La importancia de las semillas: aumento de la capacidad de resistencia de las plantas mediante el mejoramiento genético
Por Salvatore Ceccarelli, 29 de febrero de 2016
Cinco de los mayores problemas a nivel mundial a los que nos enfrentamos son: la disminución de la biodiversidad en general y la biodiversidad agrícola en particular, el cambio climático, el hambre y la malnutrición, la pobreza y el agua. Pues bien, las semillas son fundamentales en estas cinco cuestiones. La forma en que se producen las semillas ha sido sin duda la causa principal. Pero también puede ser la solución a todos estos problemas.
Durante los milenios anteriores al comienzo del fitomejoramiento moderno, los agricultores giraban alrededor de las semillas y el ganado, y dado que no eran uniformes, podían adaptarse gradualmente a diferentes climas, suelos y usos. En el caso de los cultivos, la forma en la que lo hicieron todavía puede verse hoy en día en algunos países, y consiste en seleccionar las mejores plantas, de las que se recogerán las semillas para la temporada siguiente. Este proceso tenía una localización muy específica, en el sentido de que cada agricultor lo hacía de forma independiente al resto de agricultores, y conforme a las condiciones del suelo, el clima y los usos. La enorme diversidad de lo que llamaremos las antiguas variedades, surgieron a través de este proceso.
Los problemas creados por la Agricultura Industrial
La transición hacia el moderno cultivo de las plantas estuvo acompañada por un cambio desde una adaptación específica a una adaptación más amplia: esto se ha convertido en la filosofía dominante en los cultivos y es el principio sobre el que se basa la llamada Revolución Verde.
El término Revolución Verde se utiliza para denominar una estrategia de desarrollo agrícola basado en el uso de nuevas variedades, conjuntamente con el empleo de fertilizantes, pesticidas, riego y mecanización agrícola. En la actualidad se reconoce que los logros de la Revolución Verde fueron más bien a corto plazo, resintiéndose a largo plazo.
Uno de los problemas generados ha sido la reducción de la diversidad de alimentos, con consecuencias negativas sobre la salud humana (von Hertzen et al. 2011). Otro ha sido la filtración a las aguas subterráneas de los fertilizantes químicos debido a su uso excesivo (Good y Beatty, 2011), pero acarreó también una escasez de agua, aparición de resistencia a los pesticidas (Gassman et al. 2011), el aumento de las poblaciones de insectos dañinos (Lu et al. 2013) yolvidando a los agricultores de las zonas marginales (Baranski 2015).
Los transgénicos, la última tecnología en sumarse a las caja de herramientas de la Agricultura Industrial, son una solución a corto plazo, pero inestable para resolver estos problemas, ya que cambia el entorno que rodea a los organismos, a aquellos mismos que intenta controlar (Binimellis et al. 2009). De este modo, como dice un principio biológico fundamental, el teorema fundamental de la selección natural, su uso induce resistencia (Ceccarelli 2014). Es el mismo proceso por el cual las bacterias desarrollan resistencia a los antibióticos, un fenómeno que es la causa de enfermedades que afectan anualmente a dos millones de estadounidenses, causando la muerte de 23.000 personas en Estados Unidos (Frieden 2014; Reardon, 2014). Incluso el mejor de los transgénicos sólo puede ser una solución a corto plazo a cualquier problema particular, y en la mayor parte de los casos han creado problemas mucho más graves (resistencia a las malas hierbas a los insectos y enfermedades), lo que requiere de nuevos transgénicos y/o un mayor uso de productos químicos. También hace que los agricultores dependan por completo de las empresas que producen los transgénicos y los productos químicos (Pechlaner 2010).
Mejoramiento participativo de la cebada
Agricultura ecológica y métodos alternativos de fitomejoramiento
Los métodos que utiliza la agricultura ecológica podrían ser la solución a los problemas más importantes que afectan a la tierra, pero a menudo son criticados por no ser capaces de producir suficientes alimentos para una población en crecimiento. Creemos, sin embargo, que la mayor parte de los meta-análisis que muestran un menor rendimiento de la agricultura ecológica, se debe por el uso de variedades que no fueron seleccionadas específicamente para las condiciones de la agricultura ecológica.
