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Combatir enfermedades virales devastadoras, también en las plantas

Cuando ocurrió un brote de necrosis letal del maíz (MLN, en inglés) en Kenia en 2011, los científicos sabían que tenían que actuar rápido. Esta nueva enfermedad viral en el país, estaba diezmando los campos de maíz. En pocos años, la enfermedad se propagó rápidamente en el este de África, a través de insectos y semillas contaminadas. Si el virus se extendiera al sur o al oeste de África, sería un desastre para los pequeños agricultores de todo el continente que dependen del maíz como cultivo básico y para los ingresos y el sustento de sus familias.

El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y sus socios tomaron medidas de inmediato para imponer una estricta cuarentena de semillas y restringir el movimiento de semillas entre el este de África y otras regiones del continente. Además, trabajaron intensamente en el desarrollo y la difusión de cultivares de maíz mejorados con tolerancia o resistencia a la MLN, realizaron esfuerzos de vigilancia extensivos y sensibilizaron a los socios sobre la importancia de producir y comercializar semillas libres de MLN.

Debido a estos esfuerzos, en los últimos nueve años no se ha informado sobre brotes de MLN en el África subsahariana fuera del este de África.

Debido a una publicación reciente en Virus Research sobre cómo se contuvo la MLN, entrevistamos a B.M. Prasanna, Director del Programa Global de Maíz del CIMMYT y del Programa de Investigación de Maíz del CGIAR (MAIZE), para discutir la historia de éxito de la MLN, la crisis global del COVID-19 y las similitudes en el desafío de abordar las enfermedades virales de plantas y humanos.

B.M. Prasanna, Director of the Global Maize Program at CIMMYT and the CGIAR Research Program on Maize (MAIZE). (Photo: Alfonso Cortés/CIMMYT)
B.M. Prasanna, Director del Programa Global de Maíz del CIMMYT y del Programa de Investigación de Maíz del CGIAR (MAIZE). (Foto: Alfonso Cortés/CIMMYT)

¿Cuáles fueron algunas de las medidas extremas que el CIMMYT tuvo que tomar para detener la propagación de la MLN?

El primer paso que tuvimos que tomar en la lucha contra la MLN fue analizar rigurosamente la semilla para detectar cualquier posible contaminación que causara la enfermedad y restringir el movimiento de semillas desde el este hasta al sur de África.

El segundo paso más importante fue sensibilizar a los socios nacionales y al sector comercial de semillas sobre el peligro de contaminación de semillas con virus que causan la MLN, y cómo la contaminación de semillas puede conducir a la proliferación o propagación de la enfermedad.

El tercer paso fue construir una nueva instalación de cuarentena en Zimbabue, en colaboración con el Instituto Nacional de Cuarentena Vegetal. Cuando esa instalación de cuarentena estuvo en funcionamiento en 2017, reiniciamos la transferencia de material de investigación del centro de mejoramiento del CIMMYT en Kenia a las instalaciones del CIMMYT en Zimbabue. Solo cuando los materiales fueron certificados como libres de MLN tanto en Kenia como en Zimbabue, a través del análisis planta por planta utilizando kits de inmunodiagnóstico, la semilla se multiplicó y se distribuyó a los socios. Por lo tanto, el principio de contención y manejo efectivo es extremadamente importante, ya sea una enfermedad viral de la planta o una enfermedad viral humana.

Debemos señalar aquí que, en términos de escala e intensidad, así como los efectos e implicaciones globales, cualquier enfermedad de las plantas, incluida la MLN, no se puede comparar con una pandemia como la del COVID-19, que ha afectado todos los aspectos de nuestras vidas.

Maize Lethal Necrosis (MLN) sensitive and resistant hybrid demo plots in Naivasha’s quarantine & screening facility (Photo: KIPENZ/CIMMYT)
Parcelas híbridas resistentes a la necrosis letal del maíz (MLN) en las instalaciones de cuarentena y detección de Naivasha. (Foto: KIPENZ/CIMMYT)

¿Cómo cree que la pandemia del COVID-19 afectará nuestros sistemas alimentarios?

Estamos en una situación ciertamente desalentadora. La pandemia, sin duda, tendrá un efecto grave en la seguridad alimentaria.

Muchos países que no tienen suficientes reservas de alimentos o aquellos en los que los sistemas alimentarios son vulnerables a choques como este están sufriendo. La capacidad de las personas para obtener insumos para la agricultura, incluida la semilla, también se verá afectada, ya que los mercados se ven afectados. Esta es realmente una situación grave por la que todos deberíamos estar preocupados. El CGIAR tiene un papel importante que desempeñar, en términos como trabajar de cerca con socios nacionales y mitigar el impacto del COVID-19 en la agricultura.

Deberíamos estar particularmente preocupados por los agricultores, especialmente los pequeños agricultores, que son bastante vulnerables al desafío actual. Incluso sin el COVID-19, la agricultura en muchos países en desarrollo en todo el mundo ya ha estado en peligro. Los pequeños agricultores, al igual que los marginales no podían encontrar un mercado para sus productos y obtener ingresos suficientes para mantener a sus familias. Sus medios de vida son frágiles y vulnerables al cambio climático y a los precios volátiles del mercado. Desafortunadamente, la crisis actual del COVID-19 está agravando la crisis.

L.M. Suresh (center-right), Maize Pathologist at CIMMYT and Head of the MLN Screening Facility, facilitates a training on MLN with national partners. (Photo: CIMMYT)
L.M. Suresh (al centro a la derecha), patólogo del maíz en el CIMMYT y jefe de la instalación de detección de MLN, facilita una capacitación sobre la MLN con socios nacionales. (Foto: CIMMYT)

¿Qué lecciones puede aprender la investigación agrícola de esta pandemia?

¿Qué nos enseñan estas pandemias o epidemias? Nos recuerdan que es necesario establecer sistemas para prevenir la proliferación de tales enfermedades, ya sean enfermedades de plantas o animales o enfermedades humanas. Ningún país puede considerarse completamente seguro, y tales enfermedades no discriminan entre un país desarrollado y un país en desarrollo, tampoco entre ricos y pobres.

La segunda lección más importante es la preparación para emergencias. Cada vez que aparecen enfermedades virales transfronterizas tan devastadoras, la clave es la rapidez con la que el país puede responder — conteniendo el área infectada y sin permitir que la enfermedad se propague, y posteriormente mitigando el daño de manera sistemática y rápida. Esta no es la primera vez que surge una enfermedad como la MLN. Podría haber enfermedades virales o fúngicas más graves que podrían surgir en el futuro debido a varias razones, incluidos el cambio climático, el comercio internacional, el movimiento de seres humanos, las corrientes de aire, etc. Hay múltiples formas en que las enfermedades pueden atravesar países y continentes. Por lo tanto, la clave es qué tan bien podemos capacitar a los sistemas nacionales para que puedan prevenir, detectar e intervenir de manera proactiva y rápida.

Otra gran lección para los sistemas agrícolas es que un problema que ocurre en algún otro continente no puede ser ignorado porque trabajas en un continente diferente. Lo que demuestra la pandemia del COVID-19 es que el mundo está mucho más conectado de lo que pensamos.

