Variedades de mayor calidad del fruto, resistentes a patógenos, adaptadas a prácticas de cultivo 'sostenible' y a inviernos cálidos

El principal objetivo del proyecto es la obtención de nuevas variedades precoces, con elevada calidad de fruto, bien adaptadas al clima cálido mediterráneo y que incorporen resistencia a enfermedades. Para conseguir estos objetivos combinamos la mejora convencional por cruzamientos con el desarrollo de herramientas genéticas y genómicas que permitan identificar los genes implicados y su mecanismo de regulación en todos aquellos caracteres ‘diana’ relacionados con la adaptabilidad a los distintos tipos de estreses. En el proyecto anterior, AGL-2010-20595, se desarrollaron una serie de herramientas que permitieron identificar genes ligados a caracteres de alto interés para la mejora de variedades adaptadas al clima mediterráneo. En el presente proyecto se profundizará en su estudio para poder establecer estrategias de mejora asistida y aumentar la eficacia en la obtención de nuevas variedades dentro del marco de una agricultura sostenible, que incorporen resistencias a patógenos, con especial énfasis en el virus de la sharka y adaptadas al calentamiento global.

España es el cuarto país productor de melocotonero del mundo y de los primeros exportadores de albaricoquero. Las regiones del este y sur de la península, debido a su climatología, ponen las primeras frutas de la temporada en el mercado europeo, lo que representa un nicho comercial muy ventajoso. Esta producción temprana tiene un gran peso económico y social. Sin embargo, este mercado se encuentra frente a una competencia creciente de otros países de fuera de la UE con climatología similar y gastos de cultivo más bajos. Mantener la competitividad frente a terceros países exige una continua actividad de innovación.

En este sentido el material vegetal, como primer eslabón de la cadena productora y los productores, es el que va a determinar en gran medida el éxito del cultivo. Por ello, la innovación en estos cultivos, de la mano de nuevas variedades de mayor calidad, adaptadas a las condiciones ambientales de las zonas de cultivo y a las demandas de un consumidor europeo exigente, es un requisito que obliga a un dinamismo varietal importante para adelantarse a dichas necesidades. A su vez, la producción sostenible es un reto que aúna tanto las necesidades del productor como la de los consumidores. En este sentido, un cultivo sostenible de frutales basado en el uso eficiente de recursos (principalmente el más limitado: el agua), donde se minimicen los tratamientos fitosanitarios y por tanto los posibles residuos, exige la disponibilidad de variedades resistentes a enfermedades y adaptadas al medio ambiente donde se cultivan. Todo ello en conjunto indica que la innovación pasa necesariamente por renovación varietal y que ésta exige una labor de mejora que se adapte a nuestro medio ambiente y contexto productivo.

En el caso de frutales de hueso, que necesitan acumular frío invernal para brotar y producir bien, la elevación de las temperaturas medias en invierno puede tener consecuencias desastrosas en la producción, sobre todo en zonas de inviernos cortos y cálidos que permiten maduraciones precoces como Valencia, Murcia y Andalucía occidental. Por ello, en el contexto actual no pueden plantearse innovaciones varietales en estos cultivos y en zona mediterránea sin considerar las acciones en este sentido. En este proyecto se llevan a cabo estudios que conducen a conocer las bases fisiológicas y moleculares de la adaptación a inviernos cálidos, y que pueden ayudarnos a predecir y subsanar tales deficiencias en un escenario de cambio climático.

Las especies frutales de hoja caduca en su evolución han desarrollado un mecanismo que les permite protegerse de las bajas temperaturas del invierno e iniciar la floración y brotación cuando las temperaturas son las adecuadas. Por un lado, las hojas entran en un proceso de senescencia y los órganos vegetativos entran en un periodo de latencia, en el que el crecimiento se paraliza y los meristemos se hayan protegidos en unas estructuras que son las yemas. La salida de latencia requiere de la percepción por parte de las yemas del frío acumulado en el otoño-invierno. Cuando la yema percibe la cantidad de frío para la cual está programada genéticamente saldrá de latencia y sólo requerirá de un periodo de temperaturas benignas para retomar el crecimiento. Distintas variedades tienen requerimientos de frío distintos y puede darse que el mismo día un árbol se encuentre en plena floración y otro de otra variedad se encuentre todavía inmerso en la latencia (figura 1). Este proceso es la clave de la adaptabilidad de los frutales a una determinada área geográfica. Por ello, cualquier cambio en el régimen de temperaturas habituales, como puede ser una elevación de las temperaturas medias del invierno, tendrá como consecuencia una alteración en este mecanismo, provocando anomalías en la floración, brotación y posterior cuajado y maduración del fruto.

Figura 1. Variedades ‘Red Candem’ y ‘Big Top’ con distintas horas frío para la salida de la latencia. Las fotos fueron tomadas el mismo día de febrero en la misma parcela.

En el proyecto anterior AGL2010-20595 se emplearon técnicas transcriptómicas que incluían la obtención y marcaje de RNA, y la hibridación de micromatrices para la identificación de genes regulados durante el proceso de salida de latencia en yema floral de melocotonero (figura 2). En la figura 3 se representa la expresión relativa de algunos de los genes identificados, que disminuyen o aumentan su expresión en paralelo a la salida de latencia.

En el presente proyecto, basado en los resultados anteriores se está trabajando en la obtención de marcadores que permitan conocer cuándo se produce la salida de latencia con el fin de conocer a priori el potencial adaptativo de la variedad según la climatología de una determinada zona de cultivo.

Figura 2. Esquema del experimento de hibridación de micromatrices empleado para la identificación de genes regulados durante la latencia. La foto representa una micromatriz típica marcada fluorescentemente, en la que cada señal procede de un gen independiente.

Figura 3. Expresión relativa de cuatro genes (marcados como A-D) obtenidos en el experimento de transcriptómica. Se representa la expresión en los meses de octubre a febrero en yemas florales de la variedad ‘Springlady’.

Otra consecuencia del cambio climático en las zonas mediterráneas está siendo la alteración del régimen de lluvias, en el que en los últimos años se han producido cambios no solo en la cantidad de pluviometría sino también en la distribución de la misma. En los dos últimos años la disminución de precipitaciones ha sido generalizada en la cuenca mediterránea pero además la concentración de las mismas en un menor número de días ha provocado periodos de sequía más largos de los habituales.

Dentro de los trabajos de expresión génica en melocotonero hemos identificado genes relacionados con la regulación de la latencia, el desarrollo floral y también la resistencia al estrés hídrico de la yema, sometida a los rigores del frío y la pérdida de agua durante la latencia. Uno de los genes identificados dentro de este último grupo ha sido llamado PpSAP1, por su semejanza a las “stress-associated proteins” (SAP) o proteinas asociadas a estrés ya descritas en otras plantas. El gen identificado PpSAP1 se expresa en mayor medida en yema latente (figura 4), donde podría estar implicado en tolerancia al estrés hídrico. Nuevos experimentos se encuentran en proceso para determinar la función de este gen.

Figura 4. Expresión relativa de PpSAP1 en yema floral de la variedad ‘Springlady’, de los meses de octubre a febrero.

En el caso del albaricoquero además de la adaptabilidad a inviernos cálidos fue necesario iniciar un programa de obtención de variedades resistentes a sharka, la enfermedad mas importante de los frutales de hueso, causada por el ‘Plum Pox Virus’ o PPV. La sharka es la enfermedad que más pérdidas produce en los frutales de hueso, sobre todo en albaricoquero. Solamente el coste de las subvenciones para arrancar los árboles infectados ha costado en España 32 millones de euros. Esta cantidad no incluye las pérdidas de producción ni de mercado que hemos sufrido en una fruta no excendentaria y con un nicho de mercado para la producción de Valencia y Murcia privilegiado.

En el proyecto anterior, AGL2010-20595, desarrollamos herramientas moleculares que permiten la aplicación de mejora asistida por marcadores (figura 5). Además, combinando una aproximación de mapeo físico y secuenciación genómica, se consiguió reducir la región del locus de resistencia e identificar algunos miembros de una familia de genes candidatos a conferir resistencia a PPV en albaricoque. En el presente proyecto se están realizando ensayos funcionales mediante experimentos de transgenia para comprobar la implicación de estos genes en el control del carácter. Estos experimentos permitirán identificar el mecanismo implicados en la resistencia al virus de la sharka en albaricoque. Lo que a su vez permitirá diseñar estrategias para conseguir genotipos resistentes en otras especies frutales susceptibles, como el melocotonero y ciruelo, donde no se ha identificado ninguna fuente de resistencia. En conjunto, todas estas actividades generarán información sobre el mecanismo de resistencia al virus en el género Prunus, clave para poder ampliar las estrategias de obtención de variedades resistentes a PPV.

Figura 5. Esquema de selección de variedades resistentes a sharka. A) Mediante ensayo Biológico, B) Mediante marcadores moleculares. Como se indica en la figura, la selección asistida por marcadores permite plantar en el mismo año de su obtención los híbridos resistentes solamente, con el consecuente ahorro de medios y mejora de la eficacia del proceso de selección.

Los resultados del proyecto permitirán la obtención de nuevas variedades y/o selecciones avanzadas precoces, de alta calidad, con buena productividad, adaptadas a inviernos templados y resistentes a las principales enfermedades que afectan al género Prunus (figura 6 y 7). Además se desarrollarán herramientas moleculares que permitan la selección apoyada en técnicas biotecnológicas. Ambos programas de mejora se apoyan en herramientas genéticas y moleculares desarrolladas en el proyecto anterior, como por ejemplo los marcadores moleculares para seleccionar variedades resistentes a sharka o la selección de bajas horas frío, y además se llevarán acabo estudios genéticos de apoyo a la mejora que conduzcan al desarrollo de nuevas herramientas.

Figura 6: Variedad resistente a sharka, que ha fructificado muy bien en años como 2016 caracterizado por las bajas horas frío invernales.

Figura 7. Variedad de melocotonero de muy bajas horas frío.