Cómo los cultivos de "mejoramiento rápido" podrían revolucionar la agricultura

Dicen que la velocidad mata, pero cuando se trata de cultivar suficientes alimentos para nuestro futuro, la velocidad podría marcar la diferencia entre el banquete y el hambre. Afortunadamente, hay un grupo de científicos con el proverbial pie en el pedal.

Estos científicos recientemente publicó un artículo que detalla una nueva técnica de cultivo de plantas eso puede revolucionar la forma en que cultivamos y acelerar el ritmo al que podemos desarrollar plantas más resistentes, saludables y versátiles frente al cambio climático. A medida que cambia el clima, también cambia la productividad de una planta en una región determinada. La clave para nuestro futuro bien alimentado puede ser una variedad de cultivos resilientes que puedan crecer en diversas condiciones ambientales.

"La tasa de ganancia en la mayoría de los programas de mejoramiento de cultivos está por detrás de las demandas planteadas por una población en crecimiento",

Brande Wulff, dice a Digital Trends un genetista de cultivos del Centro John Innes en el Reino Unido y autor del artículo. “Al acelerar el crecimiento y la reproducción de los cultivos, los científicos y mejoradores de todo el mundo podrán lograr más rápidamente criar y diseñar plantas que sean más nutritivas, resistentes a las enfermedades y que estén mejor adaptadas al futuro clima."

Apropiadamente llamado “mejoramiento rápido”, ya se ha demostrado que el método cultiva trigo, de semilla a semilla, en solo ocho semanas. Eso es tres veces más rápido que la técnica de reproducción que provocó el Revolución verde. Aunque todavía está en su adolescencia, los resultados de la mejora rápida hacen que algunos analistas la señalen como una herramienta fundamental en la llegada de una nueva era agrícola.

Orígenes del espacio exterior

Quizás no sea una sorpresa que el concepto de reproducción de velocidad se originara en la NASA. Mientras reflexionábamos sobre formas de cultivar trigo en espacio exterior, los científicos de la agencia tuvieron esta loca idea: ¿por qué no? cubra las plantas con luz constante, capacitándolos para madurar más rápidamente? Después de todo, las plantas aman la luz. Lo anhelan, triturando fotones junto con dióxido de carbono y agua para crear los azúcares que necesitan para crecer. La luz continua puede significar un crecimiento continuo. Sencillo, ¿verdad?

"Muchos científicos dijeron que esto era imposible". Lee Hickey, dice a Digital Trends un científico agrícola de la Universidad de Queensland y uno de los primeros en adoptar el plan de la NASA hace una década. "Era una idea tan radical que nos dijeron que no podíamos hacerlo".

Pero Lee y su equipo no se inmutaron ante los detractores. Fieles al método científico, "lo intentaron" y diseñaron experimentos para probar si los regímenes de luz intensa aumentarían la productividad de las plantas.

No fue así. Cuando los científicos cultivaron trigo por primera vez en un sistema de mejoramiento rápido, "tenían un aspecto terrible", dice Hickey, "realmente enanos". Pero a través de una serie de experimentos que optimizaron aspectos como la nutrición, Con el suministro de agua, la frecuencia de la luz y la temperatura del invernadero, los pastos comenzaron a madurar más rápida y adecuadamente, incluso mostrando una mayor productividad de grano que los cultivados en invernadero de manera convencional. trigo.

Lee, Wright y sus colegas, incluidos investigadores de la Universidad de Sydney, decidieron un régimen de iluminación que haría que incluso los adoradores más devotos del Sol se resistieran. Los cultivos de “días largos” como el trigo, la cebada y los garbanzos (que florecen en respuesta a ciclos de días más largos) son expuesto a hasta 22 horas de luz continua por día, irradiada desde lámparas LED colgadas sobre el cultivo camas.

La necesidad de velocidad

Según el protocolo de mejoramiento rápido, plantas como el trigo pueden pasar de una semilla a otra en solo ocho semanas, lo que significa que los mejoradores pueden cultivar hasta seis generaciones cada año.

“La verdadera innovación que muestran aquí es poder cambiar generaciones muy rápidamente”. Carlos Brummer, dice un científico de cultivos de UC Davis y ex presidente de la Crops Science Society of America, que no participó en el estudio. "Ese es un aspecto clave del fitomejoramiento".

Con cada nueva generación, los investigadores intentan reproducir rasgos deseables y eliminar los indeseables. Cuanto más rápido puedan pasar una generación de una semilla a otra, más rápido podrán eliminar los rasgos no deseados y al mismo tiempo promover los deseados.

Tomemos, por ejemplo, la brotación previa a la cosecha (PHS), un fenómeno que hace que el trigo germine prematuramente debido a las lluvias prolongadas y la alta humedad.

"Este es un gran problema en Australia porque todas nuestras variedades son susceptibles", dice Hickey.

La susceptibilidad al PHS está controlada, al menos parcialmente, por la genética, por lo que al cultivar y cruzar selectivamente diferentes tipos de trigo variedades, los investigadores apuntan a eliminar ese rasgo genético, haciendo que las futuras generaciones de trigo sean más resistentes a las altas precipitaciones y humedad. La empresa Dow AgroSciences ya adoptó la técnica de mejoramiento rápido y desarrolló una variedad de trigo resistente al PHS.

Es así de simple: aumente la velocidad de semilla a semilla de un cultivo y facilitará a los obtentores el desarrollo de cultivos deseables. Auméntelo tres veces y les dará una herramienta excepcional para crear cultivos de élite.

