El trigo proporciona, en promedio, el 20% de las calorías y proteínas para más de 4 500 millones de personas en 94 países en vías de desarrollo. Para alimentar a una población en crecimiento, necesitamos mejores prácticas agronómicas y cultivar variedades de trigo que puedan resistir los efectos del cambio climático y las diversas plagas y enfermedades.
La fisióloga del trigo del CIMMYT, Carolina Rivera, discute —en solo un minuto— cómo elegir y mejorar rasgos deseables de trigo con mayor tolerancia al estrés.
Los participantes del EBS DevOps Hackathon posan para una foto grupal en la sede del CIMMYT en Texcoco, México. (Foto: Eleusis Llanderal Arango/CIMMYT)
Del 21 de octubre al 1 de noviembre de 2019, los desarrolladores y administradores de software de varios proyectos de software de mejoramiento se reunieron en la sede del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México para trabajar en la entrega de una solución integrada para los mejoradores de cultivos.
Los esfuerzos para perfeccionar el mejoramiento de cultivos para los países de ingresos bajos y medianos implican entregar mejores variedades a los agricultores más rápido y a menor costo. Estos esfuerzos se basan en el dominio de los datos y la tecnología durante todo el proceso de mejoramiento.
Para comprender este potencial, la Plataforma de Excelencia en Mejoramiento del CGIAR (EiB en inglés) está desarrollando un Sistema de Mejoramiento Empresarial (EBS en inglés) como una solución única para los mejoradores. EBS integrará los diferentes proyectos de software desarrollados por diferentes instituciones a lo largo de los años. Esto liberará a los mejoradores de la onerosa tarea de administrar sus datos a través de diferentes aplicaciones y les permitirá optimizar rápidamente sus esquemas de mejoramiento basados en datos sólidos y análisis avanzados.
«Ninguno de nosotros puede hacerlo todo», dijo Tom Hagen, gerente de software de mejoramiento, CIMMYT-EiB, «así que lo que están experimentando los programas de mejoramiento es, de hecho, TI fragmentada». ¿Cómo nos unimos como expertos en TI para crear un sistema a través de nuestros esfuerzos colectivos?
Para que EBS tenga éxito, es esencial que el sistema sea de bajo costo y fácil de implementar. «El costo del entorno operativo es absolutamente clave», dijo Jens Riis-Jacobson, director internacional de sistemas y TI del CIMMYT. «Estamos tratando de servir a las instituciones de los países en vías de desarrollo que tienen muy poco dinero para pagar las operaciones del programa de mejoramiento».
Software de apilamiento
Durante el hackatón, doce expertos de proyectos de software en el CGIAR e instituciones del sector público utilizaron una tecnología llamada Docker para apilar automáticamente las últimas versiones de sus aplicaciones en un solo archivo de configuración. Este archivo se puede cargar en cualquier entorno operativo en menos de cuatro minutos, ya sea una computadora portátil, un servidor local o en la nube. Cargar rápidamente el sistema completo en un entorno en la nube significa que EBS eventualmente puede estar disponible como una solución de software como servicio con un solo clic. Esto significa que las instituciones no necesitarán una infraestructura de TI sofisticada o personal de soporte para mantener el software.
Tras bambalinas, diferentes aplicaciones se replican en una única solución de software, el Sistema de Mejoramiento Empresarial. (Foto: CIMMYT)
«Si todo sale según lo planeado, los usuarios finales no sabrán que existimos», dijo Peter Selby, coordinador del proyecto Breeding API (BrAPI), un colectivo en línea que trabaja en un idioma común para que las aplicaciones de mejoramiento se comuniquen entre sí. Las actualizaciones de aplicaciones individuales se cargarán, probarán y enviarán automáticamente a los usuarios.
Además de los beneficios para los mejoradores, este canal de implementación automatizada también debería dar como resultado un mejor software. «Tenemos muy poco tiempo para el desarrollo porque pasamos demasiado tiempo en la implementación y las pruebas», dijo Riis-Jacobson.
Una cultura DevOps entre instituciones
Aunque se superaron obstáculos técnicos importantes, el aspecto cultural fue quizás el resultado más significativo del hackatón. Los participantes descubrieron que compartían los mismos objetivos, lenguaje y podían definir el entorno operativo común para que sus aplicaciones funcionen juntas.
