Opciones para el Manejo de Recursos Fitogenéticos - Cali@San José, 4 de septiembre de 2021 - CGSpace
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Opciones para el Manejo de Recursos Fitogenéticos
D.G. Debouck
Cali@San José, 4 de septiembre de 2021
1/56
PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres de cultivos: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
2/56
Definiciones (1):
Por “recursos fitogenéticos para la alimentación
y la agricultura” se entiende cualquier material
genético de origen vegetal de valor real o
potencial para la alimentación y la agricultura.
Observaciones:
• no define “recurso”, pero deja entender un “medio”, una “ayuda”,
algo que puede usarse. No fija límites de espacio ni de tiempo.
• uso presente, pasado y futuro. Se trata de plantas sin más detalle.
No hace distinción entre estado cultivado versus silvestre.
• no define “valor”, aunque indica un doble propósito (a+a); valor:
alimenticio!, técnico (p.ej. en mejoramiento)?, económico?, cultural?
fuente: FAO 2002 3/56
Definiciones (2):
Por “material genético” se entiende cualquier
material de origen vegetal, incluido el material
reproductivo y de propagación vegetativa, que
contiene unidades funcionales de la herencia.
Observaciones:
• incluye semillas, tejidos (in vitro), esquejes
• se refiere (indirectamente) a genes, o por ende a ácidos nucleicos
que orientan procesos bioquímicos y finalmente biológicos
• no hace referencia a acervos genéticos; por ende va más allá de
los límites de las especies de plantas consideradas
fuente: FAO 2002 4/56
Es el tema de los rfgs importante?
• 1er tratado del 3er milenio, sobre plantas, alimentos, agricultura
• tratado que entró en vigencia en junio de 2004
• tratado ratificado a la fecha por 148 /~194 países ONU
• Costa Rica es Parte desde 14/11/2006
(también es miembro de la UPOV desde 12/01/2009)
• ‘velocidad’ notable de aprobación de este tratado
(intereses de seguridad alimentaria, económicos, geopolíticos)
• tratado que reconoce la interdependencia en rfgs, y que
establece un mecanismo de distribución de beneficios y
un acceso regulado según términos acordados por las Partes
fuente: FAO 2002, 2021; UPOV 2021
5/56
1. Recurso fitogenético: qué es? (introduciendo: por qué, y cómo conservar?)
2 grandes utilizadores de recursos fitogenéticos:
consumidor
3 grandes variables:
producción • preferencias del consumidor
1. agricultores
• ecología del campo
agrícola (clima, suelo)
• plagas y enfermedades
2. fitomejoradores
para la rentabilidad y sostenibilidad de su producción, el agricultor necesita variación
para producir variedades exitosas, el fitomejorador necesita variación y conocimientos
porque no se conoce el estado de las 3 variables, se va a necesitar mucha variación
la producción agrícola tendrá ventaja si la variación ha sido conservada, es conocida, asequible
2 problemáticas: definir el objeto de la conservación, y su mejor metodología de conservación
De cuál variación estamos hablando?
Charles Darwin
(1809-1882)
• formulación de la teoría de la evolución (‘On the origin of species’, 1859):
la selección humana puede remplazar la selección natural y favorecer los fenotipos más favorables
• ampliación de su teoría (‘The variation of animals and plants under domestication’, 1868):
la selección humana conserva los fenotipos más correspondientes a las necesidades humanas
la duración de una raza está ligada a la persistencia de una presión de selección
los cruzamientos son causa de aparición de nueva variabilidad ( duración de ésta aparición)
fuentes: Darwin 1868a, b, Mayr 2001 7/56
PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres de cultivos: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
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Dos otros pioneros en el desarrollo del fitomejoramiento científico
Gregor Mendel Louis Pasteur
(1822-1884) (1822-1895)
• formulación de las leyes de la herencia (1865):
independientemente que un carácter sea dominante o recesivo, es posible combinarlos
• elaboración de los fundamentos de la microbiología (1885: vacuna contra la rabia):
existen microorganismos capaces de reproducirse, que no se ven, beneficiosos o contrarios
fuentes: Mendel 1865, Mukherjee 2016 9/56
Innovaciones que permitieron el progreso del fitomejoramiento
1840: Justus von Liebig publica: “Organic chemistry in its application to agriculture and physiology”
1900: de Vries, Correns y von Tschermak, independientemente, re-descubren las leyes de Mendel
1908: el proceso Haber-Bosch (N2 + H2 = NH3 + H) obtiene una patente → fertilizantes nitrogenados
1923: Henry Wallace y Hi-Bred lanzan el primer híbrido de maíz en EE. UU.