CIMMYT team members check for traces of the maize chlorotic mottle virus (MCMV) in maize plants during a visit to the MLN screening facility in Naivasha, Kenya. (Photo: Joshua Masinde/CIMMYT)
Miembros del equipo del CIMMYT buscan rastros de MCMV en las plantas de maíz durante una visita a las instalaciones de detección de MLN en Naivasha, Kenia. (Foto: Joshua Masinde/CIMMYT)

Para usted, ¿cuál es la conclusión principal sobre la historia de éxito de la necrosis letal del maíz (MLN)?

No diré que sigue siendo un éxito total. A través de alianzas y esfuerzos intensivos, pudimos evitar que la enfermedad devastara la producción de maíz en millones de campos de pequeños agricultores en el África subsahariana. Desde 2014, no ha habido ningún otro país en África —fuera del este de África— que haya informado sobre un brote de MLN. Eso, para mí, es un gran éxito.

El trabajo no ha terminado. El viaje tiene que continuar. Y debemos asegurarnos de que los países estén continuamente protegidos de enfermedades devastadoras como la MLN. La MLN todavía no se erradica en el este de África. Puede que ni siquiera sea posible erradicar por completo esta enfermedad, ya que los dos virus que la causan pueden sobrevivir no solo en el maíz sino en múltiples pastos. Sin embargo, podemos contener la enfermedad y limitar su impacto a través de esfuerzos continuos, como lo que hemos hecho durante los últimos 7 u 8 años. Sin embargo, si bajamos la guardia, hay una probabilidad muy alta de que la enfermedad pueda propagarse a otros países del África subsahariana, especialmente a los principales países productores de maíz en el sur de África o África occidental. Los esfuerzos deben continuar. Por lo tanto, no hay que bajar la guardia para proteger a los pequeños productores en África de enfermedades transfronterizas como la MLN.

Lea el artículo completo:

Necrosis letal del maíz (MLN): Esfuerzos para contener la propagación y el impacto de una devastadora enfermedad transfronteriza en el África subsahariana

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Salvaguardar la biodiversidad es esencial para prevenir el siguiente COVID-19

Disclaimer: Las opiniones expresadas en este artículo son las de los autores y no reflejan necesariamente la política oficial o la posición del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT).

Si bien la atención mundial se centra en controlar el COVID-19, la evidencia apunta a la crisis de la biodiversidad como un factor principal en su aparición. A primera vista, los dos problemas pueden parecer ajenos, pero los brotes de enfermedades y los ecosistemas degradados están profundamente conectados. Frédéric Baudron, ingeniero agrónomo de sistemas en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y Florian Liégeois, virólogo del Institut de Recherche pour le Développement (IRD) comparten sus puntos de vista sobre la crisis actual del COVID-19 y el vínculo entre la pérdida de biodiversidad y las enfermedades infecciosas emergentes.

¿Qué tendencias estamos viendo con las enfermedades infecciosas como el COVID-19?

Podemos ver que los brotes de enfermedades infecciosas son cada vez más frecuentes, incluso cuando tenemos en cuenta el llamado «sesgo de información científica»: la vigilancia de tales eventos mejora con el tiempo y la vigilancia se financia mejor en el Norte que en el Sur.

El 60% de las enfermedades infecciosas son zoonóticas, lo que significa que se transmiten de los animales a los humanos y el 72% de estas zoonosis se originan en la vida silvestre. El COVID-19 es solo el último de una larga lista de zoonosis originadas en la vida silvestre. Otros brotes recientes incluyen el SARS, el Ébola, la influenza aviar y la influenza porcina. A medida que las actividades humanas continúan perturbando los ecosistemas en todo el mundo, es probable que veamos más patógenos cruzando de la vida silvestre a la humana en el futuro. Esto debería servir como un llamado para gestionar mejor nuestra relación con la naturaleza en general, y, particularmente, con la vida silvestre.

Researchers in Zimbabwe enter the cave dwelling of insectivorous bats (Hipposideros caffer) to conduct fecal sampling for viral research. (Photo: Florian Liégeois/IRD)
Los investigadores en Zimbabue ingresan a la cueva de los murciélagos insectívoros (Hipposideros caffer) para realizar muestras fecales para la investigación viral. (Foto: Florian Liégeois/IRD)

¿Por qué hay más casos de enfermedades que pasan de los animales a los humanos? ¿De dónde vienen?

La evidencia apunta al comercio y al consumo de carne de animales silvestres como el probable impulsor de la aparición del COVID-19. La aparición del SARS y el Ébola también fue impulsada por el consumo y el comercio de carne de animales silvestres. Sin embargo, al observar brotes pasados de zoonosis causadas por un patógeno con origen en la vida silvestre, los cambios en el uso de la tierra, generalmente debido a cambios en las prácticas agrícolas, han sido los principales impulsores.

Los patógenos tienden a surgir en conocidos «puntos críticos de enfermedades», que tienden a ser áreas donde la alta biodiversidad de la vida silvestre se superpone con una alta densidad de población. Estos puntos tienden a estar a una latitud más baja. Curiosamente, muchos de estos se encuentran en regiones donde se concentran las actividades del CIMMYT: América Central, África Oriental y Asia del Sur. Esto, además del hecho de que los cambios agrícolas son un motor importante de la aparición de zoonosis, significa que los investigadores del CIMMYT pueden desempeñar un papel en la prevención de la próxima pandemia global.

Smallholders clear forests for agriculture, but they also have an impact on forests through livestock grazing and fuelwood harvesting, as on this picture in Munesa forest, Ethiopia. (Photo: Frederic Baudron/CIMMYT)
Los pequeños agricultores talan bosques para la agricultura, pero también tienen un impacto en los bosques a través del pastoreo de ganado y la cosecha de leña, como en esta imagen en el bosque de Munesa, Etiopía. (Foto: Frederic Baudron/CIMMYT)

¿Cómo la pérdida de biodiversidad y el cambio en el uso de la tierra causan un aumento en las enfermedades zoonóticas?

Hay al menos tres mecanismos en juego. En primer lugar, un mayor contacto entre la vida silvestre y los humanos y su ganado debido a la invasión de los ecosistemas. En segundo lugar, la selección de especies de vida silvestre más capaces de infectar a los humanos y/o su ganado —a menudo roedores y murciélagos— porque prosperan en paisajes dominados por humanos. En tercer lugar, estas especies de vida silvestre sobrevivientes transportan más patógenos en ecosistemas simplificados. Los patógenos tienden a estar «diluidos» en ecosistemas complejos y no perturbados.

El rápido aumento de la población y su ganado significa que están interactuando cada vez más con las especies de vida silvestre y los patógenos que transportan. Hoy, 7.8 billones de humanos explotan casi todos y cada uno de los ecosistemas del planeta. La ganadería ha seguido a los humanos en la mayoría de estos ecosistemas y ahora son mucho más numerosos que los vertebrados salvajes: ¡hay 4.700 millones de vacas, cerdos, ovejas y cabras y 23.700 millones de pollos en la Tierra! Vivimos en un planeta cada vez más «cultivado», con nuevos conjuntos de especies y nuevas oportunidades para que los patógenos se muevan de una especie a otra.