«Es realmente importante mantener la colaboración abierta», dijo Roy Petrie, ingeniero de DevOps en la Iniciativa de Informática Genómica y de Código Abierto (GOBii en inglés) con sede en el Instituto Boyce Thompson de la Universidad de Cornell. «Tener una plataforma de comunicaciones fue lo primero».
En el futuro, esto podría significar que los equipos sincronicen su cronograma de desarrollo para lanzar actualizaciones consistentemente con nuevas versiones de EBS, sugirió Franjel Consolacion, administrador de sistemas en el CIMMYT.
«Son la próxima generación», comentó Hagen. «Esta es la primera vez que esto sucede en la informática del CGIAR y valida un aspecto clave de nuestra estrategia: que podemos trabajar juntos para ensamblar partes de un sistema y posteriormente, implementarlo según sea necesario en diferentes instituciones».
A principios de 2020, equipos de mejoramiento del CIMMYT y del Instituto Internacional de Investigación del Arroz (IRRI, por sus siglas en inglés) tendrán acceso a una «implementación mínima viable» del EBS, en el que pueden realizar todas las tareas básicas de mejoramiento a través de una interfaz de usuario simple. En fases y durante tres años, se agregarán más funciones, programas de mejoramiento y cultivos de otras instituciones, incluidos los programas nacionales de investigación agrícola.
Wheat rust expert Bob McIntosh, of the Plant Breeding Institute, University of Sydney, Australia, examining rust symptoms on a wheat line in the field at the Kenya Agricultural Research Institute's (KARI) Njoro research station in Kenya. McIntosh is a giant in the world of rust: he worked with Norman Borlaug and has taught almost all of the wheat rust scientists in the world today. McIntosh was one of the experts who taught on a two-week international training course on Stem Rust Note Taking and Evaluation of Germplasm hosted by KARI at Njoro from 28 September to 7 October 2009. The course was attended by scientists from over 20 countries, many of whom are collaborators with the Borlaug Global Rust Initiative (BGRI). It was jointly organized by CIMMYT, the Durable Rust Resistance in Wheat Project, KARI, and the International Center for Agricultural Research in the Dry Areas (ICARDA). The participants focused on practical fieldwork skills, learning to score stem rust consistently and to a standardized international scale, allowing them to contribute to the global monitoring of the stem rust race Ug99. Ug99 was first discovered in Uganda in 1999, following several decades of almost total freedom from stem rust for the world's wheat farmers thanks to resistant improved varieties. Ug99 is virulent to the great majority of wheat varieties, and can cause total yield loss. A major international screening program to identify sources of resistance to Ug99 is now ongoing at Njoro, where it is already endemic, with more than 30,000 wheat lines from around the world being assessed each year. For more about the course, see CIMMYT's blog story at: http://blog.cimmyt.org/?p=2224 For more information on the disease, see CIMMYT's Wheat Doctor: http://wheatdoctor.cimmyt.org/en/pests-a-diseases/list/122?task=view. For more on CIMMYT's ongoing work on Ug99, see the following e-news stories: 2010, "Planting for the future: New rust resistant wheat seed on its way to farmers": ht
Actualmente, la producción mundial de trigo se enfrenta a grandes desafíos, desde el aumento de la variación climática hasta la aparición de diversas plagas y enfermedades. Estos factores continúan limitando la producción de trigo en varios países, como, por ejemplo, China, donde en 2018 las temperaturas extremadamente bajas produjeron una reducción del rendimiento de más del 10% en las principales regiones productoras de trigo. A su vez, la fusariosis del trigo se extendió desde la región de Yangtze hasta los valles Amarillo y Huai, y el norte de China experimentó una escasez de agua de riego.
Ante estos desafíos actuales, la colaboración internacional, así como el desarrollo de nuevas tecnologías y su integración con las existentes, tiene un papel clave que desempeñar para apoyar la mejora sostenible del trigo, especialmente en los países en vías de desarrollo. El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) ha colaborado con China en la mejora del trigo durante más de 40 años, impulsando un progreso significativo en varias áreas.
En particular, se ha establecido un protocolo estandarizado para probar la calidad de los fideos chinos, al igual que una metodología para el mejoramiento en la resistencia de las plantas adultas a la roya amarilla, la roya foliar y la cenicilla. Más de 330 cultivares derivados del germoplasma del CIMMYT se han lanzado en el país y actualmente, se cultivan en más del 9% del área de producción de trigo de China, mientras que los enfoques fisiológicos se han utilizado para caracterizar el potencial de rendimiento y desarrollar plataformas de fenotipado de alta eficiencia. El desarrollo de cultivares resistentes al clima utilizando nuevas tecnologías será un área prioritaria para la colaboración a futuro.