1934: la variedad de papa Sandnudel sale en Alemania; incorpora genes de S. demissum contra tizón
1970: Norman Borlaug obtiene el Nobel por sus trigos cortos línea Norin 10 de Japón
1983: primeras aplicaciones de selección asistida por marcadores (RFLPs) en maíz y tomate
1983: transformación exitosa de células de tabaco mediante el uso de Agrobacterium tumefaciens
2000: publicación del genoma de Arabidopsis thaliana (146 mi pb, 26,207 genes)
2020: E Charpentier y J Doudna obtienen el Nobel de química por la tecnología CRISPR-Cas9
fuentes: Beckmann & Soler 1986, Borlaug 1983, Evans 1998, Hickey et al. 2019, Isaacson 2021, Leigh 2004, Lurquin 2002,
Mukherjee 2016, Olmstead & Rhode 2008, Pringle 2003, Ross 1986, Schwanitz 1967, Wilkes 1983 10/56Crecimiento demográfico mundial en 1880-2020 versus
superficie cultivada y rendimiento de cereales
millones de habitantes
9000
29/08/2021: 7,772,850,805
8000 ✓ la atención de los agricultores y agrónomos va a concentrarse sobre
2012: CRISPR-Cas9
unos ~30 cultivos que respondieron a estas presiones de selección ton./Ha
7000
✓ el éxito llama al éxito (imitación en las comunidades rurales)
2000: mapa de Arabidopsis + 3.0
6000 ✓ el público respondió a una oferta más estable y precios favorables
1983: inicio del MAS
5000
109 Ha + 2.0
4000 + 1.8 1960: siembra de variedades mejoradas después de WWII
3000 1905: R Biffen: resistencia a roya en trigo sigue ley de Mendel
+ 1.21892: tractor agrícola
2000 + 1.0
1000
+ 0.6
0
1880 1900 1920 1940 1960 1980 2000 2020
fuentes: Bonjean & Picard 1990, Evenson & Gollin 2003, Evans 1998, FAO Stat 2021, Hickey et al. 2019, US Census Bureau 2021
en 1960-2020, el progreso genético ayudó a la duplicación de la población mundial 11/56Reducido aprovechamiento de las plantas
1. trigo
2. maíz
3. arroz
4. cebada
5. soja
6. caña de azúcar
7. papa
8. sorgo
9. yuca
10. batata dulce
11. remolacha
12. canola
13. avena
14. mijos
15. centeno
16. fríjol
17. maní
18. banano/ plátano
19. girasol
369,000 especies de Angiospermas
20. arveja
5-7,000 especies comestibles
150 especies objeto de comercio internacional
fuentes: Gepts 2006; Harlan 1992; Prescott-Allen & Prescott-Allen 1990,
20-30 especies clave para alimentación global
Willis 2017, Wilson 1992Dos visiones de la agricultura (con sólo 130 años de diferencia)
antes de 1890 después de 1890
Sistema policultivo Sistema pococultivo
polivarietal monovarietal
Satisfacer muchas necesidades Satisfacer la necesidad del mercado
al nivel local (familia, tribu, aldea) al nivel nacional o global
→ varios productos (varias fechas) → un solo producto (una fecha), $$
Energía escasa/ cara → transporte a distancia limitado Energía abundante/ (falsamente) barata
→ transporte a distancia/ afuera de la estacionalidad
Mantener la diversidad (servicio no pagado) Diversidad: no relevante ?!