El comercio de vida silvestre y el consumo de carne de animales silvestres han recibido mucha atención como causas principales de la propagación de estos virus. ¿Por qué ha habido tan poca discusión sobre la conexión con la pérdida de biodiversidad?

El problema de la pérdida de biodiversidad como motor de la aparición de zoonosis es complejo: no tiene una solución simple, como prohibir los mercados en China. Es difícil comunicar este problema de manera efectiva al público. Es fácil encontrar apoyo para terminar con el comercio y el consumo de carne de animales silvestres porque es fácil para el público comprender cómo pueden conducir a la aparición de zoonosis, y las fuentes de carne de animales silvestres incluyen especies emblemáticas con atractivo público, como los simios y los pangolines. El tráfico y el consumo de carne de animales silvestres también ofrece al público una forma fácil de culpar a otros: este es un problema local, en lugar de global, y para la mayoría de nosotros, distante.

Hay una verdad incómoda en la crisis de la biodiversidad: todos lo manejamos a través de nuestros patrones de consumo. Piense en su consumo anual de café, té, chocolate, azúcar, textiles, pescado, etc. Pero la crisis de biodiversidad a menudo no se percibe como un problema global, ni como un problema apremiante. La cobertura mediática para la crisis de biodiversidad es ocho veces menor que para la crisis climática.

The Unamat forest in Puerto Maldonado, Madre de Dios department, Peru. (Photo: Marco Simola/CIFOR)
El bosque Unamat en Puerto Maldonado, departamento de Madre de Dios, Perú. (Foto: Marco Simola/CIFOR)

La agricultura es una de las principales causas del cambio en el uso de la tierra y la pérdida de biodiversidad. ¿Qué pueden hacer los agricultores para preservar la biodiversidad, sin perder el rendimiento de los cultivos?

Las prácticas agrícolas que reducen el impacto de la agricultura en la biodiversidad son bien conocidas y forman la base de la intensificación sustentable, para lo cual el CIMMYT tiene un programa completo. Una pregunta importante podría ser qué podemos hacer colectivamente para ayudarlos a hacerlo. Las políticas de apoyo, como la sustitución de subsidios por incentivos que promueven la intensificación sustentable, y los mercados de apoyo, por ejemplo, utilizando la certificación y el etiquetado, son parte de la solución.

Pero es probable que estas medidas sean insuficientes por sí solas, ya que una gran parte de la comida mundial no ingresa al mercado, sino que es consumida por los pequeños agricultores familiares que la producen.

Es probable que la reducción del impacto negativo de la producción de alimentos en la biodiversidad requiera un esfuerzo global y concertado similar a los Acuerdos de París para el clima. Como la pandemia del COVID-19 está impactando al mundo, es probable que se adopten medidas globales para evitar la próxima pandemia. Existe el riesgo de que algunas de estas medidas lleguen demasiado lejos y terminen amenazando los medios de vida rurales, especialmente los más vulnerables. Por ejemplo, recomendar «conservar la tierra» —segregar las actividades humanas de la naturaleza al maximizar el rendimiento en áreas lo más pequeñas posible— es tentador para reducir la posibilidad de propagación de patógenos de especies silvestres a humanos y ganado. Pero la producción de alimentos depende de los servicios del ecosistema respaldados por la biodiversidad, como el mantenimiento de la fertilidad del suelo, el control de plagas y la polinización. Estos servicios son particularmente importantes para los pequeños agricultores familiares que tienden a utilizar pocos insumos externos.

¿Cómo podemos evitar que pandemias como el COVID-19 vuelvan a ocurrir en el futuro?

Hay pocas dudas de que surgirán nuevos patógenos. En primer lugar, debemos ser capaces de controlar las enfermedades infecciosas emergentes lo antes posible. Esto requiere una mayor inversión en la vigilancia de enfermedades y en los sistemas de salud de los países donde es más probable que surja la próxima enfermedad infecciosa. Paralelamente, también debemos reducir la frecuencia de estos brotes conservando y restaurando la biodiversidad a nivel mundial, lo que es más importante en los puntos críticos de enfermedades.

La agricultura tiende a ser un importante impulsor de la pérdida de biodiversidad en estas áreas, pero también es una fuente importante de sustento. La carga de reducir el impacto de la agricultura en la biodiversidad en los puntos críticos de enfermedades no puede dejarse en manos de los agricultores locales, que tienden a ser agricultores de escasos recursos; tendrá que ser compartido con el resto de nosotros.

Foto de portada: Bosques en la tierra de la comunidad nativa Ese’eja de Infierno, en el departamento peruano Madre de Dios. (Foto: Yoly Gutierrez/CIFOR)

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Cruzando los límites

Disclaimer: Las opiniones expresadas en este artículo son las de los autores y no reflejan necesariamente la política oficial o la posición del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT).

La vida cotidiana, tal como la conocemos, se ha detenido y los científicos de cultivos están reflexionando sobre los siguientes pasos a tomar frente a la crisis global del COVID-19. Hans Braun, Director del Programa Global de Trigo en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y del Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT), se une a nosotros en una charla virtual para discutir la necesidad de una mayor inversión en la investigación de enfermedades de los cultivos, ya que el mundo corre el riesgo de una crisis de seguridad alimentaria.

¿Qué ha aprendido de su trabajo con diversas enfermedades del trigo que podemos tomar como aprendizaje en estos momentos?

Las epidemias del trigo se remontan a los tiempos bíblicos. Los científicos del trigo ahora creen que los «siete malos años» de cosecha de Egipto a los que se hace referencia en la Biblia se debieron a un brote de roya del tallo.

Sabemos lo que sucede cuando tenemos una epidemia de cultivos: las enfermedades pueden acabar por completo con la cosecha. He visto a agricultores pararse frente a sus campos de trigo, pero no hay un solo grano dentro de las espigas. Todo debido al brusone del trigo.

Hay muchos problemas paralelos que veo con el brote de COVID-19.

Los modelos epidemiológicos para humanos que vemos hoy en día tienen mucho en común con la epidemiología vegetal. Por ejemplo, si tenemos un campo de trigo sembrado con una variedad que es resistente a la roya y después se obtiene una espora que muta y vence la resistencia —como el COVID-19 vence el sistema inmunológico humano— toma alrededor de dos semanas para que esporule de nuevo y produzca millones de mutaciones. Esporulan una vez más y obtenemos miles de millones y billones de esporas. Posteriormente, los campos de trigo a nivel local, nacional y, en el peor de los casos, regional se dañan gravemente y en el peor de los casos van a morir.

El problema es que, dado que no podemos poner en cuarentena al trigo, si el clima es favorable, estas esporas volarán a todas partes y —al igual que con el COVID-19— no necesitan pasaporte para viajar.

¿Podría darnos más detalles al respecto? ¿Cómo pueden globalizarse las enfermedades del trigo?

Por lo general, toma alrededor de 5 años, a veces menos, que una mutación en una espora de roya supere la resistencia de una variedad de trigo. De vez en cuando, vemos epidemias de roya que cubren toda una región. Para monitorear este movimiento, la Iniciativa Mundial Borlaug Contra la Roya de la Universidad de Cornell y el CIMMYT, financiada por la Fundación Bill & Melinda Gates y el Ministerio de Desarrollo Internacional del Reino Unido (DFID, en inglés), estableció un sistema global de monitoreo de roya que proporciona datos en tiempo real sobre los movimientos de las esporas.

