Mejoramiento genético de plantas

Entre las necesidades primarias del ser humano, la alimentación es la que juega una mayor influencia sobre la organización de la sociedad, debido a que los recursos para cubrir las necesidades son limitados y muchas veces estacionales. En un principio el ser humano cubrió sus necesidades alimenticias mediantes la cacería de animales, la pesca y la recolección de vegetales (raíces, tallos, hojas y principalmente frutos). A medida que la inteligencia y la capacidad de observación del ser humano le permitió discernir relaciones causa – efecto entre órganos reproductivos de la planta (semilla principalmente) y generación de plantas adultas, se fue dando el proceso de domesticación de las especies vegetales y por tanto se fue dando el surgimiento de la agricultura. Este hito trascendental para la historia de la humanidad tuvo sus inicios hace aproximadamente 11.000 años y permitió el cambio radical en la interacción entre el ser humano y el ambiente en que se desarrolla, ya que empezó a modificar porciones de tierras para adecuarlas a los procesos agrícolas. A pesar de la amplitud del intervalo de tiempo transcurrido desde los inicios de la agricultura hasta la actualidad, la cual ya tiene una escala de miles de años, la forma de poder explicar los resultados de los procesos agrícolas en aquel momento o ahora es exactamente igual: todo resultado del proceso agrícola será consecuencia de lo que ocurra con un componente genético representado por el potencial de la planta, y lo que ocurra con un componente ambiental representado fundamentalmente por suelo y clima, factores que determinarán la magnitud en que el potencial genético de la planta será alcanzado en el proceso productivo. Esta afirmación puede reducirse a la expresión

Fenotipo es toda característica medible en la planta, como por ejemplo altura de planta, número de frutos por planta, número de semillas por fruto, peso de la hoja, rendimiento en gramos o kilogramos por planta, etc. Genotipo es el conjunto de genes, es el ADN que tiene y caracteriza a la planta. Ambiente son todas aquellas condiciones que tendrán influencia sobre el desarrollo, crecimiento y metabolismo de la planta, son considerados factores ambientales el suelo donde se desarrolla la planta (con todas sus propiedades como estructura del suelo, contenido de nutrientes, capacidad de intercambio catiónico, capacidad de retención de humedad, etc.) y el clima (precipitación, temperatura ambiental, humedad ambiental, radiación solar, etc.).

Las estrategias que ha seguido el ser humano para aumentar la oferta de alimentos de origen vegetal son el aumento de la superficie dedicada a la agricultura, y el incremento en la eficiencia del proceso productivo (producir mas en la misma superficie). Sea una u otra estrategia, al considerar un proceso agrícola como la sumatoria del genotipo y del ambiente, es fácil identificar que el ser humano ha enfocado dicho aumento de la oferta de alimentos desde el punto de vista genotípico o desde el punto de vista ambiental. Desde el punto de vista ambiental las formas en que se puede mejorar el proceso agrícola abarcan las prácticas agronómicas de la labranza, el riego, la fertilización, el control de malezas, insectos plaga y patógenos. Desde el punto de vista genético, la forma en que se puede mejorar el proceso es utilizando una semilla con atributos deseables para el productor (máximos rendimientos), para el ambiente en que se desarrollará y para el mercado que se tenga; estos son objetivos que se logran mediante el mejoramiento genético de plantas.

El mejoramiento genético de plantas es definido como el cambio en las frecuencias genotípicas de una población vegetal como consecuencia de la selección dirigida por el humano; otra definición indica que el mejoramiento genético de plantas es la evolución de una población dirigida por el ser humano. Esta última definición contrasta el proceso con lo que ocurre en la evolución natural, diferenciándose de ésta última en que en el mejoramiento genético de plantas el criterio de selección es definido y ejecutado por el ser humano, mientras que en la evolución natural el criterio de selección es fundamentalmente la adaptación y capacidad de supervivencia en el ambiente en que se desarrolle. La selección es el proceso en que se escogerán los individuos que tendrán descendencia: en la selección natural son “escogidos” aquellos individuos con mayor capacidad de supervivencia, por lo cual la población tendrá cada vez más habilidad para lograr la supervivencia. En el mejoramiento genético de plantas son seleccionados o escogidos aquellos individuos que posean la característica que se quiera mejorar en la magnitud determinada por el mejorador.