sostenibilidad del sistema sostenibilidad tecnología
reducción de riesgos riesgos: seguro bancario
Continuidad familiar (→ Seguro social!) Continuidad familiar: no cuenta
pero ambos, sobre todo el segundo, necesitan los rfgs 13/56Dos visiones del uso de los recursos fitogenéticos
antes de 1890 después de 1890
agricultor fitomejorador
servicio de creación y producción servicio delegado (y pagado) de creación
• observa y usa la variabilidad natural • estudia y recombina la variabilidad que
está en colecciones de germoplasma
• utiliza el flujo génico natural
• aplica la selección asistida por marcadores
• selecciona nuevas variantes para las
• compara descendencias (aptitud combina-
necesidades de su familia/ comunidad toria) y hace edición de genes
• las variantes cuentan si hay un mercado • produce una nueva variedad → derechos
si distinta, homogénea y estable (UPOV)
el total de la variabilidad cuenta para rdto
• prioriza la seguridad alimentaria, y • maximiza la producción de un fenotipo
la variabilidad es la mejor garantía → producto preciso en un ambiente dado
rfg: condición implícita del éxito rfg: insumo para el éxito 14/56PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres de cultivos: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
15/56La pirámide del fitomejoramiento como estrategia para aumentar rendimiento
Garrison Wilkes: “taking stones from the foundation to repair the roof”
una variedad mejorada exitosa
en el ápice:
empuja la base de muchas
cruzamientos entre elites
dentro de la clase comercial variedades tradicionales
selección en descendencia a la extinción
en el intermedio:
sistema perverso:
cruzamientos libres y retro-
se busca adaptación cruzas dentro de acervos, empuja a tener
selecciones variadas cruzas entre razas y clases una sola variedad
en la base:
cruzamientos libres varios acervos; pre-mejoramiento
no importa la clase variedades tradicionales, especies silvestres
selección recurrente materiales colección de trabajo y afuera
afuera: a medida que progrese el mejoramiento, su colección de trabajo se diversifica
el trabajo del fitomejorador se especializa, y deja el manejo de su colección de trabajo al banco
fuentes: Kelly 2001, Kelly et al. 1998, 1999, Raeburn 1995
16/56Evolución del número de variedades de manzana en uso comercial
La Horticultural Society en 1842 describe 897 variedades sólo para el Reino Unido (Darwin 1868)!
%
7,098
100
80
60
40
20 994
250
0
1804 1904 2004
fuentes: Darwin 1868a,b, FAO 1998, Fowler 2016, Pollan 2002, Populer et al. 1998 17/56Erosión genética: extinción de variedades de hortalizas en Estados Unidos
Cultivo no. de variedades en 1903 no. de variedades en 1983 % de pérdida
calabaza 341 40 88.3
cebolla 357 21 94.1
fríjol 578 32 94.5
lechuga 497 36 92.8
maní 31 2 93.5
maíz dulce 307 12 96.1
remolacha 288 17 94.1
repollo 544 28 94.9
sandía 223 20 91.0
tomate 408 79 80.6
zanahoria 287 21 92.7
en 1903: catálogos de variedades ventas de semillas por correo afición para las huertas
en 1983: consulta de catálogos de semilleristas, de inventarios de colecciones públicas/ privadas
fuente: Fowler 2016 18/56Extinción de la raza ‘Jalisco’
en Phaseolus vulgaris L. (y de la milpa!)