Por ejemplo, si hay una nueva raza de roya del tallo en Yemen, y en Yemen el trigo madura de manera temprana, y posteriormente, los agricultores queman la paja, su acción «empuja» las esporas hacia el aire, lo que les permite ingresar y cubrir de 2 000 a 5 000 kilómetros en muy poco tiempo. Las personas que ingresaron a un campo de trigo infectado también pueden llevar consigo esporas en la ropa o en los zapatos. Tomemos a Australia, por ejemplo, que tiene leyes de cuarentena muy estrictas. Está rodeado por el mar y, aun así, eventualmente, obtienen las nuevas razas de roya que vuelan alrededor o vienen con los viajeros. Uno simplemente no puede evitarlo.

Stem rust resistant (left) and susceptible (right) wheat plants at the stem rust phenotyping facility in Njoro, Nakuru County in Kenya. (Photo: Joshua Masinde/CIMMYT)
Plantas de trigo resistentes a la roya del tallo (izquierda) y susceptibles (derecha) en la instalación de fenotipado de roya del tallo en Njoro, condado de Nakuru en Kenia. (Foto: Joshua Masinde/CIMMYT)

¿El cambio climático podría exacerbar la propagación de las enfermedades de los cultivos?

Sí, el clima y su variabilidad tienen mucho que ver con eso. Por ejemplo, en el caso de la roya amarilla, lo que es extremadamente importante es el tiempo que transcurre de esporulación a esporulación. Tomemos una espora de roya. Germina, crece, se multiplica y posteriormente, una vez que está lista, se dispersa para infectar las plantas. De una dispersión a la siguiente, se necesitan aproximadamente dos semanas.

En las últimas décadas, en particular para la roya amarilla, las nuevas razas están mejor adaptadas a las altas temperaturas y se multiplican más rápido. En un artículo de Nature, mostramos que hace 30 años la roya amarilla no estaba presente en las Grandes Llanuras de los Estados Unidos. Hoy, es la enfermedad de trigo más importante en la zona. Entonces, realmente hay algo que está sucediendo y cambiando y es por eso que estamos tan preocupados por las nuevas razas de enfermedades del trigo cuando surgen.

¿Qué podría tomar de esto un epidemiólogo especializado en virus humanos?

Bueno, creo que los epidemiólogos saben muy bien lo que sucede en un caso como el del virus del COVID-19. Los ciudadanos comunes ahora también comienzan a comprender qué es una pandemia y qué significa su crecimiento exponencial.

Tal vez deberíamos preguntarnos qué pueden aprender los responsables políticos sobre el COVID-19 para prevenir epidemias de plantas. Cuando se trata de epidemias, lo que se aplica a los humanos se aplica a las plantas. Si hay una nueva raza de una determinada enfermedad en un cultivo, en ese momento, la planta no tiene un mecanismo de defensa, como los humanos en el caso del COVID-19, porque no hemos desarrollado ninguna inmunidad. Mientras que en los países desarrollados los agricultores pueden usar productos químicos para controlar las enfermedades de las plantas, los agricultores de escasos recursos no tienen esta opción, debido a la falta de acceso o porque la protección de las plantas no se ha registrado en su país.

Además de esto, nuestras líneas de trabajo comparten un sentido de urgencia. Si ocurre el «día del juicio final», será demasiado tarde para reaccionar. En la actualidad, con una pandemia humana, las personas están preocupadas por la cadena de suministro desde el procesamiento de alimentos hasta el supermercado. Pero si tenemos una epidemia en las plantas, entonces no tenemos la cadena de suministro desde el campo hasta la industria de procesamiento de alimentos. Y si la gente no tiene nada para comer, saldrán a las calles y veremos violencia. Simplemente, no podemos dejar esto de lado.

¿Qué otras lecciones pueden tomar los responsables políticos y otras partes interesadas de la crisis actual?

El mundo necesita aprender que no podemos usar la economía como base para la investigación de enfermedades. Necesitamos prever mejor lo que podría suceder.

Tomemos el ejemplo del brusone del trigo, una enfermedad devastadora que puede destruir la espiga de trigo y que inicialmente se limitó a América del Sur. La enfermedad llegó a Bangladesh en 2016 y causó un pequeño daño económico, tal vez una pérdida de 30 000 toneladas en un área geográfica pequeña, una pequeña fracción de la producción nacional pero un desastre para el pequeño agricultor, que por lo tanto habría perdido toda su cosecha de trigo. La enfermedad ahora se controla con productos químicos. Pero, ¿qué pasa si se desarrolla resistencia química y la enfermedad se propaga a los 10 millones de hectáreas en las llanuras indogangéticas de la India y el sur de Pakistán. Improbable, pero, ¿y si sucede?

La agricultura representa el 30% del PIB mundial y el dinero de la investigación [destinado a la agricultura] y en comparación con otras áreas es pequeño. A nivel mundial, solo el 5% de la I+D se invierte en investigación para el desarrollo relacionado con la agricultura. ¡Qué discrepancia! Un millón de dólares estadounidenses invertidos en investigación sobre el brusone del trigo es muy útil y, si no se hace, se corre el riesgo de un desastre.

Si el desastre del COVID-19 tiene algún lado negativo, es de esperar que nuestros gobiernos se den cuenta de que tienen que desempeñar un papel mucho más serio en muchas áreas, en particular la salud pública y el control de enfermedades en humanos, pero también en plantas.

Un informe de Lloyd concluyó que una crisis alimentaria global podría ser causada por los gobiernos que toman medidas de aislamiento para proteger a sus propios países. Me preocupa que a medida que la crisis del COVID-19 continúe, los gobiernos detendrán las exportaciones como lo hicieron algunos durante la crisis de precios de los alimentos de 2008, y después, incluso si hay suficiente comida, el escenario de 2008 podría volver a ocurrir y los precios de los alimentos aumentarán, con un impacto desastroso en la vida de los más pobres.

Este artículo fue publicado originalmente por el Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT): Crossing boundaries: looking at wheat diseases in times of the COVID-19 crisis

Foto de portada: Hans Braun, Director del Programa Global de Trigo en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), inspecciona las plantas de trigo en los invernaderos. (Foto: Alfonso Cortés/CIMMYT)

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Plagas, enfermedades y cambio climático: ¿están vinculados?

Responsables del 80% de los alimentos que comemos y del 98% del oxígeno que respiramos, las plantas son un pilar de la vida en la tierra. Pero están bajo amenaza. Según la FAO, hasta el 40% de los cultivos alimentarios se pierden debido a plagas y enfermedades cada año.

Cuando se producen brotes de enfermedades, los impactos pueden ser devastadores. En la década de 1840, la gran hambruna irlandesa, causada por una enfermedad fúngica, causó la muerte de alrededor de un millón de personas y provocó la emigración de otro millón.

La reciente invasión de langostas del desierto por África, la peor en décadas, muestra la vulnerabilidad de los cultivos ante las plagas.

La langosta del desierto es una de las plagas más destructivas del mundo, con un pequeño enjambre que cubre un kilómetro cuadrado y consume la misma cantidad de alimentos por día que 35,000 personas. El brote podría incluso provocar una crisis humanitaria, según la FAO.