Las características que se pueden mejorar genéticamente en una población vegetal son:

Rendimiento: relacionado con la cantidad de producto comercial que produce cada planta, y que en sumatoria de todas las plantas sobre una unidad de superficie permitirá al productor conocer que tan bueno o que tan malo fue su proceso productivo. Este es un objetivo abordado por el mejoramiento genético de plantas que beneficia al productor.

Resistencia a estrés (biótico o abiótico): el mejoramiento genético de plantas puede modificar la estructura genética de una población para hacerla más resistente al ataque de plagas o patógenos, o para hacerlo más tolerante a alguna condición limitante del ambiente, como por ejemplo estrés hídrico, o toxicidad por aluminio, o suelos ácidos, o suelos alcalinos, etc. Este es un objetivo abordado por el mejoramiento genético de plantas que beneficia al productor.

Calidad: se puede modificar la estructura genética de una población para que sus integrantes tengan un mayor contenido de aceite o de proteínas, o que su parte comestible tenga un mayor contenido de vitaminas, etc. Este es un objetivo abordado por el mejoramiento genético de plantas que beneficia al consumidor o a la agroindustria.

El producto del mejoramiento genético de plantas es el cultivar, definiéndose este como una población de plantas uniforme y distintiva producto de un proceso de selección llevada a cabo por el ser humano. Existen distintos tipos de cultivar los cuales dependen principalmente del modo de reproducción de la planta y del grado de tecnificación que posean los productores de una especie en particular, hacia quienes se pretende dirigir dicho cultivar.

Los tipos de cultivar son clasificados de manera general de la siguiente manera:

Los híbridos son frecuentemente utilizados no solo en especies alógamas, sino también en especies autógamas que tienen una alta rentabilidad, permitiendo así colocar en el precio de la semilla obtenida el gran esfuerzo requerido en hacer una gran cantidad de cruzamientos manuales, puesto que por ser autógamas, naturalmente no se cruzará una planta con otra.

El mejoramiento genético de plantas es una actividad que requiere de varios años para la obtención de su producto que es el cultivar. La forma de abordar el mejoramiento genético de plantas depende principalmente de la cantidad de genes que determinen la característica que se quiere mejorar. Cuando el atributo a mejorar, bien sea la resistencia a alguna plaga o patógeno, o tolerancia a algún estrés abiótico, o alguna característica de calidad está determinado por solo un gen, se utiliza el método de la retrocruza. En estas características el fenotipo está altamente condicionado por el genotipo, con muy poca variación debida al ambiente. La metodología de la retrocruza se usa comúnmente cuando se tiene un buen cultivar que muestra una deficiencia en cierto atributo que está determinado por solo un gen, por ejemplo, un cultivar con óptimas condiciones agronómicas que empieza a ser afectado por el ataque de una raza particular de un patógeno, y que se conoce que la resistencia a esta enfermedad es monogénica. Si esta es la situación, el mejoramiento genético lo que hará es introducir el gen (de manera más precisa, el alelo) de resistencia en el cultivar agronómicamente deseable pero que tiene una debilidad, y así contar con un nuevo cultivar mejorado.

La mayoría de características de importancia económica en un cultivo son poligénicas, es decir, determinadas por varios genes a la vez. En estas características, el fenotipo observado es consecuencia de la acción de muchos genes menores a la vez, los cuales son modulados en una gran magnitud por el ambiente. Uno de los principales ejemplos de este tipo de característica es el rendimiento, en el cual para obtener un buen fenotipo no basta con que la planta tenga un alto potencial genético, es preciso también que se den las óptimas condiciones ambientales para la obtención de un buen fenotipo. Para tener una población de plantas con genes de alto potencial para este tipo de características, se requiere seguir de forma general tres pasos:

  1. Generación de variabilidad genética
  2. Selección sucesiva por varias generaciones
  3. Ensayos repetidos

La variabilidad genética requerida en una población para iniciar un programa de mejoramiento genético de características poligénicas se puede conseguir mediante la reunión de distintas introducciones de plantas obtenidas en bancos de germoplasma o colectadas en distintas áreas geográficas. La forma genérica de hacer referencia a estos materiales es mediante el concepto de recursos fitogenéticos. Otra forma de conseguir dicha variabilidad (no excluyente de la forma anterior) es realizar cruzamientos entre distintas introducciones para conseguir generaciones segregantes en que se maximice la diversidad genética. Esa población debe ser sembrada bajo las condiciones en las cuales se da la siembra comercial del cultivo, es decir en una localidad representativa de la zona de siembra y en la fecha regular de siembra para la cual se quiere generar el nuevo cultivar. En esta primera siembra se darán las primeras selecciones, es decir, se eliminarán las plantas que no tienen los atributos requeridos para el nuevo cultivar, y se obtendrá semilla de aquellas plantas que pudieran estar representando los atributos del nuevo cultivar. En esta primera selección se manejan muchos genotipos por lo cual la selección es individual, basado solo en el comportamiento individual de la planta. En las generaciones sucesivas se intenta evaluar familias de genotipos y no genotipos individuales, por ejemplo, el haber tomado semilla de unas 1000 plantas de la población inicial generará 1000 familias, representada cada una de ellas por varias plantas. Esta estructura familiar permitirá ser mas preciso al momento de la selección, ya que esta última no estará basada en plantas individuales sino en conjunto de plantas. A medida que van avanzando los ciclos de selección va disminuyendo el número de genotipos que se están evaluando, esto permite trazar una estrategia que incrementa la precisión en la selección, la cual está basada en los ensayos repetidos. Esto no es mas que evaluar lo seleccionado con diseños experimentales convencionales que controlan las variaciones ambientales en el sitio del ensayo, garantizando en gran medida que el atributo que se está evaluando sea una expresión genotípica y no la consecuencia de estar ubicado en un buen ambiente. Finalmente, ya identificada la o las familias superiores se procede a distribuir el cultivar entre los productores (bien sea venta o donación) , o a seguir las reglamentaciones propias de cada país para poder liberar el cultivar. Estos pasos descritos son los que generalmente se siguen para obtener cultivares homocigotos y multilíneas en plantas autógamas o variedades de polinización abierta en plantas alógamas o clones en plantas de reproducción asexual (estas últimas normalmente tienen un pequeño porcentaje de reproducción sexual, lo cual se aprovecha para generar variabilidad genética).

Esquema general de obtención de un clon

Esquema general de la obtención de cultivares homocigotos y multilíneas

Esquema general de la obtención de una variedad de polinización abierta

Para la obtención de híbridos se hace primeramente mejoramiento poblacional, mediante selección recurrente. La selección recurrente busca incrementar la frecuencia de alelos favorables en una población.

Una vez que se ha hecho mejoramiento poblacional se inicia la derivación de líneas altamente homocigotas mediante autopolinización, para así de esta manera hacer las pruebas de heterosis que consisten en identificar los cruzamientos particulares de líneas que expresan un rendimiento superior. Una vez que estos híbridos se han identificado se darán los ensayos repetidos para validar el comportamiento del cruzamiento superior identificado.

Esquema general de la obtención de híbridos

El mejoramiento genético de plantas explicado hasta el momento es el que se conoce como mejoramiento convencional. Actualmente existen otras estrategias a disposición del mejoramiento genético de plantas tal como la obtención de plantas genéticamente modificadas, lo cual tiene que ser visto como una herramienta del mejoramiento de plantas y no como una actividad que abarca cualquier actividad de mejoramiento genético.

Tal como se ha explicado, el mejoramiento genético de plantas tiene sus antecedentes en la domesticación de las especies actualmente explotadas, y debe ser visto como el primer paso que se debe dar para garantizar ofrecer al productor una semilla de calidad que le pueda servir como primera garantía de éxito en su proceso productivo. El hecho que las actividades de mejoramiento no estén dentro de las actividades cotidianas del consumidor no son excusa para pensar que estas actividades con objetivos a largo plazo no tienen importancia en la alimentación humana y que por tanto pueden ser reemplazadas por actividades empíricas de selección. Si bien es cierto esto último es una estrategia que muy bien puede funcionar para pequeñas extensiones y pequeños productores, no puede ser aplicable a la agricultura altamente tecnificada que pretenda ser muy eficiente en su desarrollo. Es por esto que el mejoramiento genético de plantas tiene que ser una actividad altamente considerada en el establecimiento de políticas agrícolas serias que asuman la responsabilidad de alimentar una población creciente.

Ing. Agr. Hernán E. Laurentin T. (M. Sc., Ph. D.)

 

 

 

 

universidadagricola.com

Artículos Relacionados