Raza ‘Jalisco’: variedades
Apetito (IV)
Cultivo en NE de Jalisco:
Chícharo (IV)
Conejo (IV) Alteño 2000 (III)
Frijola (IV) Azufrado Bolita (I)
Burrito (III)
Frijol de Milpa (IV)
Cuarenteño (I)
Garbancillo Zarco (IV) Mulato (II)
Grullo (IV) Palomo (II)
Guerito (IV) fuente: Lépiz-Ildefonso et al. 2015
Media Caña (IV)
fuentes: Debouck 1979, Singh et al. 1991
foto: Debouck 1978
19/56Extinción de variedades de ib, Phaseolus lunatus L., en Yucatán, México
Año de muestreo % de loci polimórficos no. de alelos índice de diversidad genética
1979 44.4 1.34 0.18
2007 5.0 1.0 0.05
en los Chenes en NE Campeche, de 10 variedades tradicionales sembradas en 1979,
3 variedades aún se sembraban en 2007, y las siguientes 7 ya no se sembraron:
‘Betch ib’ ‘Kolbini ib’ ‘Madzakitam ib’ ‘Kank ib’ ‘Huihuitz ib’ ‘Dzitziba Guinda’ ‘Pinto Boch’
3 variedades aún sembradas en 2007: grano uniforme de blanco, negro y rojo
aunque sea para el autoconsumo, la posibilidad de vender una parte sí cuenta
fuentes: Debouck 1979, Martínez-Castillo et al. 2012
20/56La carrera contra el reloj
1908: 1ra exploración (de 180) de N.I. Vavilov en el norte de Caucasia
1914: E Baur, investigador alemán, escribe sobre la erosión genética
“Our exploratory work was pursued with a particular objective in mind: to utilize the plant resources
of the world maximally for the purpose of plant breeding based on a global gene-bank” Vavilov 1934
1936: Harry Harlan advierte sobre la pérdida de variabilidad en cebada
1940: última exploración de N.I. Vavilov en Ucrania (total muestras: 250,000)
1972: la CNUDA llama a la acción urgente de conservar los recursos fitogenéticos
1974: se establece el CIRF como programa específico dentro de la FAO
1991: antes de desaparecer, el CIRF presentó sus resultados:
más de 800 exploraciones de germoplasma en más de 100 países
más de 211,000 muestras de germoplasma colectadas en 15 años
fuentes: Frankel & Hawkes 1975, Hammer & Teklu 2008, Harlan 1972, 1975, Hummer & Hancock 2015, Jackson 2015,
Lyman 1984, Vavilov 1934, Wilkes 1983PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres de cultivos: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
22/56en junio de 2021 en el lago Mead, Hoover Dam, Nevada, USA
fuente: CNN June 6,2021
el calentamiento global inducido por humanos puede empeorar las sequías periódicas!
Lectura adicional: McKinnon et al. 2021, Stokstad 2021, Williams et al. 2020 23/56dióxido de carbono en el aire (ppm):
280 300 400 560
1850 1950 hoy 2050
ref. oC + 1oC + 3 oC
aumento de temperatura:
fuente: IPCC 2014 24/56Impacto del cambio climático en la productividad de cultivos a partir de simulaciones en 2010
fuente: World Bank 2010
Graneros tradicionales (Francia, Ucrania, Cercano Oriente, S China) en riesgo!
Nuevos graneros (EE.-UU., Brasil, Argentina, Australia) en riesgo!
Recientes ‘autosuficientes’ (México, Suráfrica, India, SE Asia) de nuevo en riesgo! 25/56El Tiempo, 10 Sept 2009
Contradicción: todo el trabajo en zonas secas ha conducido a la extinción del
germoplasma tolerante a la sequía, lo cual necesitamos ahora con urgencia!
germoplasma olvidado: caimito, chico zapote, ib, ñame, pitaya, xma’yum, yuca
26/56
fuentes: Colunga-GarcíaMarín & Zizumbo-Villareal 2004, Hernández-Xolocotzi 1959, Lundell 1939PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
27/56Origen biológico de una planta cultivada
ancestro silvestre derivado cultivado
domesticación
selección
humana
directa:
dispersión de semillas, . . .