En una publicación especial de Frontiers of Agricultural Science and Engineering, el cual se enfoca en la genética y la mejora del trigo, los investigadores del CIMMYT presentan aspectos destacados del progreso mundial en la genómica del trigo, la mejora de la resistencia a las enfermedades, y la mejora de la calidad, en una colección de nueve artículos revisados y un artículo de investigación. En ellos, se enfatiza la importancia del uso de nuevas tecnologías para genotipar y fenotipar al desarrollar nuevos cultivares, así como la colaboración global para responder a los desafíos actuales.
En un artículo sobre la roya de trigo, los científicos del CIMMYT Sridhar Bhavani, David Hodson, Julio Huerta-Espino, Mandeep Randawa y Ravi Singh discuten el progreso en el mejoramiento para la resistencia a Ug99 y otras razas de hongos de la roya del tallo del trigo, combinaciones complejas de virulencia que continúan planteando una amenaza significativa para la producción mundial de trigo. Los autores detallan cómo el cuidado eficaz de genes y materiales de mejoramiento de nueva generación, complementados por la vigilancia y el monitoreo activos, han ayudado a limitar epidemias importantes y aumentar el potencial de rendimiento de grano en ambientes clave.
En la misma publicación, un artículo de Caiyun Lui et al. analiza la aplicación de los índices de reflectancia espectral (IRS en inglés) como indicadores para detectar el potencial de rendimiento y el estrés por calor, que está surgiendo en los programas de mejoramiento de cultivos. Los resultados de un estudio reciente, que evaluó 287 líneas de élite, destacan la utilidad de los SRI como indicadores del rendimiento de grano. Las estimaciones de alta heredabilidad y la identificación de asociaciones marcador-rasgo indican que los SRI son herramientas útiles para comprender la base genética de los rasgos agronómicos y fisiológicos.
Modeling Genotype × Environment Interaction Using a Factor Analytic Model of On-Farm Wheat Trials in the Yaqui Valley of Mexico. 2019. Vargas-Hernández, M., Ortiz-Monasterio, I., Perez-Rodriguez, P., Montesinos-Lopez, O.A., Montesinos-Lopez, A., Burgueño, J., Crossa, J. En: Agronomy Journal v. 111, no. 1, p. 1-11.
Velu Govindan recuerda a su padre pidiéndole que no desperdiciara su comida. “Solía decir que el arroz y el trigo eran productos muy caros, que la mayoría de las personas podían permitirse comerlo una vez por semana durante su juventud”, recuerda el mejorador de trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT).
Como en muchas partes del mundo, la Revolución Verde tuvo un impacto significativo en la producción agrícola y dietas del sur de la India, donde creció el padre de Govindan, y a finales de la década de 1960, todos los agricultores de la zona habían oído hablar del ‘científico’ de Estados Unidos. “La influencia de Borlaug en la India es muy grande ya que esas variedades de alto rendimiento alimentaron a millones de personas, incluyéndome a mí”.
Pero alimentar a millones era solo una parte de la batalla.
Actualmente, cerca de dos mil millones de personas en todo el mundo padecen deficiencia de micronutrientes, caracterizada por la anemia por deficiencia de hierro, la falta de vitamina A y la deficiencia de zinc.
Govindan trabaja en colaboración con HarvestPlus para mejorar la calidad nutricional en los cereales, además de rasgos importantes como el potencial del rendimiento, la resistencia a las enfermedades y la tolerancia al clima. Su área de enfoque es el sur de Asia, donde el trigo es un alimento básico importante y muchos pequeños agricultores no tienen acceso a dietas diversificadas que incluyan fruta, verduras o productos animales, los cuales brindan altas cantidades de micronutrientes como el hierro y el zinc.
“Es importante que las personas no solo tengan acceso a los alimentos, sino también acceso a una dieta saludable”, dice Govindan. “La idea es mejorar los alimentos básicos como el arroz, el maíz y el trigo para que las personas que consumen estas variedades biofortificadas obtengan mayores beneficios al satisfacer sus necesidades de alimentación diaria y para combatir el hambre oculta.”
