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Los climas c√°lidos y secos exigen variedades de trigo resilientes y de alto rendimiento

La nueva ciencia en mejoramiento puede fortalecer el trigo y evitar la evolución y propagación de plagas y enfermedades.

Las organizaciones de investigaci√≥n de cultivos p√ļblicas y privadas de todo el mundo han trabajado durante d√©cadas, reforzando la resiliencia de los cultivos b√°sicos como el ma√≠z y el trigo para luchar contra lo que se perfila como la batalla de nuestro tiempo: alimentar a la humanidad en una biosfera cada vez m√°s hostil a la agricultura.

En el caso del trigo, que proporciona alrededor del 20% de los carbohidratos y el 20% de las proteínas en la dieta humana, sin mencionar el 40% de las exportaciones totales de cereales, las cosechas arruinadas por las olas de calor, las sequías y los brotes de enfermedades en los cultivos pueden hacer que los precios de los alimentos se disparen. impulsando el hambre, la pobreza, la inestabilidad, la migración humana, la inestabilidad política y los conflictos en el mundo.

Las altas temperaturas extremas y el comienzo temprano del verano en el sur de Asia en 2022, por ejemplo, redujeron los rendimientos de trigo hasta en un 15% en partes de las llanuras indogangéticas, una zona que produce anualmente más de 100 millones de toneladas de trigo de 30 millones de hectáreas de tierras de cultivo.

Alrededor de la mitad de la cosecha de trigo del mundo sufre estr√©s por calor, y cada aumento de 1 ¬įC en la temperatura reduce los rendimientos de trigo en un promedio del 6%, seg√ļn el art√≠culo de 2021 “Aprovechando la investigaci√≥n traslacional en trigo para la resiliencia clim√°tica“, publicado en el Journal of Experimental Botany, que tambi√©n describe nueve objetivos para mejorar la resiliencia clim√°tica del trigo.

Simulaci√≥n de choques t√©rmicos en el campo utilizando “carpas de calefacci√≥n” port√°tiles del tama√Īo de una parcela (Foto: Molero/CIMMYT)

Las sequ√≠as y la reducci√≥n de los acu√≠feros plantean amenazas igualmente preocupantes para el trigo, dijo Matthew Reynolds, fisi√≥logo de trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Ma√≠z y Trigo (CIMMYT) y autor principal del estudio. ‚ÄúLa disponibilidad de agua es el factor m√°s importante que influye en el rendimiento potencial en la mayor√≠a de los entornos de trigo a nivel mundial‚ÄĚ, explic√≥ Reynolds. ‚ÄúLos estudios predicen eventos severos de escasez de agua para hasta el 60% de las √°reas de cultivo de trigo del mundo para fines de este siglo‚ÄĚ.

Ciencia y fuentes para endurecer el trigo

Junto con sistemas de cultivo m√°s diversos y modernizados y mejores pol√≠ticas agr√≠colas, las variedades m√°s resilientes son cruciales para la producci√≥n sostenible de trigo, seg√ļn Reynolds y un colega mejorador de trigo en el CIMMYT, Leo Crespo, quien agreg√≥ que los mejoradores han estado trabajando durante d√©cadas para endurecer el calor del trigo. y la tolerancia a la sequ√≠a, mucho antes de que el cambio clim√°tico se convirtiera en una palabra de moda.

‚ÄúEl mejoramiento y la selecci√≥n en diversos entornos y en sitios de prueba espec√≠ficos caracterizados por calor y sequ√≠a natural o simulada ha brindado a los agricultores variedades de trigo que se desempe√Īan bien tanto en condiciones √≥ptimas como estresadas y estamos implementando nuevas tecnolog√≠as para acelerar el progreso y reducir los costos‚ÄĚ, dijo. Crespo, mencionando que los ensayos de trigo SAWYT y HTWYT del Centro se enfocan en ambientes semi√°ridos y estresados por calor respectivamente y se env√≠an anualmente a cientos de mejoradores p√ļblicos y privados en todo el mundo a trav√©s de la Red Internacional de Mejoramiento de Trigo (IWIN, por sus siglas en ingl√©s). ‚ÄúEl an√°lisis retrospectivo de los datos de IWIN ha demostrado que la tolerancia al calor ha aumentado en los √ļltimos a√Īos, seg√ļn un estudio del CIMMYT de 2021‚ÄĚ.