selección
humana
indirecta:
via ambiente modificado
diversidad genética original diversidad genética resultante
esta reducción se relaciona
1,000,000 años + con el efecto fundador 10,000 años -Número de especies neotropicales afectadas por la domesticación
Género no. total de especies no. de especies cultivadas fuentes
Zea, maíz 14 1 Sánchez-González et al. 2018
Phaseolus, fríjol 81 5 (7) Debouck 2021
Cucurbita, zapallo 20 5 Lira et al. 2016
Capsicum, ají 35 5 Carrizo-García et al. 2016
Lycopersicon, tomate 13 1 Peralta et al. 2005
Solanum, papa 199 7 Hijmans & Spooner 2001
Gossypium, algodón 40 2 Wendel & Albert 1992
Annona, anona 150 6 Chatrou et al. 2004
Arachis, maní 69 1 Krapovickas & Gregory 1994
Theobroma, cacao 21 3 Smith et al. 1992
Manihot, yuca 52+ 1 Duputié et al. 2011
al igual que con los cultivos del Viejo Mundo, la regla general es un cultivo/ género
pero hay varios géneros con domesticaciones tanto en Mesoamérica como en América del Sur
los parientes silvestres de los cultivos (incluyendo los tetraploides) aún existen en el Neotrópico
29/56Características de interés que aportan los parientes silvestres
Característica especie aportante fuentes
resistencia al tizón tardío Solanum demissum Ross 1986
resistencia al gorgojo pintado Phaseolus vulgaris (wild) Zaugg et al. 2013
tolerancia a sequía Phaseolus vulgaris (wild) Cortés et al. 2013
tolerancia a la salinidad Lycopersicon pimpinellifolium Bolarín et al. 1991
sólidos solubles en frutos Lycopersicon chmielewskii Rick 1974
calidad nutricional Helianthus anomalus, H. bolanderi Warburton et al. 2017
ausencia de cafeína Coffea perrieri Anthony et al. 1993
QTLs para rendimiento Oryza rufipogon Moncada et al. 2001
fibra resistente a ruptura Gossypium thurberi (sin fibra) Meredith 1991
mejora de la fotosíntesis Phaseolus vulgaris (wild) Lynch et al. 1992
fuentes de CMS y restoradores Helianthus annuus (wild) Warburton et al. 2017
era de esperar que aportan resistencias a enfermedades y plagas
pero las características tecnológicas no se esperaban, mayor variación natural y contexto de uso
30/56Explorando lo desconocido (1)
• AO Tonduz encuentra en 1889 en los
Llanos al S de Alajuelita [prov. San José]
un P. multiflorus con flores rojo oscuro
• PC Standley menciona en 1937, p. 551,
bajo el nombre de P. coccineus L. :
“cubaces” con flores grandes, purpúreas
• Wm Burger encuentra en 1969 al NW
de Canaán un P. obvallatus; reporta que
tiene “corolla brilliant fuchsia”.
• A Delgado en su revisión de 1985 lo
llama como P. coccineus ssp. formosus
• GF Freytag en 1987 lo considera como
variante de P. striatus (color de flor!)
fuentes: Freytag & Debouck 2002, Zamora 2010Explorando lo desconocido (2)
1987: Debouck e investigadores de la UCR encuentran #2119 en las afueras de Cartago
1987: seis meses después #2119 es introducido en el banco de germoplasma (G40604)
1993: Schmit et al. con evidencia cpDNA muestran que este material es cercano a P. vulgaris
1996: Freytag & Debouck describen una nueva especie de fríjol: P. costaricensis
1997: Singh y col. reportan los primeros híbridos deP. costaricensis con fríjol común
2005: Terán et al. reportan fuentes de resistance al moho blanco en híbridos
de P. costaricensis con fríjol común
2013: Singh et al. muestran que VRW32 desde una cruza con #2119 es la primera
línea resistente al moho blanco en los EE.-UU.Explorando lo desconocido (3)
1) la importancia de volver al campo
2) el valor de la prueba multidisciplinaria, sin argumento a priori
3) la ecología en el origen da indicaciones para futuras evaluaciones
4) el impacto puede darse en lugares y tiempos muy distantes
24 años
al impacto!