El desafió, explica Govindan, es que el mejoramiento de la calidad nutricional a menudo se realiza a expensas del rendimiento. Pero las variedades necesitan un alto potencial de rendimiento para tener éxito en el mercado ya que los agricultores en los países en vías de desarrollo no obtendrán un precio superior simplemente por tener un alto contenido de micronutrientes en sus granos.
Las enfermedades del trigo que evolucionan de manera rápida son otro problema que se debe enfrentar. “Si liberas una variedad resistente a enfermedades hoy, en tan solo tres o cuatro años será susceptible porque la roya continúa mutando. Es una batalla continua, pero de eso se trata el fitomejoramiento.”
Velu Govindan habla en la Conferencia Internacional de Trigo en 2015. (Photo: Julie Mollins/CIMMYT)
La incorporación del zinc
Cuando se trata de mejorar, el mejoramiento es la primera parte del proceso, explica Govindan. “Podemos hacer un buen trabajo en el laboratorio, pero si nuestras variedades no son llevadas a los agricultores no servirán de nada.”
Govindan y su equipo trabajan en colaboración con un numero de organizaciones del sector público y privado para promover nuevas variedades, asociarse con el sistema nacional de investigación agrícola (NARS, en inglés) e institutos de investigación avanzada para llegar a los agricultores en la India, Nepal y Paquistán. Como resultado, se han comercializado y distribuido con éxito variedades adicionales con alto contenido de zinc en el sur de Asia, así como las líneas biofortificadas nuevas que se prueban actualmente en el África subsahariana para su posible liberación y cultivo por parte de los agricultores.
Sus esfuerzos dieron frutos con el desarrollo y lanzamiento de más de media docena de variedades competitivas con alto contenido de zinc, incluida la línea Zinc-Shakthi, cuyo grano contiene 40% más de zinc que las variedades convencionales y su rendimiento es alto, tiene buena resistencia a la roya y madura una semana antes que las variedades populares, lo que permite a los agricultores aumentar su intensidad de cultivo. Hasta la fecha, estas variedades de trigo biofortificado con alto contenido de zinc han llegado a casi un millón de productores en las regiones objetivo del sur de Asia y se espera que se extienda más en los próximos años.
El siguiente paso será apoyar la integración del zinc, de modo que se convierta en una parte integral de los programas de mejoramiento en lugar de una adición opcional. “Esperamos que, en diez años, la mayor parte del trigo que consumimos cuente con estos beneficios adicionales.”
Puede que el camino sea largo, pero Govindan se mantiene optimista ante la tarea que tiene por delante.
Velu Govindan examina trigo en el campo.
Nacido en una familia de agricultores, tiene buenos recuerdos de una infancia en la que paso ayudando a su padre en los campos, con tardes y vacaciones escolares dedicadas al cultivo de arroz, algodón y otros cultivos en la parcela familiar.
La región ha experimentado cambios significantes desde entonces, y ahora, los agricultores se enfrentan al aumento de las temperaturas y a las precipitaciones impredecibles. La motivación para ayudar a los agricultores más pobres a adaptarse al cambio climático y mejorar la producción de alimentos fue lo que llevó a Govindan a dedicarse al mejoramiento.
Han pasado casi diez años desde que Govindan se unió al equipo del Programa de Trigo de Primavera del CIMMYT, y se siente honrado de formar parte de un programa con un legado tan significativo. “Norman Borlaug, Sanjay Rajaram y mi supervisor, Ravi Singh, son personas legendarias,” explica. “Afortunadamente, no comenzamos desde cero. Estas personas hicieron la vida más fácil, y solo necesitamos seguir avanzando para lograr ganancia genética continua para seguir mejorando la seguridad alimentaria y nutricional.”
A view from the Norman E. Borlaug Experiment Station (Campo Experimental Norman E. Borlaug, or CENEB), near Ciudad Obregón, Sonora, northern Mexico.
Photo credit: M. Ellis/CIMMYT.
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Debido a que en muchas regiones del mundo se ha horneado bajo algunas de las olas de calor más persistentes, los científicos en un importante congreso en Canadá compartieron datos sobre el impacto de las temperaturas cambiantes.