¿Cómo afecta el cambio climático a las plagas y enfermedades?

El cambio climático es un factor que impulsa la propagación de plagas y enfermedades, junto con el aumento del comercio mundial. El cambio climático puede afectar el tamaño de la población, la tasa de supervivencia y la distribución geográfica de las plagas; y la intensidad, desarrollo y distribución geográfica de las enfermedades.

Según los expertos, la temperatura y las precipitaciones son los principales impulsores de los cambios en cómo y dónde se propagan las plagas y enfermedades.

«En general, un aumento en los niveles de temperatura y precipitación favorece el crecimiento y la distribución de la mayoría de las especies de plagas al proporcionar un ambiente cálido y húmedo y la humedad necesaria para su crecimiento», dice Tek Sapkota, científico de sistemas agrícolas y cambio climático del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT).

Sin embargo, cuando las temperaturas y los niveles de precipitación aumentan, esto puede retrasar el crecimiento y la reproducción de algunas especies de plagas y destruirlas al lavar los huevos y larvas de la planta huésped, explica.

Esto explicaría por qué muchas plagas se están alejando de los trópicos hacia áreas más templadas. A las plagas les gustan las temperaturas más cálidas, pero hasta cierto punto. Si hace demasiado calor o demasiado frío, las poblaciones crecen de manera más lenta. Dado que las regiones templadas no están actualmente a temperatura óptima para las plagas, se espera que las poblaciones crezcan más rápido en estas áreas a medida que se calientan.

Las enfermedades de los cultivos siguen un patrón similar, particularmente cuando se trata de patógenos como los hongos.

Movimiento hacia los polos de la tierra

La investigación muestra que desde 1960, las plagas y enfermedades de los cultivos se han movido un promedio de 3 km al año en dirección a los polos norte y sur de la tierra a medida que aumentan las temperaturas.

El complejo mancha de asfalto, una enfermedad fúngica nativa de América Latina, que puede causar hasta un 50% de pérdida de rendimiento en el maíz, se detectó por primera vez en EE. UU. en 2015. Normalmente, prevalente en climas tropicales, la enfermedad ha comenzado a emerger en regiones tropicales, incluidas las zonas altas del centro de México y muchos condados de Estados Unidos.

El escarabajo del pino de montaña, uno de los insectos más destructivos que invaden América del Norte, se está moviendo hacia el norte a medida que aumentan las temperaturas y es probable que se extienda por el noreste de los Estados Unidos y el sureste de Canadá para 2050.

Los griegos y los romanos informaron la roya del tallo del trigo, y este último se sacrificó a los dioses para evitar brotes de enfermedades en sus cultivos de trigo. Foto CIMMYT/Petr Kosina

La roya del trigo, que se encuentra entre las mayores amenazas para la producción de trigo en todo el mundo, también se está adaptando a climas más cálidos y se está volviendo más agresiva en la naturaleza, dice Mandeep Randhawa, mejorador de trigo y patólogo de la roya del trigo del CIMMYT.

«A medida que aumentan las temperaturas, se producen mayores cantidades de esporas que pueden causar una mayor infección y podrían dar lugar a cambios patógenos a través de una tasa más rápida de su evolución».

Los científicos informaron recientemente que la roya del tallo había surgido en el Reino Unido por primera vez en 60 años. Según el estudio, es probable que los cambios climáticos en los últimos 25 años hayan alentado las condiciones de infección.

Niveles crecientes de CO2

El aumento de los niveles de dióxido de carbono (CO2) también podría afectar a las plagas indirectamente, al cambiar la arquitectura de la planta huésped y debilitar sus defensas.

«Las concentraciones elevadas de CO2, como resultado de la actividad humana y la influencia sobre el cambio climático, probablemente influirán indirectamente en las plagas a través de la modificación en la química de la planta, la fisiología y el contenido nutricional», dice Leonardo Crespo, mejorador de trigo del CIMMYT.

El aumento de las concentraciones y temperaturas de CO2 también podría proporcionar un entorno más favorable para los patógenos como los hongos, informa el Panel Intergubernamental del Cambio Climático (IPCC en inglés).

A pesar de la gran confianza entre los científicos sobre que el cambio climático causará un aumento de plagas y enfermedades, predecir exactamente cuándo y dónde se propagarán las plagas y enfermedades no es una tarea fácil. Existe una variación significativa entre las diferentes especies de plagas y los tipos de patógenos, y los modelos climáticos solo pueden proporcionar estimaciones de dónde pueden ocurrir infecciones o brotes.

Control de plagas y pandemias

Para abordar estas incertidumbres, los expertos reconocen cada vez más la necesidad de monitorear los brotes de plagas y enfermedades y han pedido un sistema de vigilancia global para monitorearlos y mejorar las respuestas.

Las herramientas tecnológicas recientes, como el laboratorio móvil MARPLE, que analiza patógenos como la roya del trigo en tiempo casi real y proporciona resultados en 48 horas, permiten la detección temprana. Los sistemas de alerta temprana también son herramientas fundamentales para advertir a los agricultores, investigadores y responsables políticos de posibles brotes.

La obtención de variedades resistentes a plagas y enfermedades es otra solución ecológica, ya que reduce la necesidad de pesticidas y fungicidas. En colaboración con científicos de todo el mundo, el CIMMYT trabaja en el desarrollo de variedades de trigo y maíz resistentes a enfermedades.

Una catarina en una espiga de trigo de una variedad mejorada que crece en el campo en Islamabad, Pakistán. Foto: A. Yaqub/CIMMYT.

Los insectos beneficiosos también pueden actuar como un control natural de plagas para los cultivos. Las catarinas, las arañas y las libélulas actúan como depredadores naturales de plagas. Otras soluciones incluyen medidas de control mecánico como trampas de luz, de feromonas y pegajosas, así como controles de prácticas agrícolas como la rotación de cultivos.

Las Naciones Unidas han declarado este año como el Año Internacional de la Sanidad Vegetal, haciendo hincapié en la importancia de aumentar la conciencia mundial sobre cómo «proteger la salud de las plantas puede ayudar a acabar con el hambre, reducir la pobreza, proteger la biodiversidad y el medio ambiente e impulsar el desarrollo económico».

Como parte de esta iniciativa, el CIMMYT organizará la 24ª Conferencia Bianual Internacional de Resistencia Vegetal a los Insectos (IPRI en inglés) del 2 al 4 de marzo. La conferencia cubrirá temas que incluyen interacciones planta-insecto, mejoramiento para resistencia y tecnologías de fenotipado para predecir rasgos resistentes a plagas en plantas.

Foto de portada: Un enjambre de langostas en el noreste de Kenia. La Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura advirtió que los enjambres ya vistos en Somalia, Kenia y Etiopía podrían extenderse. Foto: Sven Torfinn/FAO

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¿Qué es el brusone del trigo?

El brusone del trigo es una enfermedad fúngica devastadora y de acción rápida que amenaza la seguridad alimentaria en las zonas tropicales de Sudamérica y Asia del Sur. Atacando directamente la espiga de trigo, el brusone puede marchitar y deformar el grano en menos de una semana desde los primeros síntomas, dejando a los agricultores sin tiempo para actuar.

La enfermedad, causada por el hongo Magnaporthe oryzae pathotype triticum (MoT), puede propagarse a través de semillas infectadas y sobrevive en los residuos de los cultivos, así como por esporas que pueden viajar largas distancias en el aire.

El hongo Magnaporthe oryzae puede infectar muchos pastos, como cebada, lolium, arroz y trigo, pero los aislados específicos de este patógeno generalmente infectan especies limitadas; es decir, los aislados de trigo infectan preferiblemente las plantas de trigo, pero pueden usar varias especies de cereales y gramíneas como huéspedes alternativos. El aislado del brusone del trigo de Bangladesh se estudia para determinar su condición de hospedaje. El genoma de Magnaporthe oryzae está ampliamente estudiado, sin embargo, aún existen grandes lagunas en el conocimiento sobre su epidemiología.

The pathogen can infect all aerial wheat plant parts, but maximum damage is done when it infects the wheat ear. It can shrivel and deform the grain in less than a week from first symptoms, leaving farmers no time to act.
El patógeno puede infectar todas las partes aéreas de la planta de trigo, pero el daño máximo se produce cuando infecta la espiga. Puede marchitarse y deformar el grano en menos de una semana desde los primeros síntomas, dejando a los agricultores sin tiempo para actuar.

¿Dónde se encuentra el brusone del trigo?

Identificado oficialmente por primera vez en Brasil en 1985, la enfermedad está presente en los campos de trigo de Sudamérica, donde afectó hasta 3 millones de hectáreas a principios de la década de 1990. El brusone del trigo continúa amenazando seriamente el potencial del cultivo de trigo en la región.

En 2016, el brusone del trigo se extendió a Bangladesh provocando un brote severo. Ha impactado alrededor de 15 000 hectáreas en ocho distritos, reduciendo el rendimiento en un 51% en promedio en los campos afectados.

Wheat-producing countries and presence of wheat blast.
Países productores de trigo y presencia de brusone.

¿Cómo se infecta una cosecha de trigo con el brusone?

El brusone del trigo se propaga a través de semillas infectadas, residuos de cultivos y esporas que pueden viajar largas distancias en el aire.

El brusone aparece esporádicamente en el trigo y crece en muchas otras plantas y cultivos, por lo que las rotaciones no lo controlan. La frecuencia irregular de los brotes también dificulta la comprensión o la predicción de las condiciones precisas para el desarrollo de la enfermedad, o la selección metódica de líneas de trigo resistentes.

En la actualidad, el brusone requiere calor y humedad concurrentes para desarrollarse y se limita a áreas con esas condiciones. Sin embargo, se sabe que los hongos de los cultivos mutan y se adaptan a las nuevas condiciones, lo cual debe considerarse en las actividades de manejo.

¿Cómo pueden los agricultores prevenir y manejar el brusone del trigo?

No existen variedades resistentes disponibles, y los fungicidas son caros y proporcionan solo una defensa parcial. También, a menudo, son difíciles de obtener o usar en las regiones donde ocurre el brusone, y deben aplicarse mucho antes de que aparezcan los síntomas — un gasto prohibitivo para muchos agricultores.

El hongo Magnaporthe oryzae es complejo fisiológica y genéticamente, por lo que incluso después de más de tres décadas, los científicos no entienden completamente cómo interactúa con el trigo o qué genes en la planta confieren una resistencia duradera.

Investigadores del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) se están asociando con investigadores nacionales y agencias meteorológicas para encontrar formas de mitigar la amenaza del brusone del trigo y aumentar la resiliencia de los pequeños agricultores de la región. A través de la iniciativa de Sistemas de Producción de Cereales en el Sur de Asia (CSISA, en inglés) y los Servicios Climáticos para el Desarrollo Resiliente (CSRD, en inglés) apoyados por la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID por sus siglas en inglés), el CIMMYT y sus socios están desarrollando métodos agronómicos y sistemas de alerta temprana para que los agricultores puedan prepararse y reducir el impacto del brusone del trigo.

El CIMMYT trabaja en una colaboración global para mitigar la amenaza del brusone del trigo con financiamiento del Centro Australiano para la Investigación Agrícola Internacional (ACIAR), el Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT), el Consejo Indio de Investigación Agrícola (ICAR) y el Consejo de Investigación Sueca (Vetenskapsrådet). Algunos de los socios que colaboran son el Instituto de Investigación de Trigo y Maíz de Bangladesh (BWMRI), el Instituto Nacional de Innovación Agropecuaria y Forestal (INIAF) de Bolivia, la Universidad Estatal de Kansas y el Servicio de Investigación Agrícola de los Estados Unidos (USDA-ARS).

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Soluciones agrícolas para afrontar la crisis climática

Más de 11 000 científicos firmaron un informe reciente que muestra que el planeta Tierra se enfrenta a una emergencia climática y las Naciones Unidas advirtieron que el mundo está en camino a un aumento de 3.2 grados para 2100, incluso si se cumplen los compromisos del Acuerdo de París 2015.

La agricultura, la silvicultura y el cambio en el uso del suelo están implicados en aproximadamente una cuarta parte de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero.

La agricultura también ofrece oportunidades para mitigar el cambio climático y ayudar a los agricultores, en particular a los pequeños productores en las economías en desarrollo y emergentes que han sido los más afectados por el clima cálido y la reducción de las precipitaciones más erráticas.

La mayor parte del trabajo del CIMMYT se relaciona con el cambio climático, lo que ayuda a los agricultores a adaptarse a las crisis mientras satisface la creciente demanda de alimentos y, cuando es posible, reduce las emisiones.

Family farmer Geofrey Kurgat (center) with his mother Elice Tole (left) and his nephew Ronny Kiprotich in their 1-acre field of Korongo wheat near Belbur, Nukuru, Kenya. (Photo: Peter Lowe/CIMMYT)
El agricultor familiar Geofrey Kurgat (al centro) con su madre Elice Tole (a la izquierda) y su sobrino Ronny Kiprotich en su campo de trigo de Korongo cerca de Belbur, Nukuru, Kenia. (Foto: Peter Lowe/CIMMYT)

Cultivos resistentes al clima y prácticas agrícolas

53 millones de personas se benefician del maíz tolerante a la sequía. Las variedades de maíz tolerantes a la sequía desarrolladas mediante el mejoramiento convencional proporcionan al menos un 25% más de grano que otras variedades en condiciones secas en el África subsahariana — esto representa hasta 1 tonelada por hectárea más de grano en promedio. Estas variedades ahora se cultivan en casi 2.5 millones de hectáreas, beneficiando a unos 6 millones de hogares o 53 millones de personas en el continente. Un estudio muestra que el maíz tolerante a la sequía puede proporcionar a las familias de agricultores de Zimbabue 9 meses adicionales de alimentos sin costo adicional. La mayor productividad se genera cuando estas variedades se desarrollan con labranza reducida o cero y manteniendo residuos de cultivo en el suelo, como se demostró en el sur de África durante la sequía de El Niño de 2015 a 2016. Finalmente, la tolerancia del maíz a las altas temperaturas en combinación con la tolerancia a la sequía tiene un beneficio de al menos el doble que cualquier otro rasgo.