"Se pueden encontrar muchos genes de resistencia a enfermedades en parientes silvestres de nuestras plantas de cultivo domesticadas", dice Wulff, "pero cruzar ¡Un gen de resistencia a enfermedades de un trigo silvestre a un cultivar de élite domesticado es como criar un caballo de carreras con un burro! Se necesitan muchos, muchos años... para combinar lo mejor de ambos mundos. El mejoramiento rápido puede acelerar este proceso y acortar el tiempo requerido para desarrollar una nueva variedad de trigo con características superiores”.

Brummer lo expresa sin rodeos. "Avanzar más rápido es el nombre del juego", afirma. "Esta es una forma de avanzar mucho más rápido".

Campos de sueños

Sin embargo, la mayor parte del trigo que se utiliza en nuestra pasta y pan no se cultiva en invernaderos y hay mucho que sigue las etapas iniciales de reproducción.

"En cierto nivel, independientemente de las herramientas genómicas que se utilicen, es necesario poner las plantas en el campo y ver cómo se desempeñan", explica Brummer.

Es en el campo donde se ponen a prueba los experimentos en invernadero. Una variedad de cultivo puede funcionar bien en un ambiente artificial, donde la temperatura, el suministro de agua y los regímenes de iluminación son fácilmente modificables. regulado, pero si no prospera en el campo, donde se cultiva la gran mayoría de nuestros cultivos, entonces es prácticamente un falso. Las nuevas variedades de trigo deben ser productivas en condiciones climáticas adversas para que los agricultores las adopten.

"Las pruebas de campo son fundamentales", dice Hickey. “Tenemos que tener eso y asegurarnos de que las variedades que estamos entregando a los agricultores estén probadas y tengan un historial comprobado. Todavía tienen que pasar por esos tres o cuatro años de evaluación de campo”.

Aun así, incluso calculando en los pocos años de pruebas de campo, Hickey estima que la reproducción rápida puede realizarse en cuatro o cinco ciclos de reproducción antes de 2050, cuando la población esté Se espera que supere los nueve mil millones. y el cambio climático será tangible en todo el mundo. La esperanza es que, en las próximas décadas, los obtentores puedan desarrollar variedades lo suficientemente resistentes como para resistir lo que les depare el medio ambiente.

“El tiempo y el clima siempre están cambiando hasta cierto punto, pero lo que vemos ahora es que el clima está "Está cambiando más rápidamente y tal vez estemos viendo un clima más extremo como consecuencia de eso", dijo Brummer. dice. “Tal vez las nuevas variedades que se adaptan a una región en particular deban ser más agudas, por lo que tendremos que mejorar más rápido y desarrollar más variedades que en el pasado. Ahí es donde este método podría ayudar. Cualquier cosa que se pueda hacer para acortar ese tiempo para sacar al campo nuevas variedades de plantas será útil”.

Desafíos adelante

Hasta ahora, la reproducción rápida ha mostrado el mayor potencial en especies de días largos que florecen en respuesta a ciclos más prolongados. días, lo que hace que Hickey y sus colegas confíen en que funcionará con plantas como el girasol, el pimiento y rábano.

"Será más complicado aplicar el mejoramiento rápido a especies de 'días cortos' como el arroz, el maíz y el sorgo", dice, "pero creo que hay espacio para la optimización de un sistema de ciclo rápido". Es sólo cuestión de ajustar el fotoperíodo y los regímenes de temperatura”.

De hecho, a pesar de que el maní es una especie de "día corto", algunos investigadores ya han demostrado que la reproducción rápida también beneficia a estas legumbres.

"Hemos utilizado con éxito la técnica de mejoramiento rápido desarrollada por investigadores de la UQ en maní durante varios años", dice Graeme Wright, mejorador de Peanut Company of Australia. Wright cree que los largos intervalos de luz utilizados en el mejoramiento rápido pueden en realidad estar seleccionando plantas individuales con insensibilidad a la duración del día, lo cual él considera dice que es "un rasgo deseable ya que significa... las variedades desarrolladas deben tener una amplia adaptación a la latitud, y el crecimiento reproductivo no depende del día". longitud."

CRISPR y más allá

Este nuevo método debería verse como munición que los criadores pueden añadir a un creciente arsenal de armamento genético. En los últimos años, los avances en genómica han permitido a los científicos utilizar herramientas de edición de genes como CRISPR modificar los genomas para incluir cosas como Resistencia a la sequía y mayor nutrición..

"La cría rápida es una herramienta disponible", dice Hickey. “El impacto real provendrá de la combinación de esta herramienta con otras tecnologías que tenemos y que están evolucionando rápidamente en el ámbito del fitomejoramiento. CRISPR, herramientas genómicas, selección y predicción genómica”.

Pero los investigadores reconocen que no será fácil convertir a todos los criadores al régimen de reproducción rápida. Los viejos hábitos son difíciles de erradicar y los científicos son inherentemente escépticos. Si a eso le sumamos los cambios de infraestructura necesarios para la transición a ese método, queda claro que el camino por recorrer es lleno de baches. Aún así, con su artículo publicado recientemente, Hickey y Wright esperan que otros criadores e investigadores vean el potencial de su técnica.

Para aquellos interesados ​​en adoptar la reproducción rápida, Hickey tiene una sugerencia simple sobre cómo comenzar: "Deja las luces encendidas, amigo".

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