Los métodos de fitomejoramiento participativo y evolutivo, si se benefician de los avances de la genética molecular, pueden conciliar una mayor producción de alimentos y mayor accesibilidad a ellos con el aumento de la biodiversidad agrícola. También mantendrían el potencial evolutivo de nuestros cultivos, algo que es necesario para hacer frente al cambio climático (Seneviratne et al. 2016). Al estar basado en una selección para una adaptación específica, el fitomejoramiento participativo no sólo es más eficiente que el cultivo tradicional (Ceccarelli, 2015), sino que también es capaz de producir variedades específicamente adaptadas a la vez a un modelo de agricultura ecológica y a la diversidad de climas locales (Ceccarelli et al. 2010). De esta manera la seguridad alimentaria se reconcilia con la seguridad de los alimentos.
Mejoramiento participativo de los tomates en la Agricultura Ecológica
Un ejemplo de que esto es posible a bajo coste y en un período corto de tiempo, es el proyecto, que lleva ya tres años de funcionamiento, de mejoramiento participativo del tomate en la agricultura ecológica.
En Italia, cuatro únicos cruces representaban a cuatro diferentes tipos de tomate, a saber: corazón de buey, long fruit, tomate cherry y green salad fruit, que se autofertilizaron para producir cuatro poblaciones F2 (Campanelli et al. 2015) (1). Estas semillas F2 se distribuyeron a cuatro productores ecológicos situados a lo largo de 450 kilómetros de la costa italiana del Adriático. Cada agricultor cultivó una muestra aleatoria de 72 plantas individuales F2 por cada uno de los cuatro cruces, junto con 18 plantas individuales de un híbrido comercial F1, haciendo un total de 360 plantas (4 cruces x 90 plantas). Las cuatro poblaciones también se cultivaron en la estación de investigación. En las parcelas del cultivo, un grupo de agricultores y grupo de científicos llevaron a cabo de forma independiente una selección visual de las plantas, expresando una puntuación de 1 (peor) a 4 (mejor). En la estación de investigación, sólo los científicos llevaron a cabo la selección. Después del análisis estadístico, se extrajeron las semillasde los mejores tomates y las correspondientes familias F3 (8 plantas por familia) se cultivaron junto con el mismo híbrido comercial que en el primer año. Durante el proceso de selección se perdieron las semilla de F3 y F2 de los tomates green salad fruit, debido a una mala germinación de las semillas. La selección se repitió con la misma metodología y las mejores plantas se utilizaron para obtener semillas de la familia F4 de los tres cruces restantes. Se compararon con los híbridos comerciales en un ensayo repetido (3 repeticiones) en las cuatro parcelas y en la estación de investigación. Los ensayos en las parcelas tenían algunas líneas en común (seleccionadas en más de una explotación agrícola), pero también las seleccionadas únicamente en esa parcela.
Para evaluar el rendimiento, se midió la producción de los tres primeros manojos de tomates. Estos son muy vulnerables a las heladas tardías y muy valiosos para los agricultores por los elevados precios de los tomates tempranos. Por lo tanto, es un asunto clave desde el punto de vista económico para los agricultores.
El resultado de los tres años de selección y cultivo: tres variedades de tomates dieron un rendimiento significativamente mayor que el híbrido comercial y otras 12 variedades rindieron tanto como los híbridos comerciales. Así que se seleccionaron las tres variedades que rindieron más que el híbrido comercial, seleccionados de la misma población (del tipo tomate largo). Dos de estas variedades tenían la ventaja de un rendimiento de un 43% a un 44% por encima del híbrido comercial. La tercera variedad también produjo más que el híbrido comercial en dos de las cuatro parcelas, entre un 62% y un 76% por encima, pero tuvo un rendimiento significativamente menor ( – 22%) que el mismo híbrido en el centro de investigación. Si únicamente hubiéramos llevado a cabo el programa de cultivo en el centro de investigación, habríamos perdido dicha línea (Campanelli et al. 2015).
