En el análisis de por qué la crisis ucraniana está afectando fuertemente a África, la introducción del informe de Bill Gates profundiza en las razones de la dependencia de las importaciones de cultivos. La mayoría de los agricultores de África son pequeños agricultores con pequeñas parcelas y tienen una capacidad limitada para utilizar fertilizantes o tener acceso a la irrigación. Esto significa que cualquier choque en el sistema alimentario, como la interrupción de la cadena de suministro mundial causada por el conflicto de Ucrania, afecta enormemente a los niveles de rendimiento, amenazando la seguridad alimentaria y nutricional.
El conflicto no es el único riesgo para los sistemas alimentarios en África. El cambio climático es el reto más destacado al que siguen enfrentándose los pequeños agricultores del continente.
Desarrollado gracias al apoyo de la Fundación Bill & Melinda Gates, DroughtTego, un maíz híbrido derivado del CIMMYT con mayor resistencia a climas más cálidos y secos, produce una media del 66% más de grano por acre en Kenia. A través de asociaciones público-privadas, las semillas DroughtTego pueden aumentar los ingresos de los agricultores, ya que proporcionan más que suficiente para alimentar a una familia de seis personas durante todo un año, lo que les permite invertir el dinero adicional en enviar a sus hijos a la escuela o construir nuevas casas.
Los científicos del CIMMYT y del CGIAR también han utilizado modelos predictivos para acelerar el cultivo de plantas y desarrollar nuevas variedades que puedan rendir bien incluso en entornos africanos propensos a la sequía. La inteligencia artificial ayuda a procesar la información genómica de los cultivos junto con los datos ambientales, como las muestras de suelo y las imágenes por satélite. Los resultados crean una visión de cómo deberán ser las granjas agrícolas en el futuro, lo que permite a los científicos determinar qué tipo de variedades de cultivos pueden tener más éxito en lugares específicos.
La modelización epidemiológica predictiva puede poner de manifiesto dónde pueden propagarse las enfermedades de las plantas, como la roya del trigo. Un sistema de alerta temprana, desarrollado por una asociación entre el CIMMYT, la Universidad de Cambridge, la Oficina Meteorológica del Reino Unido, el Instituto de Investigación Agrícola de Etiopía (EIAR), el Instituto de Transformación Agrícola (ATI) y el Ministerio de Agricultura Etíope, alertó con éxito a los agricultores de Etiopía de un brote de la enfermedad para que pudieran tomar medidas preventivas. El resultado fue la mayor cosecha de trigo jamás registrada en el país, en lugar de una devastadora epidemia de roya.
Un post en LinkedIn de Bill Gates también hizo hincapié en la investigación del CIMMYT, preguntando qué cultivo representa alrededor del 30% de la ingesta calórica de la población del África subsahariana: la respuesta es «el maíz».
La inclusión en este informe pone de manifiesto el impacto global del trabajo del CIMMYT en los agricultores y en los sistemas alimentarios mundiales, que sólo es posible gracias a asociaciones exitosas con organizaciones como la Fundación Bill & Melinda Gates.
Foto de portada: Un agricultor del distrito de Zaka (Zimbabue) sufre una sequía que podría afectar al rendimiento de los cultivos. (Foto: Johnson Siamachira/CIMMYT)
Julio Huerta, CIMMYT wheat pathologist, giving a talk introducing students to CIMMYT's wheat breeding work during a visit to one of the center's wheat plots, as part of the 2009 open house event "CIMMYT a Puerta Abierta". On 11 September 2009, 200 Mexican students from universities across the country visited CIMMYT's headquarters at El Batán, Mexico, where they toured the facilities while learning about the centers mission and work. The open house is an annual event, which aims to encourage students already interested in agricultural development and to inspire those who are unsure of their future careers.
Photo credit: CIMMYT.
Julio Huerta, patólogo de trigo y ganador del Premio BGRI Gene Stewardship 2022, dando una charla a estudiantes sobre el programa de mejoramiento de trigo del CIMMYT. (Foto: CIMMYT)
Los ganadores del Premio Borlaug Global Rust Initiative (BGRI) Gene Stewardship de este año han sido reconocidos por su investigación innovadora para abordar el problema mundial de la roya de la hoja del trigo.