En el desierto de Sonora en el noroeste de México, las temperaturas nocturnas variaron 4.4 grados centígrados entre 1981 y 2018, según una investigación del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT). En Siberia, las temperaturas nocturnas aumentaron 2 grados centígrados entre 1988 y 2015, según Vladimir Shamanin, profesor de la Universidad Estatal Agraria Omsk de Rusia, que realiza investigación con la Red Kazajstan-Siberia sobre el Mejoramiento del Trigo de Primavera.
“Aunque las pruebas de campo de algunos de los entornos de cultivo de trigo más cálido del mundo han demostrado que las pérdidas de rendimiento están generalmente asociadas con un aumento de las temperaturas promedio, las temperaturas mínimas por la noche —no las temperaturas máximas— en realidad están determinando la perdida de rendimiento” dijo Gemma Molero, fisióloga de trigo del CIMMYT que dirige la investigación en Sonora en colaboración con su colega Ivan Ortiz-Monasterio.
“Del agua captada por las raíces, el 95% se pierde en las hojas a través de la transpiración y de esta, un promedio del 12% se pierde durante la noche. Un enfoque del mejoramiento genético para el rendimiento y la eficiencia del uso del agua de la planta debería ser identificar rasgos para la adaptación a temperaturas nocturnas más altas”, dijo Molero, y agregó que la transpiración nocturna puede conducir a reducciones de hasta el 50% de la humedad del suelo disponible en algunas regiones.
Campos de trigo en la estación experimental del CIMMYT cerca de Ciudad Obregón, Sonora, México. (Foto: M. Elis/CIMMYT)
Desafió climático
El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC por sus siglas en inglés) informó en octubre que las temperaturas pueden aumentar un promedio de 1.5 grados Celsius en los próximos 11 años. Un nuevo análisis del IPCC sobre el cambio climático y el uso de la tierra que se lanzara esta semana insta a un cambio hacia la reducción de la carne en las dietas para ayudar a reducir las emisiones relacionadas con la agricultura del ganado. Las dietas se pueden construir a base de cereales secundarios, legumbres, nueces y semillas.
Los científicos que asistieron al Congreso Internacional del Trigo en Saskatoon, la ciudad en el corazón de la provincia occidental de cultivo de trigo de Saskatchewan en Canadá, acordaron que un desafío importante es desarrollar variedades de trigo más nutritivas que puedan producir mayores rendimientos en temperaturas más cálidas.
Gemma Molero, fisióloga de trigo del CIMMYT presenta en el Congreso Internacional del Trigo. (Foto: Marcia MacNeil/CIMMYT)
Como cultivo básico, el trigo proporciona el 20% de todas las calorías humanas consumidas en todo el mundo. Es la principal fuente de proteínas para 2.500 millones de personas en el sur del mundo. El modelador de sistemas de cultivos Senthold Asseng, profesor de la Universidad de Florida y miembro de la Asociación Internacional de Rendimiento de Trigo (IWYP por sus siglas en inglés), participó en un extenso estudio en China, India, Francia, Rusia y los Estados Unidos, que demostró que por cada grado Celsius en aumento de la temperatura, los rendimientos disminuyen en un 6%, poniendo en riesgo la seguridad alimentaria.
Los rendimientos de trigo en el sur de Asia podrían reducirse a la mitad debido a las temperaturas crónicamente altas, dijo Molero. La investigación realizada por la Universidad de Nueva Gales del Sur, publicada en Environmental Research Letters, también demuestra que los cambios en el clima representaron del 20 al 49% de las fluctuaciones de rendimiento en varios cultivos, incluido el trigo de primavera. Las temperaturas extremas de frío y calor, la sequía y las fuertes precipitaciones representaron entre el 18 y el 4% de las variaciones.
En el CIMMYT, los mejoradores de trigo abogan por un enfoque integral que combine técnicas de mejoramiento convencionales, fisiológicas y moleculares, así como buenas prácticas de manejo de cultivos que puedan mejorar los choques de calor. Las nuevas tecnologías de mejoramiento están utilizando variedades locales de trigo y parientes silvestres para agregar rasgos que se adapten al estrés en el trigo moderno – enfoques innovadores que han llevado a los agricultores a cultivar nuevas variedades tolerantes al calor en las regiones más cálidas de Pakistán, por ejemplo.
