Las organizaciones de investigación de cultivos públicas y privadas de todo el mundo han trabajado durante décadas, reforzando la resiliencia de los cultivos básicos como el maíz 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 más 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 estrés por calor, y cada aumento de 1 °C en la temperatura reduce los rendimientos de trigo en un promedio del 6%, según el artículo de 2021 «Aprovechando la investigación traslacional en trigo para la resiliencia climática«, publicado en el Journal of Experimental Botany, que también describe nueve objetivos para mejorar la resiliencia climática del trigo.
Las sequías y la reducción de los acuíferos plantean amenazas igualmente preocupantes para el trigo, dijo Matthew Reynolds, fisiólogo de trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y autor principal del estudio. “La disponibilidad de agua es el factor más importante que influye en el rendimiento potencial en la mayoría de los entornos de trigo a nivel mundial”, explicó Reynolds. “Los estudios predicen eventos severos de escasez de agua para hasta el 60% de las áreas de cultivo de trigo del mundo para fines de este siglo”.
Ciencia y fuentes para endurecer el trigo
Junto con sistemas de cultivo más diversos y modernizados y mejores políticas agrícolas, las variedades más resilientes son cruciales para la producción sostenible de trigo, según Reynolds y un colega mejorador de trigo en el CIMMYT, Leo Crespo, quien agregó que los mejoradores han estado trabajando durante décadas para endurecer el calor del trigo. y la tolerancia a la sequía, mucho antes de que el cambio climático se convirtiera en una palabra de moda.
“El mejoramiento y la selección en diversos entornos y en sitios de prueba específicos caracterizados por calor y sequía natural o simulada ha brindado a los agricultores variedades de trigo que se desempeñan bien tanto en condiciones óptimas como estresadas y estamos implementando nuevas tecnologías para acelerar el progreso y reducir los costos”, dijo. Crespo, mencionando que los ensayos de trigo SAWYT y HTWYT del Centro se enfocan en ambientes semiáridos y estresados por calor respectivamente y se envían anualmente a cientos de mejoradores públicos y privados en todo el mundo a través de la Red Internacional de Mejoramiento de Trigo (IWIN, por sus siglas en inglés). “El análisis retrospectivo de los datos de IWIN ha demostrado que la tolerancia al calor ha aumentado en los últimos años, según un estudio del CIMMYT de 2021”.
“El cambio climático es un factor importante de posibles epidemias de enfermedades, ya que el clima cambiante puede aumentar la presión de selección para que evolucionen nuevos patotipos virulentos”, dijo Pawan Singh, patólogo de trigo del CIMMYT. “Debemos estar siempre atentos, y la IWIN es una fuente invaluable de información sobre posibles amenazas de nuevas enfermedades y cambios en los patrones de virulencia de los patógenos del trigo”.
En la búsqueda de mejorar la resiliencia climática en el trigo, el “premejoramiento” del CIMMYT —acceder a los rasgos genéticos deseados de fuentes como los parientes herbáceos del trigo e introducirlos en líneas de mejoramiento que se pueden cruzar con variedades de élite— se enfoca en rasgos específicos. Estos incluyen raíces fuertes y saludables, vigor temprano, un dosel fresco bajo estrés y almacenamiento de carbohidratos solubles en agua en los tallos que pueden usarse a medida que el estrés se intensifica para complementar los suministros de la fotosíntesis, así como una variedad de características que protegen la fotosíntesis, que incluyen ‘ hojas y espigas que se mantienen verdes y pigmentos que protegen la delicada maquinaria fotosintética del daño oxidativo causado por el exceso de luz.
Aunque las líneas de mejoramiento de élite pueden contener variaciones genéticas para tales rasgos, en el premejoramiento los investigadores buscan más allá 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 autóctonas cultivadas por agricultores conocidas como “variedades locales”, son una fuente potencial de diversidad útil que los análisis genéticos de vanguardia prometen ayudar a desbloquear.
Todavía se encuentra una rica diversidad de trigo en los campos de los agricultores de la India, en los estados del norte de la región del Himalaya, las regiones montañosas y la región semiárida de Rajasthan, Gujarat, Karnataka. Las variedades locales allí muestran tolerancia a la sequía, el calor y los suelos salinos.
Los llamados “trigos sintéticos” representan otra fuente abundante de genes de resiliencia. Los sintéticos 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 década de 1980 y usándolos como puentes para transferir genes silvestres al trigo harinero, a menudo para características como resistencia a enfermedades y tolerancia al calor y la sequía.
El estudio, la creación y el uso de líneas, razas locales y colecciones de semillas con rasgos útiles como parte del mejoramiento previo se describen en el documento de 2021 “Progreso y perspectivas del desarrollo de trigo resistente al clima en el sur de Asia utilizando métodos modernos de mejoramiento previo, ” publicado en la revista científica Current Genomics.
Las líneas con nuevas fuentes de tolerancia al calor y la sequía del mejoramiento previo del CIMMYT también se distribuyen a mejoradores públicos y privados de todo el mundo a través de IWIN para que las prueben como ensayos de rendimiento de rasgos adaptados al estrés (SATYN), según el artículo. Estos ensayos especiales son cultivados por mejoradores nacionales y privados en todo el sur de Asia, por ejemplo, en Afganistán, Bangladesh, India, Irán, Nepal y Pakistán. En ocasiones, las líneas del ensayo se han lanzado directamente como variedades para uso de los agricultores en Afganistán, Egipto y Pakistán.
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 está siendo revolucionado por los avances en el “fenotipado de alto rendimiento”. Esto se refiere a formas rápidas y rentables de medir el rendimiento del trigo y las características específicas en el campo, en particular la teledetección, es decir, imágenes de cultivos tomadas desde vehículos, drones o incluso satélites. Según la longitud de onda de la luz utilizada, estas imágenes pueden mostrar las propiedades fisicoquímicas y estructurales de las plantas, como el contenido de pigmentos, el estado de hidratación, el área fotosintética y la biomasa vegetativa. De manera similar, las imágenes de temperatura del dosel de la fotografía infrarroja permiten la detección del estado del agua del cultivo y la conductancia estomática de la planta. “Esas características tienden a mostrar una mejor asociación con el rendimiento bajo estrés que bajo condiciones favorables”, dijo Francisco Pinto, fisiólogo de trigo del CIMMYT que está desarrollando métodos para medir las raíces usando sensores remotos. «Un índice de detección remota podría potencialmente revolucionar nuestra capacidad de mejorar rasgos de raíz, que son críticos bajo estrés por calor y sequía, 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 selección genómica, particularmente cuando se combinan con técnicas mejoradas de tipificación de fenotipos, también son muy prometedores. Los beneficios potenciales de combinar una gama de nuevas tecnologías constituyen un valioso bien público 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 más cálidas reducen el rendimiento en muchos sistemas de cultivo. (Foto: Enrico Yepez/CIMMYT)