Los cultivadores de tomates en una de las parcelas
Una parte de la evaluación consistió en medir la uniformidad, y ninguna de estas líneas fueron menos uniformes fenotípicamente que el híbrido. Esto significa que se pueden comercializar de inmediato, lo que permite aprovechar el trabajo realizado. Las líneas aún conservan cierta diversidad genética, lo que permite a los agricultores seguir mejorándolas mediante la extracción de las semillas de los mejores tomates de las mejores plantas. Las tres ventajas obtenidas por los agricultores después de realizada esta investigación son: 1) más variedades de gran rendimiento; 2) ahorro en la compra de semillas, ya que pueden conseguir sus propias semillas; y 3) uso de variedades específicamente adaptadas a las condiciones ecológicas.
Más allá del fitomejoramiento participativo
Hay otros ejemplos de programas de mejoramiento participativo que han tenido éxito, pero a pesar de esto, el cultivo participativo de plantas tiene generalmente una carencia: la falta de un instituto de investigación para proporcionar el material de reproducción y el soporte técnico, tales como el diseño experimental y el análisis estadístico (Sthapit et al. 1996; Witcombe et al. 2003). Por lo tanto, la sostenibilidad de un programa participativo depende de un compromiso a largo plazo de un instituto de investigación.
Una alternativa interesante es la ofrecida por la fitogenética evolutiva (participativa) – aparece participativa entre paréntesis porque, aunque deseable, no es indispensable la participación de una institución. La idea no es algo nuevo, ya que se propuso en 1956 (Suneson, 1956). El método consiste en la siembra de varias parcelas con mezclas evolutivas (poblaciones) de muchos genotipos diferentes de un mismo cultivo, preferentemente, aunque no necesariamente, utilizando las generaciones recientes de cultivos segregados. Estas poblaciones se plantarán y cosecharán año tras año, y debido al cruzamiento natural ( mayor polinización cruzada y menos en los cultivos de especies autógamas) la composición genética de la semilla que se cosecha no será la misma que la composición genética de la semilla que fue plantada. En otras palabras, la población evoluciona para adaptarse progresivamente al medio (tipo de suelo, fertilidad del suelo, prácticas agronómicas, incluyendo la agricultura ecológica, precipitaciones, temperatura, etc) en el que se cultiva. A medida que las condiciones climáticas varían de un año a otro, la composición genética de la población fluctuará, y si la tendencia es hacia una condiciones climáticas más cálidas y secas, como es de esperar a la vista del cambio climático, los genotipos mejor adaptados a esas condiciones van a estas presentes cada vez de manera más frecuente en este sistema de producción/reproducción (Ceccarelli 2014).
Una población evolutiva, algo que puede ser realizado por los propios agricultores comprando semillas de variedades diferentes ( incluyendo híbridos) de un determinado cultivo, puede ser utilizada por los agricultores ( y por los investigadores, si estuviesen dispuestos a participar) para conseguir plantas con unas características útiles, como una mayor diversidad genética.
Esto es algo que se ha hecho en Italia (datos no publicados) con el calabacín (calabaza de verano) , mediante una población evolutiva obtenida a partir de 11 híbridos comerciales que se entrecruzan libremente. Después de sólo dos ciclos de selección visual, como se hace con el tomate, el agricultor seleccionó dos variedades, que difieren en color, produciendo tanto como los híbridos comerciales. Ya se ha comenzado a vender dos nuevas variedades en los mercados locales.
Esta forma de mejoramiento evolutivo de las plantas ( y participativa) es una estrategia relativamente barata y muy dinámica para adaptar los cultivos a una serie de diferentes circunstancias de estrés abiótico y biótico y para la agricultura ecológica, y también parece ser un método adecuado para generar, directamente por parte del agricultor, nuevas variedades que alimenten a las poblaciones actuales y futuras. Combinando el ahorro de la obtención de las semillas y el mejoramiento evolutivo, se puede devolver a los agricultores el control de la producción de las semillas, y se pueden conseguir mejores variedades y más diversificadas. Es una forma de ayudar a millones de agricultores para reducir su dependencia en la compra externa de insumos, hacer frente a la vulnerabilidad a las enfermedades, los insectos y el cambio climático, y en última instancia contribuyen a la seguridad alimentaria y a la seguridad en los alimentos para todos.
