Los autores aprovecharon los datos de genotipificación y los extensos datos de fenotipificación de la mancha borrosa de México y los socios colaboradores de Bangladesh e India para evaluar la selección genómica, que es una estrategia de mejora genética prometedora para la resistencia a la mancha borrosa. El uso de la selección genómica para seleccionar líneas que no han sido fenotipadas puede reducir el tiempo y el coste del ciclo de mejoramiento, aumentar la intensidad de la selección y, posteriormente, incrementar la tasa de ganancia genética.
Se probaron dos escenarios para la predicción de la mancha borrosa: el modelo de efectos fijos (menos de 100 marcadores moleculares asociados a la mancha borrosa) y la predicción genómica (más de 7.000 marcadores en el genoma del trigo). La clara ganadora fue la predicción genómica, que fue, por término medio, un 177.6% más precisa que el modelo de efectos fijos, ya que la resistencia a la mancha borrosa en las líneas avanzadas de mejora del trigo del CIMMYT está controlada por muchos genes de efectos pequeños.
«Este hallazgo se aplica también a otros loci resistentes a la mancha borrosa, ya que muy pocos de ellos han mostrado grandes efectos, y la ventaja de la predicción genómica sobre el modelo de efectos fijos es enorme», confirmó Xinyao He, patólogo y genetista de trigo del CIMMYT.
Los autores también han evaluado la predicción genómica en diferentes poblaciones, incluyendo líneas de mejoramiento y líneas hermanas que comparten uno o dos parentales.
Líneas de trigo susceptibles a la mancha borrosa (izquierda) y líneas resistentes. (Foto: Xinyao He y Pawan Singh/CIMMYT)
Selección de índices
Uno de los principales problemas a los que se enfrentan los mejoradores de trigo a la hora de seleccionar la resistencia a la mancha borrosa, es identificar las líneas que son genéticamente resistentes a las que escapan y muestran menos enfermedad por ser tardías y altas. «Desgraciadamente, esto último es lo que ocurre a menudo en el sur de Asia», explicó Pawan Singh, Jefe de Patología del Trigo del CIMMYT.
Una posible solución a este problema es el uso de índices de selección que pueden facilitar a los mejoradores la selección de individuos en función de su clasificación o mérito genético neto previsto para múltiples rasgos. Por lo tanto, este estudio informa de la primera evaluación exitosa del índice de selección fenotípica lineal y del método del índice de selección Eigen para seleccionar simultáneamente la resistencia a la mancha de la fruta utilizando el fenotipo y los valores de mejora estimados por el genoma, el espigar y la altura.
Este estudio demuestra las perspectivas de integrar la selección genómica y la selección basada en índices con la selección fenotípica basada en el campo para la resistencia a la mancha borrosa en los programas de mejoramiento.
Wheat leaves showing symptoms of heat stress.
For more information, see CIMMYT's Wheat Doctor: http://wheatdoctor.cimmyt.org/index.php?option=com_content&task=view&id=84&Itemid=43&lang=en.
Photo credit: CIMMYT.
Hojas de trigo que muestran síntomas de estrés por calor. (Foto: CIMMYT)
En todo el sur de Asia, incluidas las principales regiones productoras de trigo de la India y Pakistán, las temperaturas extremas están amenazando la producción de trigo. Se han registrado olas de calor en toda la región, con un récord del siglo en cuanto a la aparición temprana de calor extremo. Las temperaturas medias mensuales de marzo y abril de 2022 en toda la India superaron las registradas en los últimos 100 años.
Ampliamente reconocida como una de las principales canastas de pan del mundo, la región de las llanuras indogangéticas produce más de 100 millones de toneladas de trigo al año, procedentes de 30 millones de hectáreas en Bangladesh, India, Nepal y Pakistán, que sirven principalmente para satisfacer la gran demanda interna.
La ventana óptima para la siembra de trigo es la primera mitad de noviembre. La llegada tardía del monzón de verano de 2021 retrasó la siembra del arroz y su posterior cosecha en otoño. Esto tuvo un efecto en cadena, retrasando la siembra de trigo en una o dos semanas y aumentando el riesgo de estrés térmico de finales de la temporada en marzo y abril. En marzo de 2022 se registraron temperaturas récord de más de 40⁰C en los Punjabs de India y Pakistán, así como en el estado de Haryana, lo que provocó que el trigo madurara unas dos semanas antes de lo habitual.
Cambios y efectos durante la temporada
Antes de la aparición del calor extremo, el clima de la temporada actual en la India era favorable, lo que llevó al Gobierno de la India a predecir una cosecha de trigo récord de 111 millones de toneladas. El estrés térmico de marzo fue inesperado y parece haber tenido un efecto significativo en la cosecha de trigo, adelantando la cosecha y probablemente reduciendo los rendimientos.