‚ÄúEl cambio clim√°tico es un factor importante de posibles epidemias de enfermedades, ya que el clima cambiante puede aumentar la presi√≥n de selecci√≥n para que evolucionen nuevos patotipos virulentos‚ÄĚ, dijo Pawan Singh, pat√≥logo de trigo del CIMMYT. ‚ÄúDebemos estar siempre atentos, y la IWIN es una fuente invaluable de informaci√≥n sobre posibles amenazas de nuevas enfermedades y cambios en los patrones de virulencia de los pat√≥genos del trigo‚ÄĚ.

En la b√ļsqueda de mejorar la resiliencia clim√°tica en el trigo, el ‚Äúpremejoramiento‚ÄĚ del CIMMYT ‚ÄĒacceder a los rasgos gen√©ticos deseados de fuentes como los parientes herb√°ceos del trigo e introducirlos en l√≠neas de mejoramiento que se pueden cruzar con variedades de √©lite‚ÄĒ se enfoca en rasgos espec√≠ficos. Estos incluyen ra√≠ces fuertes y saludables, vigor temprano, un dosel fresco bajo estr√©s y almacenamiento de carbohidratos solubles en agua en los tallos que pueden usarse a medida que el estr√©s se intensifica para complementar los suministros de la fotos√≠ntesis, as√≠ como una variedad de caracter√≠sticas que protegen la fotos√≠ntesis, que incluyen ‘ hojas y espigas que se mantienen verdes y pigmentos que protegen la delicada maquinaria fotosint√©tica del da√Īo oxidativo causado por el exceso de luz.

Detección de líneas muy diversas, identificadas por huellas dactilares de ADN, de la Colección Mundial de Trigo bajo estrés por calor. (Foto: Matthew Reynolds/CIMMYT)

Aunque las l√≠neas de mejoramiento de √©lite pueden contener variaciones gen√©ticas para tales rasgos, en el premejoramiento los investigadores buscan m√°s all√° nuevas y mejores fuentes de resiliencia. Las vastas colecciones de semillas de trigo del CIMMYT y otras organizaciones, en particular las muestras de semillas de variedades aut√≥ctonas cultivadas por agricultores conocidas como ‚Äúvariedades locales‚ÄĚ, son una fuente potencial de diversidad √ļtil que los an√°lisis gen√©ticos de vanguardia prometen ayudar a desbloquear.

Todav√≠a se encuentra una rica diversidad de trigo en los campos de los agricultores de la India, en los estados del norte de la regi√≥n del Himalaya, las regiones monta√Īosas y la regi√≥n semi√°rida de Rajasthan, Gujarat, Karnataka. Las variedades locales all√≠ muestran tolerancia a la sequ√≠a, el calor y los suelos salinos.

Los llamados ‚Äútrigos sint√©ticos‚ÄĚ representan otra fuente abundante de genes de resiliencia. Los sint√©ticos son la progenie de cruces de trigo tetraploide (que tiene cuatro cromosomas, como el trigo duro que se usa para la pasta) con especies de pastos silvestres. El CIMMYT y otras organizaciones los han estado creando desde la d√©cada de 1980 y us√°ndolos como puentes para transferir genes silvestres al trigo harinero, a menudo para caracter√≠sticas como resistencia a enfermedades y tolerancia al calor y la sequ√≠a.

El estudio, la creaci√≥n y el uso de l√≠neas, razas locales y colecciones de semillas con rasgos √ļtiles como parte del mejoramiento previo se describen en el documento de 2021 ‚ÄúProgreso y perspectivas del desarrollo de trigo resistente al clima en el sur de Asia utilizando m√©todos modernos de mejoramiento previo, ‚ÄĚ publicado en la revista cient√≠fica Current Genomics.

Las l√≠neas con nuevas fuentes de tolerancia al calor y la sequ√≠a del mejoramiento previo del CIMMYT tambi√©n se distribuyen a mejoradores p√ļblicos y privados de todo el mundo a trav√©s de IWIN para que las prueben como ensayos de rendimiento de rasgos adaptados al estr√©s (SATYN), seg√ļn el art√≠culo. Estos ensayos especiales son cultivados por mejoradores nacionales y privados en todo el sur de Asia, por ejemplo, en Afganist√°n, Bangladesh, India, Ir√°n, Nepal y Pakist√°n. En ocasiones, las l√≠neas del ensayo se han lanzado directamente como variedades para uso de los agricultores en Afganist√°n, Egipto y Pakist√°n.