Dirigidos por Julio Huerta, del Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), los miembros del equipo premiado son:
Héctor Eduardo Villaseñor Mir (mejorador de cereales)
René Hortelano Santa Rosa (mejorador de cereales)
Eliel Martínez Cruz, (químico de cereales)
María Florencia Rodríguez García (patóloga de cereales)
Ernesto Solís Moya (mejorador de trigo)
Jorge Iván Alvarado Padilla (mejorador de trigo)
El premio reconoce la contribución a largo plazo del equipo al cultivo de trigo mexicano y sus esfuerzos por ampliar su impacto en todo el mundo. Han liberado muchas variedades con resistencia a la roya de la hoja, lo que ha llevado a la estabilización de la enfermedad en el trigo harinero.
El premio se concede anualmente a un equipo de investigadores de un programa nacional de mejora genética o de otra institución de ámbito nacional. Los ganadores reciben una estatua de bronce con la inscripción de Norman Borlaug.
Huerta ha sido acogido por el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México desde finales de los años 90.
Al recibir el premio en la Jornada Técnica del BGRI 2022, celebrada el 9 de septiembre, Huerta dijo: «El premio significa un reconocimiento de la comunidad científica mundial de la roya por el arduo trabajo (en carne, mente, alma y espíritu) realizado a lo largo de los años, junto con muchos colegas de todo el mundo, para mantener la enfermedad de la roya bajo control.»
Del 31 de octubre al 12 de noviembre, todas las miradas y cámaras se dirigieron a Glasgow, donde se celebró la vigésima sexta sesión de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Cambio Climático (COP26) en formato híbrido. Con el aumento de las temperaturas en todo el mundo y los fenómenos meteorológicos extremos cada vez más frecuentes, los líderes de los países y los expertos en clima se reunieron en Escocia para discutir los próximos pasos en la lucha contra el cambio climático.
Junto con otros centros del CGIAR, el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) participó en esta conversación crucial, destacando el impacto del cambio climático en la pequeña agricultura y replicando el llamado del CGIAR para aumentar la financiación de la investigación y la innovación agrícolas.
He aquí un resumen de los eventos en los que participaron investigadores y científicos del CIMMYT.
«Porque los agricultores nos alimentan a todos: utilizar el clima para un sistema alimentario resiliente»
6 de noviembre de 2021
Patrocinado por la Oficina Meteorológica del Reino Unido, este acto se centró en los efectos del cambio climático sobre la resiliencia de los sistemas alimentarios y en cómo se tiene en cuenta este impacto en la toma de decisiones. Los ponentes hablaron de la aplicación en la vida real de la información sobre riesgos climáticos, destacando la importancia de la colaboración global y de las asociaciones de múltiples partes interesadas en el desarrollo de servicios climáticos específicos para cada contexto.
Centrándose en el trabajo del CIMMYT en Etiopía, el investigador asociado Yoseph Alemayehu y el científico senior Dave Hodson ofrecieron algunas ideas sobre el sistema de alerta temprana de la roya del trigo. Este revolucionario mecanismo desarrollado por el CIMMYT y sus socios ayuda a los agricultores de los países en desarrollo a predecir esta enfermedad con hasta una semana de antelación.
«La COP26 puso de manifiesto la vulnerabilidad de los distintos sectores de la agricultura al cambio climático, incluido el aumento de las amenazas de plagas y patógenos. A partir del trabajo en Etiopía sobre los sistemas de alerta temprana de la roya del trigo, las asociaciones sólidas y la aplicación de la ciencia climática avanzada pueden desempeñar un papel importante en la mitigación de algunos de los efectos.» – Dave Hodson
«Desarrollar vías de sistemas alimentarios resilientes al clima: Enfoques del África subsahariana»
8 de noviembre de 2021
Haciendo hincapié en la gobernanza participativa y en las tecnologías centradas en la comunidad, este evento mostró enfoques innovadores para fortalecer la resiliencia de los sistemas alimentarios africanos, haciendo un llamado para aumentar la inversión en la ampliación de las prácticas de agricultura climáticamente inteligente para satisfacer la creciente demanda.
Desde Zimbabue, Christian Thierfelder, agrónomo principal de sistemas de cultivo, ofreció una visión general del trabajo del CIMMYT en el sur de África, explicando cómo la introducción de la agricultura de conservación en 2004 ayudó a los agricultores a superar los bajos rendimientos de los cultivos y a aumentar sus ingresos.
«Si algo quedó claro en la COP26 es la necesidad urgente de un cambio en la forma de hacer agricultura. El statu quo no es una opción y nosotros, como CIMMYT y parte del One CGIAR, seguiremos generando la evidencia científica y las soluciones climáticamente inteligentes para acelerar este cambio y abordar los desafíos climáticos que tenemos por delante, con los agricultores en el centro de nuestro trabajo.» – Christian Thierfelder
Día de la Iniciativa «4 por 1000”
10 de noviembre de 2021
La Iniciativa «4 por 1000», una asociación multipartita de más de 650 miembros sobre seguridad alimentaria y cambio climático, celebró un evento híbrido de un día de duración para explorar cómo los suelos sanos pueden ayudar a la agricultura y la silvicultura a adaptarse y mitigar el cambio climático.
En el Foro de Socios, Bram Govaerts, Director General del CIMMYT, subrayó la urgente necesidad de financiar la ciencia del suelo para alcanzar su potencial de secuestro de carbono, reiterando el compromiso del CIMMYT de apoyar esta ciencia con acciones orientadas a resultados que amplíen las prácticas y tecnologías sostenibles.
«Para mí, la principal conclusión de la cumbre es el creciente consenso y comprensión de que necesitamos transformar la agricultura y los sistemas alimentarios para alcanzar los objetivos globales de emisiones a tiempo». – Bram Govaerts
Foto de portada: La zona de acción y el globo terráqueo en el Hydro, uno de los lugares de Glasgow donde se celebró la COP26. (Foto: Karwai Tang/Gobierno del Reino Unido)
El científico del CIMMYT Ravi Singh realiza una investigación en un campo de trigo. (Foto: BGRI)
El fitomejorador de renombre mundial Ravi Singh, cuyas variedades de trigo de élite redujeron el riesgo de una pandemia mundial y ahora alimentan a cientos de millones de personas en todo el mundo, ha sido anunciado como ganador del Premio a la Trayectoria de la Iniciativa Mundial Borlaug Contra la Roya (BGRI por sus siglas en inglés) de 2021.
Singh, científico distinguido y jefe de Mejoramiento Global del Trigo en el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT), dotó durante su carrera a cientos de variedades modernas de trigo de una resistencia duradera a los patógenos fúngicos que causan la roya de la hoja, la roya del tallo, la roya amarilla y otras enfermedades. Sus esfuerzos científicos protegen al trigo de nuevas razas de algunas de las enfermedades más antiguas y devastadoras de la agricultura, salvaguardan los medios de vida de los pequeños agricultores de las zonas más vulnerables del mundo y mejoran la seguridad alimentaria de los miles de millones de personas cuya nutrición diaria depende del consumo de trigo.
«Las innovaciones de Ravi como líder científico no sólo hicieron posible la Iniciativa Mundial Borlaug Contra la Roya, dirigida por la Universidad de Cornell, sino que sus innovaciones en materia de fitomejoramiento son las principales responsables del gran éxito del BGRI», dijo Ronnie Coffman, vicepresidente del BGRI y profesor internacional de desarrollo global en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida de Cornell. «Tal vez más que ninguna otra persona, Ravi ha impulsado el objetivo de Norman Borlaug y del BGRI de que mantengamos la comunidad científica mundial del trigo y continuemos la tarea crucial de trabajar juntos a través de las fronteras internacionales para la seguridad del trigo».
A principios de la década de 2000, cuando una raza de roya muy virulenta descubierta en África oriental amenazó la mayor parte del trigo mundial, Singh asumió un papel de liderazgo clave en la formación de una coalición científica mundial para combatir la amenaza. Junto con Borlaug, Coffman y otros científicos, formó parte de un grupo de expertos en el informe fundamental que alertaba a la comunidad internacional sobre el brote de Ug99 y sus posibles repercusiones en la seguridad alimentaria mundial. Esa alarma impulsó la creación del BGRI y el esfuerzo de colaboración internacional para detener el Ug99 antes de que pudiera arraigar a escala mundial.
Como líder del objetivo científico de los proyectos del BGRI «Resistencia duradera a la roya del trigo» y «Ganancia genética en el trigo«, Singh dirigió los esfuerzos para generar y compartir una serie de líneas de trigo de élite con resistencia duradera a las tres royas. Los resultados obtenidos desde 2008 incluyen la resistencia a las 12 razas del linaje Ug99 y a las nuevas razas del hongo de la roya amarilla, tolerantes a las altas temperaturas, que habían ido evolucionando y extendiéndose por todo el mundo desde principios del siglo XXI.
«Gracias a la visión y a la ciencia aplicada de Ravi Singh, se ha evitado la grave amenaza mundial del Ug99 y de otras royas, cumpliendo los fervientes deseos del Dr. Borlaug de mantener el crecimiento de la productividad del trigo, y contribuyendo a los beneficios económicos y medioambientales de la reducción del uso de fungicidas», dijo Coffman. «El innovador equipo de investigación de Ravi en el CIMMYT ofreció recursos globales cruciales para detener la propagación del Ug99 y evitar la catástrofe humana que habría resultado».
Singh, un innovador mejorador de trigo conocido por sus inagotables conocimientos y su atención a los detalles genéticos, ayudó a establecer la práctica de «piramidar» múltiples genes de resistencia a la roya en una sola variedad para conferirle inmunidad. Esta práctica de añadir una resistencia compleja de forma que dificulte a los patógenos en evolución superar las nuevas variedades de trigo constituye ahora la columna vertebral de la mejora de la resistencia a la roya en el CIMMYT y en otros programas nacionales.
Ravi Singh (centro) con Norman Borlaug (izquierda) y Hans Braun en los campos de trigo de la estación experimental del CIMMYT en Ciudad Obregón en Sonora, México. (Foto: CIMMYT)
El campeón mundial de la resistencia duradera
Ravi se incorporó al CIMMYT en 1983 y su supervisor, mentor y amigo, el fallecido Premio Mundial de la Alimentación Sanjaya Rajaram, le encargó que desarrollara líneas de trigo con resistencia duradera, dijo Hans Braun, antiguo director del Programa Global de Trigo del CIMMYT.
«Ravi realizó este minucioso trabajo —para combinar genes de resistencia recesiva— durante dos décadas como genetista de la roya y, como líder del Programa Global de Trigo de Primavera del CIMMYT, los transfirió a gran escala a líneas de élite que ahora se cultivan en todo el mundo», dijo Braun. «Gracias a Ravi y sus colegas, no ha habido ninguna epidemia importante de roya en el Sur Global durante años, una piedra angular para la seguridad global del trigo».
Alison Bentley, Directora del Programa Global de Trigo del CIMMYT, dijo que «sobre la base del excepcional trabajo de Ravi a lo largo de su carrera, el despliegue de la resistencia duradera a la roya en el germoplasma de trigo ampliamente adaptado sigue siendo una base de la estrategia de mejoramiento del trigo del CIMMYT.»
Venerado por su determinación y ética de trabajo a lo largo de su carrera, Singh ha contribuido al desarrollo de 649 variedades de trigo liberadas en 48 países, trabajando estrechamente con científicos de programas nacionales de trigo en el Sur Global. Esas variedades se siembran hoy en unos 30 millones de hectáreas anuales en casi todos los países productores de trigo del sur y el oeste de Asia, África y América Latina. De estas variedades, 224 se desarrollaron directamente bajo su dirección y se cultivan en unos 10 millones de hectáreas cada año.
A lo largo de su carrera, Singh ha sido autor de 328 artículos y revisiones en revistas especializadas, 32 capítulos de libros y publicaciones de extensión, y más de 80 presentaciones en simposios. Se encuentra regularmente entre el 1% de los investigadores más citados. El equipo del CIMMYT que Singh dirige identificó y designó 22 genes en el trigo para la resistencia o la tolerancia a la roya del tallo, la roya de la hoja, la roya amarilla, el oídio, el virus del enanismo amarillo de la cebada y el brusone del trigo, además de caracterizar otras localizaciones importantes del genoma del trigo que contribuyen a la resistencia duradera en el trigo.
El impacto de Singh como fitomejorador y administrador de recursos genéticos en las últimas cuatro décadas ha sido extraordinario, según Braun: «Ravi Singh puede ser llamado definitivamente el campeón mundial de la resistencia duradera».
La Inteligencia Artificial (IA) y el Aprendizaje Automático (AM) se aplican cada vez más en una amplia gama de disciplinas. Muchos aspectos de nuestra vida y nuestro trabajo se benefician ahora de estas tecnologías. El reconocimiento de enfermedades, tanto humanas como vegetales, no es una excepción. Las técnicas de IA/ML, cada vez más potentes, están abriendo interesantes oportunidades para mejorar la vigilancia, el seguimiento y la alerta temprana de las amenazas de enfermedades.
Científicos de la Penn State University/PlantVillage, en colaboración con centros del CGIAR, la FAO y socios nacionales, están a la vanguardia del desarrollo de la tecnología de IA/ML aplicada al reconocimiento de plagas y enfermedades en los cultivos. El desarrollo de la aplicación móvil «PlantVillage Nuru» ha proporcionado una herramienta automatizada de diagnóstico de enfermedades precisa y sencilla que puede ser utilizada por personas no expertas, incluidos los agricultores. Un artículo publicado recientemente en Frontiers of Plant Science demostró que Nuru podía diagnosticar los síntomas de las enfermedades de la yuca con mayor precisión que los agentes de extensión agrícola o los agricultores.
«El valor de herramientas como PlantVillage Nuru es que podemos aumentar en gran medida la cobertura y la velocidad de la vigilancia», dice el científico del CIMMYT y experto en vigilancia de enfermedades Dave Hodson. «Los patólogos sólo pueden visitar un número limitado de campos en momentos determinados de la temporada. Con herramientas como Nuru, los agentes de extensión y los agricultores pueden contribuir a los estudios de campo. Esto puede dar lugar a una detección mucho más rápida de los brotes de enfermedades, a una mejor alerta temprana y a mayores posibilidades de control».
Los nuevos avances en la tecnología de IA/ML prometen ahora mejoras aún mayores en estas herramientas ya potentes. Los científicos del CIMMYT llevan mucho tiempo colaborando con el grupo de PlantVillage, trabajando para intentar desarrollar diagnósticos mejorados de importantes enfermedades del trigo, como la roya y el brusone. Ya se han hecho progresos considerables en el desarrollo de diagnósticos automatizados para las enfermedades del trigo, pero la introducción de técnicas avanzadas de segmentación de imágenes y de mosaico promete ser un gran salto adelante.
«Los avances en informática son constantes y esto puede beneficiar a la misión del CGIAR y de PlantVillage», explica David Hughes, titular de la Cátedra Dorothy Foehr Huck y J. Lloyd Huck de Seguridad Alimentaria Mundial en Penn State y fundador de PlantVillage.
«Las técnicas de segmentación de imágenes y de mosaico son un gran ejemplo. Antes requerían requisitos informáticos intensivos. Ahora, gracias a los avances de la informática, estas potentes técnicas son cada vez más accesibles y pueden aplicarse a problemas de enfermedades vegetales, como la roya del trigo.»
Mediante el uso de estas técnicas de segmentación de imágenes y de creación de mosaicos, los desarrolladores de PlantVillage están viendo una importante mejora en la capacidad de detectar automáticamente y con precisión las royas del trigo a partir de fotos in situ. «No podíamos identificar las royas con los enfoques anteriores, pero esta herramienta de segmentación y mosaico cambia las reglas del juego. El ordenador recorre las imágenes píxel a píxel, lo que resulta muy adecuado para enfermedades como las royas, que pueden extenderse por la hoja o el tallo de la planta. El ordenador dispone ahora de un algoritmo de búsqueda mucho más potente».
El equipo dirigido por Pete McCloskey, ingeniero jefe de inteligencia artificial de Plant Village, utilizó en realidad un proceso de varios pasos. Primero eliminaron el fondo para ayudar a la máquina a centrarse en la hoja. Posteriormente, cortaron digitalmente la hoja en segmentos para que la IA pudiera enfocar y encontrar el óxido. A continuación, se une toda la hoja y se resalta el óxido para ayudar a los humanos que trabajan en el sistema de nube PlantVillage.
Fig: Ejemplos de imágenes manuales etiquetadas a mano (filas superiores) comparadas con imágenes generadas por la IA mediante segmentación y mosaico (filas inferiores) para la roya.
Este nuevo y emocionante avance en la detección rápida y precisa de las royas del trigo en el campo necesita ahora ser validado y mejorado. Como ocurre con todas las aplicaciones de IA/ML, el número de imágenes incluidas en los modelos mejora realmente la calidad de las predicciones finales. «El éxito de cualquier modelo de aprendizaje automático se basa en la calidad y la cantidad de los datos con los que se entrena», señala McCloskey. «Por lo tanto, es fundamental obtener grandes y diversas cantidades de imágenes de alta calidad de todo el mundo para desarrollar un sistema global de reconocimiento de la roya del trigo». En este aspecto, esperamos que la comunidad mundial del trigo del CIMMYT pueda ayudar a impulsar el desarrollo de estas nuevas e interesantes herramientas.
El CIMMYT y PlantVillage esperan ampliar el actual conjunto de datos de imágenes de la roya del trigo y, como resultado, producir una herramienta de detección de enfermedades aún más valiosa y de interés público. Dado el amplio trabajo de campo realizado en los campos de trigo de todo el mundo por el personal del CIMMYT y sus socios, esperamos que usted pueda ayudarnos. Cualquier foto de royas del trigo (roya del tallo, de la raya y de la hoja) en el campo sería valiosa.
Nos gustaría tener imágenes con una hoja o tallo infectado por imagen, debe ser vertical en la imagen para que se pueda ver todo el segmento de hoja o tallo. La hoja o el tallo deben estar enfocados y centrados en la imagen. Resulta útil mantener la punta de la hoja alejada del tallo, de modo que esté extendida y plana. Lo ideal para los datos de entrenamiento es que la hoja tenga sólo un tipo de roya y ningún otro síntoma de enfermedad. Está bien que haya otras hojas/tallos/suelo/cielo en el fondo. También está bien que haya manos y otras partes del cuerpo en la imagen.
A continuación se muestran algunas imágenes de ejemplo. Cualquier imagen se puede subir aquí.
Imágenes de muestra de una variedad de royas del trigo (roya del tallo, de la raya y de la hoja) en el campo. (Fotos: CIMMYT)
Para más información, póngase en contacto con Dave Hodson, CIMMYT (d.hodson@cgiar.org) o Pete McCloskey, PlantVillage (petermccloskey1@gmail.com).
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.
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.
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)
La roya se produce principalmente en condiciones cálidas y húmedas, y es una seria amenaza biótica para el trigo que puede destruir las plantas sanas en un par de semanas antes de la cosecha, lo que genera enormes pérdidas de rendimiento para los agricultores. Junto con la roya de la hoja y la roya estriada, es una de las enfermedades fúngicas del trigo más amenazantes del mundo, temida por los agricultores durante siglos.
Hace dos décadas, en Uganda, se identificó una virulenta raza de roya conocida como Ug99. La cual continuó causando grandes epidemias en Kenia en 2002 y 2004. La enfermedad continúa evolucionando y emergiendo en nuevas razas. Ug99 y sus variantes se han extendido desde las tierras altas del este de África hasta Sudáfrica, Yemen e Irán, amenazando la seguridad alimentaria regional.
Para combatir este patógeno, el Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y la Universidad de Cornell establecieron la Plataforma Internacional de Fenotipificación de la Roya en Njoro, Condado de Nakuru, Kenia, en colaboración con la Organización de Investigación Agrícola y Ganadera de Kenia (KALRO por sus siglas en inglés) a través del Proyecto de Resistencia Duradera al Óxido en Trigo (DRRW por sus siglas en inglés) en 2008.
Plantas de trigo resistentes a la roya (izquierda) y susceptibles (derecha) en las instalaciones de fenotipado de la roya en Njoro, condado de Nakuru en Kenia. (Foto: Joshua Masinde/CIMMYT)
Durante la última década, los mejoradores de trigo y los patólogos han trabajado en colaboración para mantenerse a la vanguardia sobre la roya de rápida evolución. Esta asociación ha dado como resultado el lanzamiento de más de 150 líneas de trigo en todo el mundo, con resistencia a Ug99 y sus variantes. El desarrollo de estas variedades de alto rendimiento adecuadas para diversas agroecologías ha sido posible con el apoyo de la Fundación Bill y Melinda Gates y el Departamento para el Desarrollo Internacional del Reino Unido (DFID por sus siglas en inglés), inicialmente a través del Proyecto de Resistencia Duradera al Óxido en Trigo (DRRW por sus siglas en inglés), administrado por la Universidad de Cornell.
El fenotipado — el uso de la tecnología de pruebas de campo para identificar los rasgos deseados de la planta — es un componente central en la instalación. La instalación utiliza el sistema de mejoramiento alternado entre México y Kenia para evaluar y seleccionar rápidamente las líneas de trigo para la resistencia a la roya. También evalúa el germoplasma de trigo de diferentes países y las cruces de diversos parientes para identificar y caracterizar nuevas fuentes de resistencia a la roya.
Reacción tardía
En la década de 1940, el ganador del Premio Nobel de la Paz, Norman Borlaug, comenzó a cultivar dos cultivos de trigo al año en condiciones de crecimiento contrastantes, un proceso conocido como «mejoramiento alternado».
Plantas de trigo infestadas con roya. (Foto: Joshua Masinde/CIMMYT)
Hoy en día, un sistema de mejoramiento alternado entre Kenia y México permite a los mejoradores plantar en dos lugares para avanzar rápidamente en nuevas generaciones de plantas y exponer el trigo a diferentes tipos de estrés (abiótico y biótico).
Las pruebas realizadas en la estación de investigación del CIMMYT en Obregón, México, arrojan líneas de trigo adaptables a diferentes zonas agroecológicas con resistencia a razas locales de roya de la hoja y el patógeno de la roya. Pruebas adicionales en Kenia aumentan la resistencia a la roya Ug99 y sus variantes. Esto permite que las instalaciones de Njoro proyecten y seleccionen aproximadamente de 1 500 a 2 000 poblaciones segregadoras de trigo en el transcurso de dos temporadas.
«A través del mejoramiento alternado entre México y Kenia, las pruebas continuas de germoplasma de trigo, el mejoramiento rápido y el uso de tecnologías modernas de marcadores para la selección genómica, innovamos continuamente para desarrollar líneas de trigo mejoradas con un paquete de características deseadas en un período de tiempo mucho más corto.” Explicó Mandeep Randhawa, mejorador de trigo del CIMMYT y patólogo de la roya del trigo.
Los científicos en la instalación evalúan alrededor de 10 000 líneas de ensayos de rendimiento para la resistencia a la roya durante dos temporadas. Las líneas de mejor desempeño se someten a un segundo año de pruebas de rendimiento en cinco ambientes diferentes en Obregón: riego completo, sequía, cama plana, cama elevada y estrés por calor. Posteriormente, los mejoradores seleccionan y compilan líneas de alto rendimiento y las distribuyen como viveros internacionales a socios nacionales con la ayuda del banco de germoplasma del CIMMYT.
La instalación de diagnóstico de Njoro tiene capacidad para probar 50 000 líneas de trigo en un año. Alrededor de 20 países envían su germoplasma a la instalación para la evaluación de la roya. Alrededor de 600 000 líneas de trigo han sido evaluadas en Njoro durante los últimos 10 años.
El desafío crucial para los mejoradores es combinar todos los rasgos deseables en líneas individuales en un período más corto: cinco años en lugar de diez. Esos esfuerzos de mejoramiento tan complejos requieren un apoyo sostenido y cooperación internacional para desarrollar líneas de alto rendimiento resistentes al estrés adecuadas para diversas agroecologías.
El lugar dónde los investigadores vienen a aprender
Las instalaciones de Njoro desempeñan un importante papel en el desarrollo de capacidades para los científicos asociados y los estudiantes de maestría y doctorado. Cada año, entre 20 y 25 científicos de carrera temprana de todo el mundo reciben capacitación sobre cómo lidiar con posibles nuevas epidemias.
En la última década, el CIMMYT ha capacitado a más de 200 científicos en programas nacionales de investigación.
«Además de impartir conocimientos sobre nuevas técnicas en mejoramiento de trigo y genética», dijo Mandeep, «normalmente utilizamos esas oportunidades para capacitar a los científicos en la evaluación de germoplasma para la resistencia a la roya y la estandarización de toma de notas sobre la misma.
“Con tal asociación, es más fácil y más rentable capacitar a nuestros investigadores locales de trigo en lugar de enviarlos a México. Hemos tenido un buen número de jóvenes científicos capacitados en esta instalación como resultado de esta valiosa asociación con el CIMMYT», dijo Ruth Wanyera, investigadora principal de KALRO.
Fortalecer los programas nacionales los prepara de una mejor manera para poner en uso líneas mejoradas en el campo — un mandato clave del CIMMYT, el cual se cumple a través de las instalaciones de Njoro.