Desviación del índice de vegetación de diferencia normalizada (NDVI) durante el periodo del 22 de marzo al 7 de abril con respecto a la media de los cinco años anteriores. El NDVI es una medida de la superficie foliar y del verdor de la vegetación. Las zonas amarillas en los Punjabs de India y Pakistán, así como en el estado de Haryana, indican que el trigo maduró antes de lo normal debido a las elevadas temperaturas. Las temperaturas máximas alcanzaron los 40⁰C el 15 de marzo y se mantuvieron en ese nivel o por encima de él durante todo el periodo de recolección del trigo. (Mapa: Urs Schulthess/CIMMYT).
En las llanuras del noroeste, la principal canasta de trigo de la India es probable que la superficie de trigo sembrada tardíamente haya sido la más afectada, aunque muchas variedades presentan tolerancia al calor. Los datos de los experimentos del CIMMYT en las granjas muestran una pérdida de rendimiento de entre el 15 y el 20% en esa región. Los estados de Haryana y Punjab contribuyen juntos a casi el 30% de la producción total de trigo de la India y, en particular, aportan más del 60% de las existencias de reserva del gobierno. En las llanuras del noreste, en los estados de Bihar y Uttar Pradesh, alrededor del 40% de la cosecha de trigo se sembró de forma normal o incluso temprana, escapando a los daños del calor, mientras que el resto del trigo sembrado de forma tardía probablemente se verá afectado a un nivel variable, ya que la mayor parte de la cosecha en esta zona madura durante la tercera y cuarta semana de marzo.
El Gobierno de la India ha revisado las estimaciones de producción de trigo, con una reducción del 5.7%, hasta los 105 millones de toneladas, debido a la llegada temprana del verano.
La India ha registrado rendimientos récord en los últimos 5 años, lo que le ha ayudado a cumplir su objetivo de crear una reserva de 40 millones de toneladas de trigo tras la cosecha de 2021. Esta temporada de cosecha se inició con una reserva de 19 millones de toneladas, y el país está en buena posición para afrontar la pérdida de rendimiento de este año.
En Pakistán, utilizando sistemas de seguimiento de cultivos por satélite, la agencia espacial nacional SPARCO estimó una reducción de la producción de trigo cercana al 10%: 26 millones de toneladas, frente al objetivo de producción de 29 millones de toneladas, para la temporada 2021-22.
Impacto en la salud rural y agrícola
Además de un impacto negativo directo en la productividad agrícola, es probable que las temperaturas extremas en el sur de Asia tengan implicaciones negativas para la salud de la gran mano de obra rural que participa en la producción de trigo. Cada vez hay más pruebas que documentan el deterioro del estado de salud de la mano de obra agrícola en las zonas de temperaturas extremas frecuentes. Esto también se suma a los importantes problemas de salud humana y medioambiental relacionados con la quema de residuos.
Recomendamos que se lleve a cabo urgentemente una investigación sistemática para caracterizar y comprender los impactos de las elevadas temperaturas en la salud de los trabajadores del campo que participan en la producción de trigo. Esto es necesario para desarrollar una estrategia holística para adaptar nuestros sistemas de cultivo globales al cambio climático.
Ampliación de los riesgos de suministro de trigo
Junto con los efectos en el suministro y el precio del trigo del actual conflicto en Ucrania y las restricciones comerciales a los productos rusos, estos efectos adicionales en el suministro mundial de trigo son muy preocupantes.
La India se había comprometido a aumentar las exportaciones de trigo para reforzar el suministro mundial, pero esto parece ahora incierto dada la necesidad de salvaguardar el suministro interno. Durante la pandemia de COVID-19, el gobierno indio apoyó la seguridad alimentaria nacional proporcionando raciones gratuitas —principalmente de trigo y arroz— a 800 millones de personas durante varios meses. Este tipo de apoyo se basa en la disponibilidad de grandes reservas de reserva que parecen estables, pero que pueden reducirse si la producción de grano y los niveles de adquisición subsiguientes son inferiores a los deseados.
Ya se observan indicios de una reducción de las adquisiciones por parte de los gobiernos, ya que los precios de mercado son más altos de lo habitual. Sin embargo, aunque la Corporación de Alimentos de la India ha adquirido un 27% menos de grano de trigo en los primeros 20 días de la temporada de compras de trigo en comparación con el mismo periodo del año pasado, el Gobierno de la India confía en asegurarse unas reservas de reserva de trigo suficientes.
Al igual que con la pandemia del COVID-19 y la guerra en Ucrania, es probable que los efectos más marcados tanto del cambio climático como de la escasez de cultivos básicos afecten más a las comunidades más pobres y vulnerables.
Una reacción en cadena de impactos climáticos
Los impactos reales de la reducción de la producción de trigo debido a las temperaturas extremas en el sur de Asia demuestran la realidad de la emergencia climática a la que se enfrentan el trigo y la producción agrícola. También hay que tener en cuenta los impactos directos sobre la salud de las comunidades agrícolas, ya que nuestra mano de obra agrícola se ve empujada a nuevos límites físicos.
Las anomalías, que probablemente se conviertan en la nueva normalidad, pueden desencadenar una reacción en cadena, como se ha visto aquí: la llegada tardía del monzón de verano provocó retrasos en la siembra del arroz y en la posterior cosecha de trigo. El retraso de la cosecha de trigo se vio afectado por la ola de calor sin precedentes de mediados a finales de marzo en una fase relativamente temprana, lo que causó aún más daños.