Un desafío fundamental en el premejoramiento es identificar y mantener los genes silvestres deseables mientras se descartan los indeseables que también se transfieren en cruces de líneas de mejoramiento de élite con razas autóctonas y sintéticas. Un enfoque es a través del premejoramiento fisiológico, en el que se realizan cruces complementarios para mejorar el rendimiento del cultivo en condiciones de sequía y estrés por calor. El segundo enfoque es usar la predicción genómica, sobre la base de semillas o accesiones, en la colección del banco de genes que han pasado por análisis genómico y de fenotipado para características objetivo como la tolerancia al calor y la sequía. Estos enfoques también se pueden combinar para aumentar la velocidad y la eficacia de la selección de variedades fuertes.

Revoluciones de mejoramiento

El mejoramiento de trigo est√° siendo revolucionado por los avances en el ‚Äúfenotipado de alto rendimiento‚ÄĚ. Esto se refiere a formas r√°pidas y rentables de medir el rendimiento del trigo y las caracter√≠sticas espec√≠ficas en el campo, en particular la teledetecci√≥n, es decir, im√°genes de cultivos tomadas desde veh√≠culos, drones o incluso sat√©lites. Seg√ļn la longitud de onda de la luz utilizada, estas im√°genes pueden mostrar las propiedades fisicoqu√≠micas y estructurales de las plantas, como el contenido de pigmentos, el estado de hidrataci√≥n, el √°rea fotosint√©tica y la biomasa vegetativa. De manera similar, las im√°genes de temperatura del dosel de la fotograf√≠a infrarroja permiten la detecci√≥n del estado del agua del cultivo y la conductancia estom√°tica de la planta. ‚ÄúEsas caracter√≠sticas tienden a mostrar una mejor asociaci√≥n con el rendimiento bajo estr√©s que bajo condiciones favorables‚ÄĚ, dijo Francisco Pinto, fisi√≥logo de trigo del CIMMYT que est√° desarrollando m√©todos para medir las ra√≠ces usando sensores remotos. “Un √≠ndice de detecci√≥n remota podr√≠a potencialmente revolucionar nuestra capacidad de mejorar rasgos de ra√≠z, que son cr√≠ticos bajo estr√©s por calor y sequ√≠a, pero que no han sido directamente accesibles en el mejoramiento”.

El análisis estadístico innovador ha aumentado considerablemente el valor de las pruebas de campo y ha enfatizado el poder de la selección directa para el rendimiento y la estabilidad del rendimiento en diversos entornos.

Los resultados iniciales de los programas de selecci√≥n gen√≥mica, particularmente cuando se combinan con t√©cnicas mejoradas de tipificaci√≥n de fenotipos, tambi√©n son muy prometedores. Los beneficios potenciales de combinar una gama de nuevas tecnolog√≠as constituyen un valioso bien p√ļblico internacional.

Nuevas iniciativas

Lanzado en 2012, el Consorcio para el Mejoramiento del Trigo por Calor y Sequía (HeDWIC, por sus siglas en inglés) facilita la coordinación global de la investigación del trigo para adaptarse a un futuro con condiciones climáticas extremas más severas, específicamente el calor y la sequía. Brinda nuevas tecnologías, especialmente líneas de trigo novedosas a los mejoradores de trigo de todo el mundo a través de la Red Internacional de Mejoramiento de Trigo (IWIN, por sus siglas en inglés), coordinada durante más de medio siglo por el CIMMYT.

HeDWIC cuenta con el apoyo de la Fundación para la Investigación de la Alimentación y la Agricultura (FFAR, por sus siglas en inglés) y forma parte de la Alianza para la Adaptación del Trigo al Calor y la Sequía (AHEAD, por sus siglas en inglés), una organización coordinadora internacional creada por la Iniciativa del Trigo para reunir a la comunidad investigadora del trigo e intercambiar nuevo germoplasma, tecnologías e ideas para mejorar la tolerancia al calor y la sequía.

Foto de portada: Calentadores nocturnos para aumentar la temperatura nocturna en el campo, ya que las noches cada vez m√°s c√°lidas reducen el rendimiento en muchos sistemas de cultivo. (Foto: Enrico Yepez/CIMMYT)