Más de 800 expertos mundiales se reunieron en el primer Congreso Internacional del Trigo en Saskatoon, Canadá, para elaborar estrategias sobre cómo satisfacer las necesidades nutricionales proyectadas de un 60% más de personas para 2050. (Foto: Matthew Hayes/Cornell University)
«HeDWIC es un programa de pre-mejoramiento que tiene como objetivo ofrecer líneas avanzadas genéticamente diversas mediante el uso de germoplasma compartido y otras tecnologías», dijo Reynolds en Saskatoon. «Es un mecanismo de intercambio de conocimientos y capacitación, y una plataforma para entregar pruebas de concepto relacionadas con las nuevas tecnologías para adaptar el trigo a una variedad de perfiles de estrés por calor y sequía».
Los objetivos incluyen llegar a un acuerdo que cruce fronteras y llegue a instituciones que trabajan en las áreas de investigación más prometedoras para lograr la resiliencia climática, organizar la investigación de rasgos en un marco racional, facilitar la investigación trasnacional y desarrollar una infraestructura cibernética bioinformática, dijo Reynolds, y agregó que atraer fondos para varios años para colaboraciones internacionales sigue siendo un desafío.
Rasgos de nitrógeno
Otra área de investigación climática en el CIMMYT implica el desarrollo de una alternativa asequible al uso de fertilizantes nitrogenados para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero que calientan el planeta. En ciertas plantas, un rasgo conocido como Inhibición Biológica de la Nitrificación (BNI por sus siglas en inglés) les permite suprimir por si solos la pérdida de nitrógeno del suelo, mejorando la eficiencia de la absorción y el uso de nitrógeno.
El Director General del CIMMYT, Martin Kropff, habla en una sesión del Congreso Internacional del Trigo. (Foto: Matthew Hayes/Cornell University)
«Cada año, casi una quinta parte de los fertilizantes del mundo se utilizan para cultivar trigo, sin embargo, el cultivo solo utiliza alrededor del 30% del nitrógeno aplicado, en términos de biomasa y granos cosechados», dijo Victor Kommerell, gerente de los Programas de Investigación del CGIAR (CRP) de Maíz y Trigo dirigidos por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo.
«La BNI tiene el potencial de convertir el trigo en un cultivo altamente eficiente en nitrógeno: los agricultores podrían ahorrar dinero en fertilizantes, y las emisiones de óxido de nitrógeno del cultivo de trigo podrían reducirse en un 30%».
Excluyendo los cambios en el uso de la tierra, como la deforestación, las emisiones de gases de efecto invernadero provocadas cada año por la agricultura equivalen al 11% de todas las emisiones de las actividades humanas. Según Guntur Subbarao, un científico de JIRCAS, aproximadamente el 70% del nitrógeno aplicado a los cultivos fertilizados se elimina o se convierte en óxido de nitrógeno, un gas de efecto invernadero 300 veces más potente que el dióxido de carbono.
Hans-Joachim Braun, El Director del Programa Global de Trigo del CIMMYT y el Programa de Investigación de Trigo del CGIAR (WHEAT) del CGIAR, habla en el Congreso Internacional de Trigo. (Foto: Marcia MacNeil/CIMMYT)
Para explotar esta característica basada en las raíces, los mejoradores tendrían que mejorar este rasgo en las plantas, dijo Searchinger, quien presentó los hallazgos clave del informe en Saskatoon, y agregó que los gobiernos y las agencias de investigación deberían aumentar los fondos para la investigación.
Otros esfuerzos de mitigación del cambio climático deben incluir la revitalización de los suelos degradados, que afectan a aproximadamente una cuarta parte de las tierras de cultivo del planeta, para ayudar a aumentar los rendimientos de los cultivos. Las técnicas de agricultura de conservación implican la retención de residuos de cultivos en los campos en lugar de la quema y la rotación. La siembra directa en suelo con residuos y agroforestería también puede desempeñar un papel clave.
Un investigador utiliza una sonda vertical para medir la humedad a diferentes profundidades del suelo. (Foto: CIMMYT)
Desde 1900, más de dos mil millones de personas se han visto afectadas por la sequía en todo el mundo, según la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO). La sequía afecta los cultivos al limitar la cantidad de agua disponible para un crecimiento y desarrollo óptimos, lo que reduce la productividad. Es uno de los principales estreses abióticos responsables de la variabilidad en el rendimiento de los cultivos, lo que genera importantes impactos económicos, ambientales y sociales.
