La domesticación y el fitomejoramiento han sido la causa del cambio en las características de los cultivos para adaptarlos a las necesidades humanas de alimentación, fibras y energía.

De las miles de especies que existen en la naturaleza, solamente 12 de cereales y oleaginosas, 23 de hortalizas y 35 de frutas son las que dominan los agro-ecosistemas y la alimentación mundial se basa en tres cereales: trigo, arroz y maíz; un tubérculo, la papa y una oleaginosa, la soja. Esta última como base de la alimentación animal, fundamentalmente.

Un largo camino de 10 mil años

La domesticación de las plantas que hoy conocemos tardó miles de años. Intuitivamente, los primeros agricultores seleccionaban las semillas o los frutos que más les gustaban para cultivarlos en la próxima estación.

Elegían sólo aquellas especies de mejor sabor o cuyo cuidado era más sencillo, como por ejemplo, las mazorcas de teocinte (ancestro del maíz) que no se desgranaban al madurar. Esta característica, fue seleccionada por los agricultores de la zona de Michoacán, México, para facilitar la recolección y almacenamiento de los granos. Algo parecido pasó en los Andes peruanos y bolivianos con la papa y en China con la soja y el arroz.

Para elegir hay que tener variedad

Los avances en la domesticación y el mejoramiento de plantas se basan en la selección. Como lo indica la palabra, al seleccionar plantas elegimos las que más nos convienen (a nosotros, no a la naturaleza); ya sea porque tienen frutos más grandes, se enferman menos, resisten el calor o el frío, etc. Pero… para elegir hay que tener variedad porque no se puede elegir entre cosas iguales. A esa variedad, la llamamos variabilidad genética y es con lo que trabajan los mejoradores de plantas. Los grandes recursos de variabilidad genética son: las especies emparentadas con la cual podemos cruzar las plantas que queremos mejorar, las mutaciones (naturales o inducidas) y la ingeniería genética.

Primero la familia

Cuando vamos a pedir dinero prestado, primero por lo general, vamos a buscar entre la familia a algún benefactor que nos haga el favor. Con el mejoramiento pasa lo mismo. La primera fuente de variabilidad genética a la que acudimos son variedades de la misma especie o especies estrechamente emparentadas con las cuales el cruzamiento sexual sea posible. Así, desde el descubrimiento a principios del siglo XX de los trabajos de Mendel sobre la herencia, se han mejorado cultivos para lograr mayor rendimiento, mejor calidad y tolerancia a plagas y enfermedades, entre otras características cruzando y seleccionando las mejores plantas año tras año. Ésta metodología funciona cuando las características que buscamos (genes) están en las especies emparentadas. ¿Qué pasa si no es así?

 

 

En los cambios está lo útil

Las mutaciones son cambios en el material genético (ADN). Estos cambios son irrelevantes si no se heredan (no pasan a la progenie) o pueden ser muy importantes, para bien o para mal, si son heredables. La mutación que causa el albinismo en plantas es letal, ya que estas no producen clorofila y por lo tanto no pueden hacer fotosíntesis; entonces mueren apenas germinar. Por otro lado, la mutación que causa enanismo en trigo es muy útil porque permite mayor tolerancia de las plantas a la fertilización, lo que se traduce en mayores rendimientos y también facilita la cosecha mecánica.

Estos cambios en el ADN pueden ser naturales (producidos por factores ambientales) y en ese caso lo que hace el mejorador cuando los descubre es introducirlos por sucesivos cruzamientos y selección a las variedades de interés agronómico. Gran parte del trigo que se cultiva actualmente deriva del cruzamiento con una variedad mutante natural semi-enana cultivada en Japón.

En la década de 1920 se descubrió que exponiendo plantas a la acción de rayos X se conseguía una gran cantidad de variaciones, luego se emplearon sustancias químicas como agentes mutágenos y después de la II Guerra Mundial comenzaron a usarse técnicas radiactivas: rayos gamma, protones, neutrones. Estas mutaciones inducidas son las que nos permiten disfrutar, por ejemplo, de las mandarinas sin semillas o del pomelo rosado. Actualmente existen alrededor de dos mil variedades de más de 100 cultivos obtenidas de esta manera.

Esta técnica de mejoramiento es completamente al azar y de los millones de cambios generados por los mutágenos solo unos pocos son los útiles. ¿Qué pasa si no encontramos cambios útiles?

 

Un idioma universal

La naturaleza es sabia, hermosa y habla con un lenguaje único. Todos los seres vivos, desde pequeñas bacterias unicelulares hasta organismos con trillones de células como los humanos, producimos proteínas de la misma manera. Ese lenguaje único que está codificado en los genes (segmentos de ADN) es traducido en proteínas. Estas son, en definitiva, las que hacen funcionar a los seres vivos y les dan sus rasgos distintivos.

No todos los seres vivos tienen los mismos genes (por eso las bacterias son bacterias y los humanos, humanos) pero como hablan el mismo idioma, un gen de una bacteria puede ser interpretado por una planta y producir una proteína o viceversa.

¿Cómo un gen de una bacteria puede llegar a una planta? Otra vez la naturaleza nos indicó el camino. Una bacteria del suelo llamada Agrobacterium tumefaciens es capaz de entrar a través de heridas a los tejidos vegetales y transferirle a las células de la planta parte del ADN bacteriano. De esta manera la planta usa su aparato celular para sintetizar proteínas útiles para la bacteria (opinas) pero, a la vez, el tejido afectado crece descontroladamente generando un tumor.

Con el avance de la ciencia y la tecnología fue posible “desarmar” el ADN bacteriano para que transfiriera genes de interés a las plantas y obviar la producción del tumor. Así, es posible inactivar los genes inductores del tumor y cambiar los genes de opinas por genes de interés agronómico. A esta técnica se la llama ingeniería genética y dio origen a las plantas genéticamente modificadas (transgénicas). Con el correr del tiempo se inventaron otras técnicas para transferir ADN a las plantas entre las que sobresale la de biobalística, que consiste en bombardear las células vegetales con balas microscópicas recubiertas por ADN.

Usando Agrobacterium o biobálistica se han producido maíz, soja, algodón y berenjena resistentes a insectos, soja tolerante a sequía y con mejor perfil de ácidos grasos (mayor contenido de ácido oleico), papayas resistentes a virus y flores azules (rosas y claveles).

La ingeniería genética es una técnica menos azarosa que los cruzamientos y selección y las mutaciones. En los cruzamientos entre dos variedades se mezclan dos genomas, por lo tanto tenemos que trabajar con las características deseables (que queremos introducir) y las que no. Con la generación de mutaciones, no podemos dirigir los cambios hacia los genes deseados y tenemos que apostar a que el azar los encuentre. En cambio, con la ingeniería genética solo introducimos los genes útiles, aunque no sabemos en qué parte del genoma de la planta se integrarán. ¿Hay alguna técnica más precisa?

La edición no es solo cosa de textos

Desde hace unos años es posible realizar edición genómica para mejorar plantas. Estas tecnologías son posibles gracias a que se conoce la secuencia genética de la mayoría de las especies de interés alimenticio. Los cambios realizados pueden ir desde unas pocas bases del ADN, es decir provocar una mutación puntual, hasta la inserción de genes enteros en un sitio específico del genoma. A estas técnicas se las llama “nuevas técnicas de mejoramiento” (New Breeding Techniques, en inglés, o NBTs para la jerga de los mejoradores). Este conjunto de técnicas está dando los primeros resultados en el mejoramiento y ya están disponibles un maíz con alto contenido en almidón (waxy) y una canola tolerante a herbicidas, pero hay muchos otros desarrollos que aún no han llegado al mercado pero lo harán en poco tiempo.

Mejoramiento + buenas prácticas agrícolas

La agricultura es un conjunto de ciencia y tecnología aplicada a la producción de alimentos que disturba los ecosistemas en gran medida. Mejorar la calidad y el rendimiento de los cultivos no significaría nada si no se mejoraran las tecnologías de siembra, cosecha y poscosecha o aquellas orientadas a la conservación de los recursos naturales. Se calcula que el mejoramiento y las buenas prácticas agrícolas son las responsables del 70% de aumento de los rendimientos de maíz en los últimos 40 años.

Habrá que alimentar a 10 mil millones de personas en un futuro próximo cuidando un planeta con recursos escasos, solo con ciencia y tecnología será posible.