Preparación para los puntos de inflexión de la producción de trigo
Es necesario actuar con urgencia para desarrollar estrategias aplicadas de mitigación y adaptación, así como para planificar la transición y los puntos de inflexión cuando los cultivos básicos clave, como el trigo, ya no puedan cultivarse en las regiones de producción tradicionales.
Es necesario un proceso de diseño estratégico, apoyado por modelos de cultivos y climáticos, para desarrollar y probar paquetes de soluciones aplicadas para los cambios climáticos del futuro próximo. Los datos obtenidos en las explotaciones agrícolas del noroeste de la India indican que las soluciones combinadas (siembra directa sin labranza con retención de los residuos de los cultivos en la superficie, junto con la siembra temprana de variedades de trigo adaptadas con tolerancia al calor juvenil) pueden ayudar a amortiguar el estrés térmico terminal y limitar las pérdidas de rendimiento.
Por último, pero no por ello menos importante, la selección de trigo para la tolerancia a las altas temperaturas seguirá siendo crucial para asegurar la producción. La planificación estratégica debe abarcar también los elementos sociales, de mercado y políticos asociados que sustentan el suministro equitativo de alimentos y la estabilidad.
Al mismo tiempo, es probable que el cambio climático haya ralentizado los avances en la obtención de trigo de alto rendimiento y adaptación amplia, según el nuevo estudio, publicado recientemente en Nature Plants.
«Los mejoradores suelen ser optimistas y pasan por alto muchos factores del cambio climático a la hora de seleccionar», afirma Matthew Reynolds, fisiólogo de trigo del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y coautor de la publicación. «Nuestros hallazgos socavan este optimismo y muestran que la interacción amplificada de las líneas de trigo con el medio ambiente debido al cambio climático ha dificultado a los mejoradores la identificación de líneas destacadas y ampliamente adaptadas.»
¿Qué dicen 10 millones de datos a los científicos?
Cada año, durante casi medio siglo, los mejoradores de trigo que participan en la Red Internacional de Mejoramiento de Trigo (IWIN), dirigida por el CIMMYT, han probado aproximadamente 1.000 nuevas líneas y variedades experimentales de trigo en unos 700 campos de más de 90 países.
Las líneas prometedoras son adoptadas por los programas de mejora del trigo en todo el mundo, mientras que los datos de los ensayos se utilizan para guiar la mejora global y otras investigaciones críticas sobre el trigo, explicó Wei Xiong, modelador/fisiólogo de cultivos del CIMMYT con sede en China y autor principal del nuevo artículo.
«Hasta la fecha, esta red mundial de ensayos ha recogido más de 10 millones de puntos de datos, al tiempo que ha proporcionado germoplasma de trigo cuyo valor se estima en varios miles de millones de dólares anuales en productividad adicional a cientos de millones de agricultores de los países menos desarrollados», dijo Xiong.
Xiong y sus colegas analizaron las «interacciones cruzadas» —cambios en las clasificaciones relativas de los pares de líneas de trigo— en 38 años de datos de cuatro tipos de ensayos de cultivo de trigo, buscando hasta qué punto el cambio climático o los avances en el cultivo han cambiado esas clasificaciones. Dos de los ensayos cuyos datos examinaron se centraron en el rendimiento del trigo harinero y del trigo duro, mientras que los otros dos evaluaron el rendimiento de las líneas de trigo bajo altas temperaturas y en entornos semiáridos, respectivamente.
Además de aumentar el rendimiento, los mejoradores de trigo están dotando al cultivo de una mayor resistencia al aumento de las temperaturas.
«Descubrimos que los climas más cálidos y erráticos desde la década de 1980 han incrementado los cambios de clasificación en el mejoramiento de trigo a nivel mundial hasta en un 15%», dijo Xiong. «Esto ha dificultado a los mejoradores la identificación de líneas superiores, ampliamente adaptadas, e incluso ha llevado a los científicos a descartar líneas potencialmente útiles».
Por el contrario, los cultivares de trigo que surgen del mejoramiento para la tolerancia al estrés ambiental, en particular el calor, están mostrando rendimientos sustancialmente más estables a través de una serie de entornos y fomentando la adaptación del trigo a los climas actuales, más cálidos, al tiempo que abren oportunidades para ganancias genéticas mayores y más rápidas en el futuro, según el estudio.
Investigaciones anteriores han demostrado que las variedades modernas de trigo no sólo aumentan los rendimientos máximos, sino que también garantizan rendimientos más fiables, un beneficio que añade millones de dólares cada año a los ingresos agrícolas en los países en desarrollo y reduce en gran medida el riesgo de los agricultores.
«Entre otras cosas, nuestras conclusiones abogan por una mejora y pruebas del trigo más específicas para hacer frente a unas condiciones agrícolas rápidamente cambiantes e imprevisibles», añadió Reynolds.