El nuevo manual técnico, “Manejo del estrés ocasionado por la sequía en la fenotipificación de campo”, proporciona un enfoque cuantitativo para la fenotipificación del estrés ocasionado por la sequía en los cultivos. La fenotipificación es un procedimiento vital para el éxito de los programas de mejoramiento de cultivos que involucra la evaluación física de las plantas para los rasgos deseados.
El manual proporciona orientación para los fitomejoradores, fisiólogos, agrónomos, estudiantes y técnicos de campo que trabajan para mejorar la tolerancia de los cultivos al estrés por sequía. Esto ayudará a garantizar que los ensayos de detección de sequía proporcionen datos precisos para su uso en programas de mejoramiento.
Un sistema de rociadores irriga un campo de prueba de fenotipado de sequía en Hyderabad, India. (Foto: CIMMYT)
Basado en décadas de investigación y experiencia en el CIMMYT, el manual cubre aspectos relacionados con la zonificación de campo, los efectos del clima, el manejo de cultivos, el mantenimiento uniforme del estrés en los ensayos y la duración del mismo. Se centra en un enfoque que estandariza la intensidad requerida, el tiempo y la uniformidad del estrés por sequía impuesto durante los ensayos de campo.
Un enfoque tan riguroso y preciso para la detección de sequías permite la fenotipificación de precisión. El manejo cuidadoso del estrés por sequía permite expresar e identificar la variabilidad total en el genotipo de una población durante la fenotipificación, lo que significa que se puede aprovechar todo el potencial del rasgo de tolerancia a la sequía.
Variabilidad entre genotipos de maíz para rasgos agronómicos y de rendimiento bajo estrés por sequía. (Foto: CIMMYT)
«Los programas de mejoramiento de cultivos que utilizan enfoques de mejoramiento convencional o molecular para desarrollar cultivos con tolerancia a la sequía dependen en gran medida de los datos fenotípicos de alta calidad generados a partir de los ensayos de detección de sequías», dijo el autor y científico del CIMMYT P.H. Zaidi. «Al seguir las instrucciones de este manual, los usuarios pueden maximizar sus estándares de calidad».
El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) ha sido pionero en el desarrollo y despliegue de protocolos para la fenotipificación del estrés por sequía, la estrategia de selección y el mejoramiento para la tolerancia a la sequía. La investigación del CIMMYT sobre el estrés por sequía en el maíz comenzó en la década de 1970 y desde entonces, sigue siendo una prioridad para la organización. El maíz tolerante a la sequía es ahora uno de los productos emblemáticos del CIMMYT y es un componente clave en el portafolio de productos del CIMMYT destinados a hacer frente a los efectos del cambio climático en los trópicos.
La información presentada en el manual se basa en el trabajo sobre el manejo cuantitativo de fenotipos de estrés por sequía en condiciones de campo. Recibieron un apoyo sólido y constante de varias agencias donantes, especialmente la Agencia de Cooperación Alemana (GIZ) y el BMZ de Alemania y el Programa de Investigación de Maíz del CGIAR (MAIZE). El manual fue financiado por la plataforma de Mejoramiento de Excelencia del CGIAR (EiB).
El Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) opera cinco estaciones de investigación agrícola en México. Ubicadas estratégicamente en todo el país para aprovechar las diferentes condiciones de crecimiento — que abarcan desde zonas áridas del norte hasta zonas climáticas subtropicales y templadas, las estaciones ofrecen condiciones de prueba únicas y bien administradas para una variedad de estreses bióticos y abióticos.
El foco de estudio en Ciudad Obregón es la tolerancia al calor y la sequía del trigo, mientras que las condiciones húmedas y frescas en Toluca son ideales para estudiar la resistencia del trigo a las enfermedades foliares. Los entornos tropicales y subtropicales de Agua Fría y Tlaltizapán, respectivamente, son adecuados para los ensayos de campo de maíz, mientras que los investigadores en El Batán llevan a cabo una amplia variedad de ensayos de maíz y trigo.
Un nuevo video destaca la importante y valiosa contribución de las cinco estaciones experimentales en México como instrumentos para cumplir con los objetivos del CIMMYT de desarrollar variedades de maíz y trigo capaces de enfrentar entornos exigentes en todo el mundo, ayudando a los pequeños agricultores de África, Asia y América Latina a adaptarse a desafíos como el cambio climático, las plagas y enfermedades emergentes, y la desnutrición.
Con tomas de video aéreas y entrevistas con los superintendentes de cada estación, el video lleva a los espectadores en un viaje por cada estación experimental para resaltar las prácticas de investigación y gestión específicas de cada ubicación.
Además de su papel en el mejoramiento de variedades de maíz y trigo, las estaciones experimentales del CIMMYT organizan eventos educativos durante todo el año que capacitan a la próxima generación de agricultores, políticos y científicos de cultivos. También proporcionan el espacio en el que los científicos del CIMMYT desarrollan y prueban las prácticas y tecnologías agrícolas para ayudar a los agricultores a crecer más con menos.
Algunas de las estaciones también tienen un significado histórico. Ciudad Obregón y Toluca son dos de los sitios donde Norman Borlaug estableció su programa de mejoramiento alternado, el cual proporcionó los cimientos de la Revolución Verde. Además, mientras se encontraba en una parcela de ensayos en Toluca junto con seis jóvenes científicos de cuatro países en vías de desarrollo, Borlaug recibió la noticia sobre su Premio Nobel de la Paz de 1970.
El hijo del agricultor Gashu Lema cosecha el trigo mejorado «Kubsa», aldea Gadulla, Mojo Etiopía 2015. (Foto: CIMMYT/P. Lowe)
Un artículo reciente en la revista Nature Plants valida el trabajo de los mejoradores de trigo que producen variedades que aumentan el rendimiento para los agricultores en una amplia gama de ingresos y entornos.
Basados en un riguroso estudio a gran escala que abarca cinco décadas del progreso del mejoramiento de trigo en sistemas de cultivo con un nivel de uso bajo, medio y alto de fertilizantes y el uso de productos químicos fitosanitarios, los autores concluyen que las prácticas modernas del mejoramiento de trigo dirigidas a sistemas agrícolas de alto insumo han promovido beneficios genéticos y estabilidad de rendimiento en una amplia gama de entornos y condiciones de gestión.
En otras palabras, el mejoramiento de trigo beneficia no solo a los agricultores de gran escala y altos insumos, sino también a los pequeños agricultores de escasos recursos que no usan grandes cantidades de fertilizantes, fungicidas y otros insumos.
Este hallazgo subraya la eficiencia de un esfuerzo de mejoramiento centralizado para mejorar los medios de vida en todo el mundo: la filosofía detrás de los programas de mejoramiento del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) durante los últimos 50 años.
Además, el estudio contradice la creencia generalizada de que el mejoramiento para los sistemas intensivos es perjudicial para el rendimiento en entornos de cultivo más marginales, y refuta un argumento de los críticos de la Revolución Verde, el cual menciona que el mejoramiento debe estar dirigido a agricultores de escasos recursos.
En un comentario publicado en el mismo número de Nature Plants, dos científicos del CIMMYT, Hans Braun, director del Programa de Investigación del Trigo del CGIAR y Matthew Reynolds, fisiólogo del trigo del CIMMYT, notan la importancia del estudio.
«Dado que el trigo es el cultivo con más producción en el mundo, se siembra anualmente en alrededor de 220 millones de hectáreas y proporciona aproximadamente el 20 % de las calorías y proteínas humanas, las implicaciones sociales y económicas son grandes», afirman.
Otras implicaciones:
El estudio encontró que el mejoramiento moderno ha reducido los grupos de genes (haplotipos) con efectos negativos o neutros – un hallazgo que ayudará a los mejoradores a combinar haplotipos en el futuro, incluso para el mejoramiento híbrido.
El estudio demuestra que los beneficios del mejoramiento para el potencial de rendimiento general – dado que el trigo, a diferencia de cualquier otro cultivo, crece en un rango más amplio de ambientes, altitudes y latitudes, y con insumos agronómicos de alto alcance – tienen importantes implicaciones de ahorro de costos.
Braun y Reynolds reconocen que las creencias desafiadas por este estudio contienen una variedad de influencias, desde la preocupación por los medios de vida rurales, hasta el papel de las agroindustrias corporativas y la capacidad de los recursos naturales de la Tierra para sostener a 10 mil millones de personas.
Si bien aceptan las conclusiones como una validación de su trabajo, advierten que no se debe considerar el estudio como «una simple formalidad» y alientan la apertura a nuevas ideas a medida que surja la necesidad.
«Si el clima empeora, como parece estar sucediendo, debemos estar abiertos a nuevas formas de hacer negocios para mejorar los cultivos, teniendo el sentido común de adoptar tecnologías probadas», concluyen.