Los rendimientos de trigo aumentan en ambientes difíciles. Casi dos décadas de datos de 740 ubicaciones en más de 60 países muestran que el mejoramiento del CIMMYT está aumentando los rendimientos de trigo en casi un 2% cada año, es decir, unos 38 kilogramos por hectárea más al año durante casi 20 años, en condiciones secas o difíciles. Esto se debe en parte al uso de líneas y cruces tolerantes a la sequía con pastos silvestres que aumentan la resistencia del trigo. Un consorcio internacional está aplicando ciencia de vanguardia para desarrollar trigo resistente al clima. Tres líneas de trigo tolerantes al calor y la sequía de este trabajo están ayudando a los agricultores en Pakistán, una potencia de trigo que enfrenta temperaturas crecientes y condiciones más secas; la línea más popular se cultivó en aproximadamente 40 000 hectáreas en 2018.

Gestión de suelos y fertilizantes climáticamente inteligente. Las rotaciones de arroz y trigo son el sistema agrícola predominante en más de 13 millones de hectáreas en las llanuras indogangéticas del sur de Asia, proporcionando alimentos y medios de subsistencia a cientos de millones de personas. Si los agricultores de la India solo ajustaran las dosis de fertilizantes para cultivos utilizando las tecnologías disponibles, como teléfonos celulares y sensores de fotosíntesis, cada año podrían producir cerca de 14 millones de toneladas más de granos, ahorrar 1.4 millones de toneladas de fertilizantes y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero equivalentes a CO2 en 5.3 millones de toneladas. Los científicos han estudiado y promovido ampliamente tales prácticas, al igual que el uso de la siembra directa sin labranza y manteniendo los residuos de los cultivos en el suelo, métodos de cultivo que ayudan a capturar y retener el carbono y pueden ahorrar hasta una tonelada de emisiones de CO2 por hectárea en cada ciclo de cultivo. Asesorados por investigadores del CIMMYT, los funcionarios estatales de la India que buscan reducir la contaminación estacional en Nueva Delhi y otras ciudades han implementado medidas políticas para frenar la quema en los campos de arroz en el norte de la India mediante el uso generalizado de la labranza cero.

Farmers going home for breakfast in Motoko district, Zimbabwe. (Photo: Peter Lowe/CIMMYT)
Los agricultores van a casa a desayunar en el distrito de Motoko, Zimbabue. (Foto: Peter Lowe/CIMMYT)

Medición de los impactos y ahorros del cambio climático

En un estudio histórico que involucró a fisiólogos del trigo del CIMMYT y subrayó los impactos nutricionales del cambio climático, se descubrió que el aumento del CO2 atmosférico reduce el contenido de proteína del grano de trigo. Dado el papel del trigo como fuente clave de proteínas en las dietas de millones de personas de escasos recursos, los resultados muestran la necesidad de mejoramiento y otras medidas para abordar este efecto.

Los científicos del CIMMYT están ideando enfoques para medir las reservas de carbono orgánico en los suelos. El carbono almacenado mejora la resistencia y la fertilidad del suelo y reduce las emisiones de gases de efecto invernadero. Su investigación también proporciona la base para un nuevo sistema global de información del suelo y para evaluar la efectividad de las prácticas de manejo de cultivos que conservan los recursos.

CIMMYT scientist Francisco Pinto operates a drone over wheat plots at CIMMYT's experimental station in Ciudad Obregon, Mexico. (Photo: Alfonso Cortés/CIMMYT)
El científico del CIMMYT, Francisco Pinto, opera un dron sobre parcelas de trigo en la estación experimental del CIMMYT en Ciudad Obregón, México. (Foto: Alfonso Cortés/CIMMYT)

Manejo de plagas y enfermedades

El aumento de las temperaturas y el cambio de las precipitaciones están causando la aparición y propagación de nuevas enfermedades mortales de los cultivos y plagas de insectos. Los socios de investigación en todo el mundo están ayudando a los agricultores a ganar ventaja al monitorear y compartir información sobre los movimientos de patógenos y plagas, al difundir medidas de control y fomentar el acceso oportuno a los fungicidas y pesticidas, y al desarrollar variedades de maíz y trigo que presentan resistencia genética a estos organismos.

Los virus y las larvas de la polilla atacan el maíz. La acción rápida y coordinada entre las instituciones públicas y privadas en África subsahariana ha evitado un desastre de seguridad alimentaria al contener la propagación de la necrosis letal del maíz, que apareció en Kenia en 2011 y se trasladó rápidamente a los campos de maíz en toda la región. Las medidas han incluido el desarrollo de capacidades con compañías de semillas, extensionistas y agricultores, y el desarrollo de nuevos híbridos de maíz resistentes a las enfermedades.

El insecto conocido como gusano cogollero llegó a África en 2016, se extendió rápidamente por casi todos los campos de maíz del continente y actualmente se extiende en Asia. Los consorcios regionales e internacionales están combatiendo la plaga con orientación sobre el manejo integrado de plagas, capacitaciones organizadas y videos para apoyar a los pequeños agricultores, al igual que con las variedades de maíz mejorado que pueden resistir, en parte, al gusano cogollero.

Nuevas enfermedades fúngicas amenazan las cosechas mundiales de trigo. La raza Ug99 surgió en África oriental a fines de la década de 1990 y generó 13 nuevas cepas que finalmente aparecieron en 13 países de África y más allá. Además de la adversidad del trigo, una enfermedad devastadora en las Américas conocida como «brusone de trigo» apareció repentinamente en Bangladesh en 2016, causando pérdidas de cosechas de trigo de hasta un 30% en una gran área y amenazando con moverse rápidamente por las vastas tierras de trigo del sur de Asia.

En ambos casos, las respuestas internacionales rápidas, como la Iniciativa global Borlaug contra la roya, han podido controlar y caracterizar las enfermedades y, especialmente, desarrollar y desplegar variedades de trigo resistentes.

A community volunteer of an agricultural cooperative (left) uses the Plantix smartphone app to help a farmer diagnose pests in his maize field in Bardiya district, Nepal. (Photo: Bandana Pradhan/CIMMYT)
Un voluntario comunitario de una cooperativa agrícola (a la izquierda) utiliza la aplicación para teléfonos inteligentes Plantix para ayudar a un agricultor a diagnosticar plagas en su campo de maíz en el distrito de Bardiya, Nepal. (Foto: Bandana Pradhan/CIMMYT)

Socios y patrocinadores de la investigación climática del CIMMYT

El CIMMYT, líder mundial en investigación de maíz y trigo financiado con fondos públicos y sistemas agrícolas relacionados, es miembro del CGIAR y lidera el Programa de Investigación del CGIAR sobre Cambio Climático, Agricultura y Seguridad Alimentaria (CCAFS en inglés).

El CIMMYT recibe apoyo para la investigación relacionada con el cambio climático de gobiernos nacionales, fundaciones, bancos de desarrollo y otras agencias públicas y privadas. Los principales financiadores incluyen los Programas y Plataformas de Investigación del CGIAR, la Fundación Bill & Melinda Gates, la Secretaría de Agricultura y Desarrollo Rural de México (SADER), la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID), el Departamento para el Desarrollo Internacional del Reino Unido (DFID), el Centro Australiano para la Investigación Agrícola Internacional (ACIAR), la Universidad de Cornell, Agencia de Cooperación Alemana (GIZ), el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas del Reino Unido (BBSRC) y los contribuyentes del Fondo del CGIAR.