Nota:
(1) Estos se produjeron en la sede del Consigilio per la Ricerca in Agricoltura e L’analisi dell’economia agraria – Unitá di Ricerca per l’orticoltura di Monsampolo del Tronto (CREA-ORA).
Salvatore Ceccarelli vive en Hyderabad (india) y colabora en la organización de programas participativos y evolutivos con diferentes organizaciones, en relación con diversos cultivos y en varios países. Está asociado a la organización Rete Semi Rurali, Via di Casignano, 25, Scandicci (FI) 50018, Italia(http://www.semirurali.net/). Su sitio web http://www.miscugli.it/. Sus estudios están disponibles en el siguiente enlace:https://www.researchgate.net/.
Referencias:
Baranski MR (2015). Wide adaptation of Green Revolution wheat: International roots and the Indian context of a new plant breeding ideal, 1960 – 1970. Studies in History and Philosophy of Biological and Biomedical Sciences 50: 41-50.
Binimelis, R., Pengue, W., & Monterroso, I. (2009). “Transgenic treadmill”: Responses to the emergence and spread of glyphosate-resistant johnsongrass in Argentina. Geoforum, 40(4), 623-633.
Campanelli G, Acciarri N, Campion B, Delvecchio S, Leteo F, Fusari F, Angelini P, Ceccarelli S (2015). Participatory Tomato Breeding for Organic Conditions in Italy. Euphytica 204 (1): 179-197.
Ceccarelli, S., Grando, S., Maatougui, M., Michael, M., Slash, M., Haghparast, R., … & Labdi, M. (2010). Plant breeding and climate changes. The Journal of Agricultural Science, 148(06), 627-637.
Ceccarelli S (2014) GMO, Organic Agriculture and Breeding for Sustainability. Sustainability 6: 4273 – 4286.
Ceccarelli S (2015). Efficiency of plant breeding. Crop Science 55: 87-97.
Frieden T (2013). Antibiotic Resistance Threats in the United States. Centers for Disease Control and Prevention pp. 114
Gassmann AJ, Petzold-Maxwell JL, Keweshan RS, Dunbar MW (2014). Field-Evolved Resistance to Bt Maize by Western Corn Rootworm. PLoS ONE 6(7): e22629. doi:10.1371/journal.pone.0022629.
Good AG, Beatty PH (2011). Fertilizing Nature: A Tragedy of Excess in the Commons. PLoS Biol 9, e1001124. doi:10.1371/journal.pbio.1001124.
Lu Y. Wu K, Jiang Y, Xia B, Li P, Feng H, Wyckhuys KAG, Guo Y (2013). Mirid Bug Outbreaks in Multiple Crops Correlated with Wide-Scale Adoption of Bt Cotton in China. Science 328: 1151–1154.
Pechlaner, G. (2010). Biotech on the Farm: Mississippi Agriculture in an Age of Proprietary Biotechnologies. Anthropologica, 291-304.
Reardon S (2014) Antibiotic resistance sweeping developing world. Nature, 509: 141-142.
Seneviratne, S. I., Donat, M. G., Pitman, A. J., Knutti, R., & Wilby, R. L. (2016). Allowable CO2 emissions based on regional and impact-related climate targets. Nature.
Sthapit, B. R., Joshi, K. D., & Witcombe, J. R. (1996). Farmer participatory crop improvement. III. Participatory plant breeding, a case study for rice in Nepal. Experimental agriculture, 32(04), 479-496.
Suneson CA (1956). An Evolutionary Plant Breeding Method. Agronomy Journal, 1956 48: 188–191.
von Hertzen S, Hanski I, and Haahtela T (2011). Natural immunity: Biodiversity loss and inflammatory diseases are two global megatrends that might be related. EMBO reports 12: 1089–1093.
Witcombe, J. R., Joshi, A., & Goyal, S. N. (2003). Participatory plant breeding in maize: A case study from Gujarat, India. Euphytica, 130(3), 413-422.
———————————
Procedencia del artículo: