Nueva estrategia de mejora genética para obtener variedades hortícolas adaptadas al cambio climático

Un equipo de investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV) y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con el Global Crop Diversity Trust (Alemania) y el Museo de Historia Natural de Londres (Reino Unido), ha impulsado una nueva estrategia de mejora genética cuyo objetivo es obtener variedades hortícolas más resistentes al cambio climático y de mayor calidad, reduciendo al mismo tiempo el uso de agua y nutrientes.

El cambio climático “está reduciendo la disponibilidad de agua, que es más escasa y con una distribución más errática. Eso dificulta el cultivo de hortalizas, que generalmente necesitan un aporte importante de agua. Además, con el aumento de temperaturas en las zonas donde actualmente se cultivan en determinadas épocas puede haber estrés por calor”, explica Jaime Prohens, director del Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana de la UPV (COMAV).

Ante esta situación, la UPV se ha propuesto obtener variedades hortícolas adaptadas al cambio climático a través de nuevas estrategias de mejora genética: “Esta investigación nace como resultado de un proyecto financiado por Global Crop Diversity Trust que iniciamos en 2013 sobre utilización de especies silvestres para adaptación de los cultivos a cambio climático. El objetivo final es, mediante cruzamientos, recuperar genes de las especies silvestres que permiten tolerar mejor el estrés asociado al cambio climático, como la sequía o una mayor incidencia de plagas y enfermedades”.

El trabajo, publicado en la revista Euphytica, se ha realizado en el marco de la iniciativa “Adaptación de la agricultura al cambio climático: recolección, protección y preparación de especies silvestres relacionadas con los cultivos”, financiada por el gobierno de Noruega y administrada por Global Crop Diversity Trust junto con el Millenium Seed Bank.

Acuñado con el término de introgresiómico, el planteamiento propone la utilización masiva de especies silvestres emparentadas con los cultivos para ampliar la base genética de los mismos y poder, de este modo, desarrollar una nueva generación de variedades vegetales que permita enfrentarse a los retos del futuro.

Tal y como explica el director de COMAV, “la mejora genética puede contribuir desarrollando nuevas combinaciones genéticas que permitan una mayor eficiencia en los recursos (producir más con menos), así como tolerar mejor situaciones de estrés, como la limitación en la cantidad y calidad del agua”.

Hasta ahora, “con algunas excepciones notables como el trigo y el tomate, el potencial de las especies silvestres para la mejora de los cultivos se ha aprovechado poco en la mejora genética de los cultivos". Un ejemplo muy claro de ello es el tomate, “donde todas las variedades modernas llevan genes introducidos de especies silvestres, fundamentalmente para resistencia a enfermedades. Cuando hoy compramos un tomate de una variedad moderna en el supermercado estos tomates llevan genes de parientes silvestres introducidos en las últimas décadas mediante programas de mejora genética basados en cruzamientos”, señala el investigador.

Las especies silvestres son genéticamente mucho más diversas que los cultivos, y muchas de ellas crecen en zonas desérticas, semidesérticas, o en ambientes en los hay una presencia de estreses severos derivados de las condiciones climatológicas del suelo (salinidad, baja fertilidad).

Además, muchas especies silvestres son tolerantes o resistentes a enfermedades que afectan a los cultivos, y otras tienen características de interés para la mejora de la calidad de los mismos, como un mayor contenido en compuestos bioactivos.

Sin embargo, el uso de especies silvestres en la mejora es complicado, pues presentan muchas características desfavorables (baja producción, presencia de mecanismos de defensa físicos, como espinas, o químicos, como sustancias amargas o tóxicas, etc.). La mezcla ideal entre una especie silvestre con un cultivo hortícola tradicional sería “la productividad y calidad de la especie cultivada con una mayor resistencia a plagas y enfermedades y una mayor eficiencia en el uso de agua y nutrientes. En algunas ocasiones, además, se ha visto que las especies silvestres pueden contribuir a incrementar el rendimiento, pues genes favorables para el rendimiento se perdieron durante la domesticación”.

No obstante, mediante el desarrollo y uso de líneas de introgresión, es posible obtener plantas con características típicas del cultivo, pero que presentan alguna propiedad deseable de la especie silvestre. Además, las líneas de introgresión son una potente herramienta para la disección genética de los caracteres de interés.

A este respecto, Mariola Plazas, investigadora del CSIC en el Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas (IBMCP), centro mixto UPV-CSIC, indica que “una de las principales aplicaciones de la introgresiómica es el desarrollo de variedades con una mayor resiliencia y adaptadas al cambio climático”.

“Las variedades con introgresiones de especies silvestres”, prosigue Plazas, “pueden contribuir de forma muy eficaz a superar el reto de conseguir aumentar la producción y calidad de los cultivos en un escenario de cambio climático y, al mismo tiempo, con un modelo de agricultura más sostenible, con una mayor eficiencia en el uso del agua y nutrientes”.

La introgresiómica sigue una serie de pasos, que incluyen la identificación de especies silvestres con características deseables en la mejora (por ejemplo, tolerancia a sequía o salinidad, o la resistencia a enfermedades) y la hibridación mediante cruzamientos con los cultivos utilizando, cuando es necesario, técnicas especiales como el rescate de embriones inmaduros.

Asimismo, esta estrategia de mejora genética incluye también la restauración de la fertilidad de los híbridos (cuando estos sean estériles, mediante técnicas de manipulación del número de cromosomas), el cruzamiento de estos híbridos y sus generaciones varias veces hacia la especie cultivada con selección asistida por marcadores moleculares y, finalmente, el desarrollo de multitud de líneas que presentan el fondo genético del cultivo (genoma de la especie cultivada), con un pequeño fragmento (introgresión, de ahí el nombre de la propuesta) de la especie silvestre.

La introgresiómica trabaja “con todas las técnicas disponibles de la mejora genética, como cruzamientos, rescate de embriones, selección asistida por marcadores moleculares, cultivo in vitro, etc. La introgresiómica tampoco excluye técnicas como la transformación genética y la edición genética, pero la utilización de esas técnicas para obtener variedades comerciales debe tener en cuenta la legislación sobre su posible cultivo comercial y la aceptación social de los mismos”, subraya Jaime Prohens.

Una vez las variedades desarrolladas en esta investigación estén listas, tendrán potencial comercial: “Serán variedades cuyo producto final es indistinguible de una variedad comercial, pero las plantas del que procede ese producto habrán sido capaces de ser más productivas que las variedades actuales en ambientes afectados por el cambio climático”.