . MA.G DAl.ENA 10
12· GUAlTARA
19· ECUADOR 00
8· CAl.IMA.
4· TUNDA\I!A.

17 . SANTANDER SUR 7
16· ANTIOQUIA 4
15· ANTIOQUIA8
14· NARlnO 4

.................. . 11. L34400
9· ROBIRENSE

I
J 24· CUBA5
121 • ANTIOQUIA9
20· CAUCA37
13· BLANCO

I 10· RADICAl.
J 6· DIACOLANDINO

5· CERINZA
23· NAAI~ 47
18· VAl.LE 4

I 7·9ACHUE
I 3· PIJAO

2· MEXICO4S7
1 ·ITAl.IA3

11' (1') N '"
O O O O

Figura 1. Dendrograma utilizando distancias de Jaccard para establecer relaciones filogenéticas en 24
accesiones de frijol común

46



la zona cafetera Colombiana(Ligarreto,1996).
Esto puede incidir a que presenten las mismas
isoformas. Además, otro factor que une al
subgrupo es que, en general, todas las semi-
llas tienen colores que van dentro de las tona-
lidades rojas y cremas moteadas con rojo.

Subgrupo 4. Enmarcado dentro del se-
gundo gran grupo y aglomeró las siguientes
variedades: ICA Rovirense (9), Linea 34400
(11), Nariño 4 (14), Antioquia 8 (15), Antioquia
4 (16) Y Santander Sur 7 (17) (Fig. 1).

Las variedades Rovirense y L-34400
descendientes de las variedades Radical
mejorada e ICA Cerinza, respectivamente,
presentan similares ancestros (Radical
mejorada e ICA Cerinza pertenecen al mis-
mo subgrupo 3) y comparten algunos ras-
gos morfológicos, como el color rojo y forma
ovoidal de la semilla.

Las accesiones Nariño 4, Antioquia 8,
Antioquia 4 y Santander Sur 7 se agruparon
muy cerca, debido a sus cortas distancias
genéticas. Las dos Antioquia tuvieron una
distancia genética de magnitud igual a cero y
este resultado coincidió con lo esperado, ya
que se trata de dos variedades de la misma
localidad y origen, aunque su morfología sea
diferente. Las características morfológicas en
semilla de las variedades Nariño 4 y
Santander Sur 7 son similares a las Antioquia.
Las cuatro accesiones tienen resistencia si-
milar a las enfermedades que, comúnmente,
atacan al fríjol: Roya, Antracnosis y Oidium.
Las cuatro accesiones están congregadas en
este subgrupo, posiblemente, a que son
adaptativas a la zona alta cafetera colombia-
na (Ligarreto, 1996).

Subgrupo 5. Ultimo subgrupo dentro del
segundo gran grupo y reunió cuatro varieda-
des: ICA Tundama (4), Calima (8), Ecuador
60 (19) e ICA Guaitara (12) (Fig. 1). En este
subgrupo, las variedades Tundama y Calima
fueron las de distancias genéticas mas cer-
canas, sus genealogías provienen de varie-
dades Peruanas, lo cual explica el hecho que
estén altamente correlacionadas. Además,
presentan un color de semilla muy parecido y
ambos son resistentes a enfermedades radi-
cales causadas por Fusarium.

Las variedades Ecuador 60 e ICA
Guaitara presentaron distancias genéticas un
poco mayores, con respecto a Tundama y
Calima. Ecuador 60 y Guaitara no presentan
similitudes morfológicas, sin embargo, las dos
accesiones se siembran en el Ecuador y per-
tenecen al mismo centro de domesticación lo
cual puede ser la razón de la cercanía gené-
tica.

La explicación de que estas cuatro va-
riedades se encuentren reunidas en este
subgrupo es que todas pertenecen a la zona
Peruano-Ecuatoriana, que es la zona de hi-
bridación de los materiales mesoamericanos
y andinos o, posiblemente, a un nuevo centro
de domesticación (Gepts, 1994, Driedger et
al., 1994).

Variedad aislada: Magdalena 10 (22),
aunque se incluyó en el segundo grupo, fue
la accesiónque presentó una de las más gran-
des distancias genéticas con respecto a las
demás colectas. Se ha especulado que la
región nor-oriental colombiana, de donde,
precisamente, proviene la variedad, es un si-
tio de amplia diversidad genética, por lo cual
se infiere que ha podido conservar muchos
genes silvestres de su localidad. Además, las
características de semilla la hacen una varie-
dad aislada. Sin embargo, el hecho que la
variedad Magdalena 10 presente una relati-
va cercanía al subgrupo 5 y que se sugiera
que la zona del Departamento del Magdale-
na conserve muchos genes silvestres hace
pensar que, posiblemente, esta zona tam-
bién sea un centro de hibridación de
mesoamericanos y andinos o de domestica-
ción incipiente.

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