Lecturas adicionales: Araya-Villalobos et al. 2001, Singh et al. 2013Resultados de una evaluación muy parcial de P. costaricensis
Accesiones Moho blanco Tizón Añublo halo ManParBac. BCMV
G40604 I S S R HR
G40804 R I R R HR, R
G40806 S I I I HR, R
G40811 S I I I HR
G40811A S I I I HR
G40811B S I I I R
HR: altamente resistente; R: resistente; I: intermedio; S: susceptible fuente: Schwartz et al. 2014
una población puede tener una reacción muy diferente a la otra
dentro de una población unos individuos pueden tener reacción distinta
es propio de Phaseolus? NO, se ha visto en otras especies:
Especie Enfermedad Fuente
Oryza nivara Grassy Stunt Virus Khush & Ling 1974
Beta maritima Mosca de la raíz Doney & Whitney 1990Conservando una especie silvestre como Phaseolus costaricensis . . . (1)
Conservación ex situ (para poder evaluar y usar)
• aparentemente tiene semillas ortodoxas (conserv. -20o C)
• entra en producción al 2do año; hasta 5 años? (espacio único)
• tendría requisito foto-periódico (no aplica en latitud 0-3 grados)
• necesita polinizadores especiales (abejorros, colibríes)
• malla fina contra mosca blanca, áfidos y polinizadores
• su altura adulta llega a 4-10 m de alto (casa resistente al viento)
35/56
Colombia, Valle del Cauca, Cerrito, estación de Moral Alto, 2300 msnmConservando una especie silvestre como Phaseolus costaricensis . . . (2)
barbecho
expansión de Cd. Cartago
cultivo de fríjol y cubá en ‘tapado’ con maíz
Conservación in situ (potencial evolutivo)
• mantener en su sitio las ~55 poblaciones conocidas a la fecha
• su nicho ecológico compite directamente con café y cultivos
→ comprar los terrenos para estas ~55 poblaciones
• necesita un plan de manejo (vegetación 2aria, polinizadores)
• prever corredores de migración (si cambio de temperatura)
presencia de P. vulgaris silvestre
presencia de P. costaricensis silvestre
36/56
Costa Rica, Cartago, Quircot, ladera de San Nicolás, 17 de diciembre de 2002PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
37/56Cacao (cocoa bean), Theobroma cacao L. (Sterculiaceae)
• semillas de corta longevidad:
temperaturas < 15oC dañinas para la viabilidad
secado < 26% → muerte de los embriones
supervivencia si conservado en fruto a 15oC – 30oC por 3 semanas
fuentes: Hong et al. 1996 foto: Coe & Coe 2000Yuca, Manihot esculenta Crantz (Euphorbiaceae)
• semillas de larga longevidad, ‘ortodoxas’:
secado 4-6% → conservación a - 20oC y largo plazo
• alogamia y fuerte disminución de vigor en F1 de autofecundación
fuentes: Hong et al. 1996, Raffaillac & Second 1997 foto: Debouck 2009Modos de conservación del germoplasma clonal
Crioconservación Conservación in vitro Colección viva
Elementos crio in vitro campo in situ
inversión $$$$ $$$ $$ $$$$$
funcionamiento $ $$$ $$ $
plazo > 30 años 10-20 años > 20 años > 30 años
riesgos bajos moderam. altos moderam. bajos bajos
distribución no sí no no
caracter./evaluación no no sí (parcialmente) no
fuentes: Benson et al. 2011, Engelmann & Engels 2002, Koo et al. 2004, Plucknett et al. 1987, Smith et al. 1992 40/56PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
41/56El concepto de acervo genético
• barrera reproductiva
acervo genético secundario • diferencias entre los dos:
morfológicas y al nivel de
otra especie silvestre del mismo género
cromosomas: inversiones,
acervo genético primario duplicaciones
domesticación pariente silvestre ancestral
variedades modernas
derivado cultivado • libre intercambio génico
variedades tradicionales
• diferencias entre los dos:
morfo-fisiológicas y con
relación a la parte cosechada
Lecturas adicionales: Harlan 1992, Harlan & de Wet 1971, Gepts & Papa 2003
y/o el manejo
la transferencia de genes desde el AG-2 fue exitosa en tomate, papa, . . ., cuando
la barrera reproductiva no era demasiado difícil, con recuperación de fertilidad 42/56La búsqueda de variabilidad genética por vía no convencional (1)
transformación: 2 genes narciso y Erwinia vía
2000 variedad mejorada 2X Agrobacterium dan provitamina A en arroz
1987 transformación: gen del insecticida de Bacillus
variedad mejorada 2X
thuringiensis transferido vía Agrobacterium
1983 variedad mejorada 1X transformación: gen foráneo transferido vía
Agrobacterium a planta superior, el tabaco
• adquisición via transformaciónexplotación
de una característica o función
del vigor híbrido en maíz en 1923:
1915 variedad mejorada 1
liberación
que no existe en el acervo genético de los
natural de 1una
ros híbridos comerciales
especie, como p.ej.