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A vista de pájaro

Francelino Rodrigues prepares an UAV for radiometric calibration for multispectral flight over a maize tar spot complex screening trial at CIMMYT’s Agua Fría experimental station, Mexico. (Photo: Alexander Loladze/CIMMYT)
Francelino Rodrigues prepara la calibración radiométrica de un VANT para un vuelo multiespectral sobre una parcela de ensayos de detección del complejo mancha de asfalto de maíz en la estación experimental Agua Fría del CIMMYT, México. (Foto: Alexander Loladze/CIMMYT)

Un nuevo estudio realizado por investigadores del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) muestra que la detección remota puede acelerar y mejorar la efectividad de la evaluación de las enfermedades en parcelas experimentales de maíz, un proceso conocido como fenotipado.

El estudio constituye la primera vez que se utilizan vehículos aéreos no tripulados (VANT, comúnmente conocidos como drones) con cámaras que capturan la radiación electromagnética no visible para evaluar el complejo mancha de asfalto en el maíz.

El equipo interdisciplinario descubrió, que las posibles pérdidas de rendimiento, debidas de las infecciones provocadas por el complejo mancha de asfalto, podrían alcanzar un 58 % — más del 10 % de lo que se informó en estudios anteriores.

Caused by the interaction of two fungal pathogens that thrive in warm, humid conditions, tar spot complex is diagnosed by the telltale black spots that cover infected plants. (Photo: Alexander Loladze/CIMMYT)
Causado por la interacción de dos patógenos fúngicos que crecen en condiciones cálidas y húmedas, el complejo mancha de asfalto se diagnostica por las manchas negras que cubren las plantas infectadas. (Foto: Alexander Loladze/CIMMYT)

«La evaluación de la resistencia de las enfermedades de las plantas en el campo se está tornando difícil porque los ensayos de los mejoradores son más grandes, se realizan en múltiples ubicaciones y hay una falta de personal capacitado para evaluar las enfermedades», dijo Francelino Rodrigues, especialista en agricultura de precisión del CIMMYT y coautor principal del estudio. «Además, la evaluación de la enfermedad basada en evaluaciones visuales puede variar de persona a persona».

Una enfermedad foliar importante que afecta al maíz en toda América Latina, el complejo mancha de asfalto, resulta de la interacción de dos especies de hongos que crecen en condiciones cálidas y húmedas. La enfermedad del complejo mancha de asfalto causa manchas negras en las plantas infectadas, mata hojas, debilita la planta y afecta el desarrollo de la mazorca.

La fenotipificación ha involucrado tradicionalmente a los mejoradores que caminan a través de parcelas de cultivos y evalúan visualmente cada planta, un proceso que requiere mucho trabajo y tiempo. A medida que las tecnologías de detección remota se vuelven más accesibles y asequibles, los científicos las aplican más a menudo para evaluar las plantas experimentales para los rasgos agronómicos o físicos deseados, según Rodrigues, quien dijo que pueden facilitar fenotipos precisos y de alto rendimiento para la resistencia a enfermedades foliares en maíz y ayudar a reducir el costo y el tiempo de desarrollar germoplasma de maíz mejorado.

«Para fenotipar el maíz por su resistencia a las enfermedades foliares, el personal altamente capacitado debe pasar horas en el campo para completar las evaluaciones visuales de los cultivos, lo que requiere tiempo y recursos sustanciales y puede dar lugar a resultados sesgados o inexactos entre los topógrafos», dijo Rodrigues. «El uso de vehículos aéreos no tripulados para recopilar imágenes multiespectrales y térmicas permite a los investigadores reducir el tiempo y los gastos de las evaluaciones, y quizás en el futuro, también podría mejorar la precisión».

Color-infrared image of maize hybrids in the experimental trials under fungicide treatment (A1) and non-fungicide treatment (A2) of tar spot complex of maize. Image data were extracted from two polygons from the two central rows in each plot (B).
La imagen infrarroja de híbridos de maíz en los ensayos experimentales bajo tratamiento con fungicida (A1) y tratamiento sin fungicida (A2) del complejo mancha de asfalto del maíz. Los datos de imagen se extrajeron de las dos filas centrales de cada gráfico de dos poligonos (B).

La tecnología ilumina con más claridad sobre el fenotipado

Los receptores en el ojo humano detectan un rango limitado de longitudes de onda en el espectro electromagnético, el área que llamamos espectro visible — que consta de tres bandas que nuestros ojos perciben como rojo, verde y azul. Los colores que vemos son la combinación de las tres bandas del espectro visible que refleja un objeto.

Los sensores remotos aprovechan la forma en que la superficie de una hoja absorbe, transmite y refleja de manera diferencial la luz u otra radiación electromagnética, según su composición y condición. La reflexión del tejido de la planta enferma es diferente de la de las sanas, siempre y cuando las plantas no se vean afectadas por otros factores, como el calor, la sequía o las deficiencias de nutrientes.

En este estudio, los investigadores sembraron 25 híbridos de maíz tropicales y subtropicales de rendimiento agronómico y resistencia al complejo mancha de asfalto en la estación experimental del CIMMYT en Agua Fría, en el centro de México. Posteriormente, llevaron a cabo evaluaciones de la enfermedad a simple vista y recogieron imágenes multiespectrales y térmicas de las parcelas.

Esto les permitió comparar la teledetección con los métodos tradicionales de fenotipado. Los cálculos revelaron una fuerte relación entre el rendimiento del grano, la temperatura del dosel, los índices de vegetación y la evaluación visual.

Aplicaciones futuras

«Los resultados del estudio sugieren que la detección remota podría utilizarse como un método alternativo para evaluar la resistencia a la enfermedad en los ensayos de maíz a gran escala», dijo Rodrigues. «También podría usarse para calcular pérdidas potenciales debido al complejo mancha de asfalto».

El mejoramiento acelerado de rasgos de cultivos agrícolamente relevantes es fundamental para el desarrollo de variedades mejoradas que puedan enfrentar crecientes amenazas agrícolas globales. Es probable que las tecnologías de teledetección desempeñen un papel fundamental para superar estos desafíos.

«Una futura área de investigación importante abarca la detección presintomática de enfermedades en el maíz», explicó Rodrigues. “Si es exitosa, tal detección temprana permitiría intervenciones apropiadas de manejo de enfermedades antes del desarrollo de epidemias severas. Sin embargo, todavía tenemos mucho que trabajar para integrar completamente la detección remota en el proceso de mejoramiento y para transferir la tecnología a los campos de los agricultores».

El financiamiento para esta investigación fue proporcionado por el Programa de Investigación de Maíz del CGIAR.

Lea el artículo completo:
Loladze A, Rodrigues FA Jr, Toledo F, San Vicente F, Gérard B y Boddupalli MP (2019)
Aplicación de la teledetección para la formación de fenotipos en la resistencia del Complejo Mancha de Asfalto en el maíz. Front. Plant Sci. 10:552. doi: 10.3389/fpls.2019.00552