El personal de KALRO selecciona y marca plantas de trigo prometedoras con resistencia a la enfermedad de la roya en la instalación de fenotipado de roya en Njoro. (Foto: Joshua Masinde/CIMMYT)
Los miembros del equipo de MARPLE, Dave Hodson y Diane Saunders (segundo y tercera desde la izquierda) después de recibir el premio de Impacto Internacional. Con ellos está Malcolm Skingle, director de Cooperación Académica en GlaxoSmithKline (primero desde la izquierda) y Melanie Welham, presidenta ejecutiva del BBSRC. (Foto: BBSRC)
El equipo de investigación que está detrás del kit de diagnóstico Laboratorio de Fitopatología Portátil y en Tiempo Real (MARPLE por sus siglas en inglés) ganó la categoría de Impacto Internacional de los Premios al Innovador del Año 2019, patrocinados por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC por sus siglas en inglés) del Reino Unido.
El equipo — Diane Saunders del Centro John Innes (JIC por sus siglas en inglés), Dave Hodson del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) y Tadessa Daba del Instituto Etíope de Investigación Agrícola (EIAR por sus siglas en inglés) — recibió el premio en un evento en el Museo de Ciencias de Londres el 15 de mayo de 2019. Entre la audiencia se encontraban destacadas figuras del mundo de la inversión, la industria, el gobierno, la beneficencia y el mundo académico, incluido el Ministro de Estado de Universidades, Ciencia, Investigación e Innovación del Reino Unido, Chris Skidmore.
Los premios al Innovador del Año del BBSRC, en su undécimo año, reconocen y apoyan a las personas o equipos que han tomado descubrimientos en biociencia y los han convertido en impacto. Al reflejar el alcance de la investigación que apoya el BBSRC, se otorgan cuatro categorías de impacto: comercial, social, internacional y carrera temprana. Daba, Hodson y Saunders se encontraban entre un grupo selecto de 12 finalistas que compiten por los cuatro prestigiosos premios. Además del reconocimiento internacional, recibieron 10 000 libras (13 000 dólares aproximadamente).
«Me alegra que este trabajo haya sido reconocido», dijo Hodson. “La roya del trigo es una amenaza mundial para la agricultura y para los medios de vida de los agricultores en países en vías de desarrollo como Etiopía. MARPLE pone a disposición diagnósticos rápidos y de vanguardia en manos de los que están en mejores condiciones para responder: los investigadores en el terreno, el gobierno local y los agricultores».
Diagnóstico en el terreno
El kit de diagnóstico MARPLE es el primer sistema operativo en el mundo que utiliza tecnología de secuencia de nanoporos para el diagnóstico y control rápido de patógenos fúngicos complejos en el campo.
En su trabajo inicial en Etiopía, el kit de diagnóstico del tamaño de una maleta posicionó al país — uno de los principales productores de trigo de la región — como líder mundial en diagnóstico y pronóstico de patógenos. Generando resultados dentro de las 48 horas posteriores al muestreo de campo, el kit representa una revolución en el diagnóstico de enfermedades vegetales. Su uso tendrá implicaciones de gran alcance en cuanto a cómo se identifican y rastrean las amenazas para la salud vegetal en el futuro.
MARPLE está diseñado para funcionar en un sitio de campo sin electricidad constante y con las temperaturas variables del campo.
«Esto significa que realmente podemos llevar el laboratorio al campo», explicó Saunders. «Sin embargo, tal vez lo más importante es que los laboratorios pequeños y con menos recursos pueden conducir su propia investigación sin tener que depender de una gran cantidad de laboratorios grandes, financiados y con experiencia sofisticada en diferentes países».
En una entrevista reciente con JIC, la directora de EIAR, Tadessa Daba, dijo: «Queremos que este proyecto se utilice en el terreno, para mostrar a los agricultores y a la nación que esta tecnología funciona».
El equipo de MARPLE usa el kit de diagnóstico en Etiopía. (Foto: JIC)
El desarrollo del kit de diagnóstico MARPLE fue financiado por el Consejo de Investigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC) y la Plataforma del CGIAR para Macrodatos en Agricultura en el Desafío de Inspiración en Agricultura. El BBSRC también otorga apoyo continuo al Centro John Innes y al proyecto Delivering Genetic Gain in Wheat, liderado por la Universidad de Cornell y financiado por el Departamento para el Desarrollo Internacional del Reino Unido (DFID) y la Fundación Bill y Melinda Gates.