tolerancia a herbicida, resistencia a insecto, novedad nutricional
genes otras variedades, especies silvestres
1900 • variedad tradicionalde la transferencia,
por complejidad limitada
(cercanía a pocosclase
→ facilidad, genes
de mercado)
fuentes: Duvick 1984, Gepts 2002, Hickey et al. 2019, Lurquin 2002 43/56La búsqueda de variabilidad genética por vía no convencional (2)
edición vía CRISPR-Cas9: gen responsable de
2014 variedad mejorada 2X resistencia a mildeo polvoso en trigo
2005 edición: gen causante de resistencia a antibiótico
variedad mejorada 2X
restablecido en tabaco
alto nivel de homología mostrado entre los genomas
2003
de cereales; secuencias podrían ser copiadas/ editadas
mapa genético de Arabidopsis: 146 Mb, 26,207 genes
2000
secuencias → funciones → metabolismo → forma
transformación: gen foráneo transferido vía
1983
Agrobacterium a planta superior, tabaco
fuentes: Bandyopadhyay et al. 2020, Bevan & Walsh 2006, Bhatta & Malla 2020, Hickey et al. 2019, Jinek et al. 2012, Paterson et al. 2006,
Voytas 2013, Wright et al. 2005, Xu et al. 2020PLAN
1. Recurso fitogenético: qué es?
2. De dónde vino el interés para recursos fitogenéticos?
3. Desafíos:
3.1. La paradoja de la intensificación y la carrera contra el reloj
3.2. Recursos fitogenéticos frente al cambio climático
3.3. Los parientes silvestres de cultivos: reto de otro calibre
3.4. Cuando el recurso fitogenético no se conserva mediante semillas . . .
3.5. Recursos fitogenéticos y las “tijeras genéticas”: amenaza o trampolín?
4. Recursos fitogenéticos: reflexiones para Costa Rica
45/561. aunque suena contradictorio (lea el “Manual de Plantas de Costa Rica”!)
aún no se conoce en totalidad la flora costarricense
ejemplo: desde 2010, no. de especies de fríjol pasó de 10 a 15!
“The great paradox that our commonest plants are the least known
has given rise to a greater one, that this perilous situation
is very generally unsuspected.” Edgar Anderson, 1952
se puede anticipar un mayor no. de especies, p. ej. en parientes silvestres de cultivo
es un frente prioritario para hacer una conservación racional y eficiente
46/562. si aún no tenemos la certeza sobre el número de especies silvestres,
tampoco conocemos exactamente:
• el número total de poblaciones
• la ubicación de estas poblaciónes (GPS)
• el estado de conservación de las mismas
estos tres parámetros son esenciales para la autoridad de conservación para:
➢ decidir si es mejor conservar ex situ
➢ comprar terrenos o hacer acuerdos con los dueños para conservar in situ
➢ preparar planes de manejo y seguimiento a las poblaciónes en el tiempo
porque es el terreno un bien con costo creciente, a la autoridad le importa
poder combinar los requisitos para varias especies silvestres a la vez
Costa Rica, Puntarenas, ladera W del Cerro Anguciana, 15 de diciembre de 20173. si conocida de manera incompleta, igual conservada a medias
en caso de parientes de plantas cultivadas: conservar un ambiente “ruderal”
dificultad de la conservación, por “estar al día”:
se arranca la conservación después del daño:
➢ se colectan las variedades tradicionales casi después de su remplazo
➢ se colectan las poblaciones silvestres cuando la extincción ya está en marcha
➢ se sigue pensando en cruzamientos interespecíficos cuando ya se está editando
• aumenta la necesidad de un ‘ingreso’ para comprar terrenos
• ligar más el banco de germoplasma con el (pre-) mejoramiento
• mapeo comparativo dará los modelos a copiar, y desde allí los genes a editar
Costa Rica, Cartago, Quircot, ladera de San Nicolás, 17 de diciembre de 2002Referencias (1)
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