La verde favorita de Mendel vuelve a estar en el punto de mira de los fitomejoradores a medida que crece la demanda de legumbres.
Sobre esto escriben los investigadores del Instituto de Agricultura Sostenible de España, Diego Rubiales, Eleonora Barilli, Nicolás Rispail, en un artículo publicado en la revista Agricultura 2023 en el portal MDPI.
… Los guisantes ( Pisum sativum ) son una legumbre anual de estación fría que se cultiva en todo el mundo. Dependiendo de su uso, existen tres tipos principales de guisantes: guisantes secos o de campo, guisantes vegetales o verdes y guisantes forrajeros. Los guisantes forrajeros y de campo generalmente se cultivan en condiciones de bajos insumos, a diferencia de los guisantes vegetales, que requieren riego y fertilización más intensivos. Como resultado, aunque todos los tipos de guisantes son susceptibles a las mismas plagas y enfermedades, las diferencias en las prácticas de cultivo pueden afectar su gravedad. Los rasgos de resistencia son igualmente útiles en el mejoramiento de todos los tipos de guisantes.
En 2021, se cultivaron guisantes (secos) en 7,0 millones de hectáreas en todo el mundo. Dado que su rendimiento promedio en los últimos diez años es de 1837 kg/ha, se produjeron 12,4 toneladas.
Los principales países productores de guisantes secos en 2021 fueron Rusia (3,2 toneladas), seguida de Canadá (2,3 toneladas), China (1,5 toneladas), India (0,9 toneladas), Ucrania (0,6 toneladas) y Francia (0,6 toneladas).
Históricamente, Francia fue el mayor productor del mundo entre 1988 y 1998, luego Canadá lo superó y, en 2008, Rusia, China y la India tomaron la delantera (Figura 1).
Gráficos de: Diego Rubiales, Eleonora Barilli, Nicolas Rispail.
En el caso de los guisantes se observa una tendencia completamente diferente. Aunque los guisantes se cultivan en una superficie menor (2,6 millones de hectáreas en 2021), producen mayores rendimientos (20,5 toneladas) gracias al mayor rendimiento medio mundial, que alcanza los 7752 kg/ha.
La producción mundial ha aumentado notablemente desde 1990, impulsada en gran medida por el aumento de la producción en China.
Los principales productores de guisantes vegetales en 2021 fueron China (11,5 toneladas), India (5,8 toneladas), Pakistán (0,5 toneladas) y Francia (0,3 toneladas) (Figura 2).
Gráficos de: Diego Rubiales, Eleonora Barilli, Nicolas Rispail.
El rendimiento promedio de los guisantes en todo el mundo se ha duplicado de aproximadamente 1000 kg/ha en 1961 a los 2000 kg/ha estimados actualmente, lo que resulta en un aumento del rendimiento anual de 16,4 kg/ha. Sin embargo, este aumento del rendimiento es menor que el de la soja (27,8 kg/ha) o el del trigo (40 kg/ha), lo que indica que se ha prestado menos atención a los guisantes en comparación con estos cultivos.
Una de las principales razones de este rendimiento relativamente bajo es la susceptibilidad del guisante al estrés biótico. Los guisantes son muy susceptibles a muchas enfermedades (tizón por ascoquita, mildiú polvoriento, roya, marchitez por fusarium, pudrición de la raíz) y plagas.
En todos los casos, el desarrollo y la introducción de variedades resistentes es beneficioso y existe potencial para que los guisantes sean resistentes a la mayoría de las enfermedades y plagas de los cultivos.
Edición de genes en lugar de OGM
La transformación genética de los guisantes es factible, pero difícil debido a las dificultades en la regeneración de las plantas. Se obtuvieron líneas de guisantes transgénicos resistentes a la lombriz del tabaco y a los virus del mosaico. Pero estas líneas no han sido aceptadas por el mercado, debido principalmente a la estricta legislación sobre organismos genéticamente modificados (OGM) en algunos países, sumada a los bajos niveles de aceptación pública. En consecuencia, ninguna línea de guisantes transgénicos ha alcanzado todavía una aplicación comercial.
Las nuevas técnicas de reproducción basadas en la edición genética específica ofrecen la esperanza de eliminar potencialmente algunos de los problemas asociados con los OGM, ya que la edición genética no implica la adición de ADN extraño.
La edición genética dirigida se ha implementado con éxito para varias leguminosas; específicamente para los guisantes, se han desarrollado dos métodos de transformación: basado en la transformación de protoplastos del mesófilo y transformación de explantes mediada por Agrobacterium . Esto demuestra la viabilidad de las técnicas de edición de genes en guisantes, aunque es necesario realizar más esfuerzos para mejorar la eficiencia de la edición de genes y las tasas de regeneración en esta especie.
El guisante tiene una larga historia como especie modelo, que se remonta a las investigaciones de Mendel, que ayudaron a establecer las leyes de la genética y la herencia. A pesar de esto, la investigación sobre guisantes se ha retrasado décadas con respecto a muchos otros cultivos debido a su gran tamaño genómico, lo que ha retrasado el desarrollo de recursos genómicos.
Afortunadamente, las herramientas genómicas modernas, incluidos los enfoques basados en la secuenciación de próxima generación (NGS) que permiten estudios de asociación de todo el genoma (GWAS), la selección genómica (GS) y las plataformas ómicas (transcriptómicas, proteómicas y metabolómicas), se están desarrollando rápidamente y fácilmente aceptado por los criadores de guisantes.
En ausencia de variedades de guisantes de élite, la resistencia a plagas y enfermedades puede buscarse en germoplasma silvestre, mutante y no adaptado u otras especies e introgresarse mediante cruzamiento, mutagénesis o edición genética.
Las mejoras y reducciones de costos en los enfoques basados en NGS, así como la liberación del genoma de referencia del guisante, están facilitando la identificación de nuevos loci o alelos de resistencia. Esto también facilita el desarrollo de marcadores de diagnóstico para su uso en mejoramiento, lo que debería permitir que la selección asistida por marcadores (MAB) se lleve a cabo de manera más eficiente.
Se espera que esto acelere la creación de líneas de guisantes con mayor resistencia a plagas y enfermedades, lo que se verá significativamente ayudado por nuevos métodos de fenotipado, fenómica y mapeo genético.
La reducción de los costos de secuenciación y el desarrollo continuo de nuevas herramientas genómicas ofrecen oportunidades para identificar nuevas variantes alélicas eficaces contra enfermedades desafiantes de los guisantes. Sin embargo, la explotación de esta riqueza de recursos requiere herramientas de verificación precisas y accesibles, lo que constituye un importante obstáculo en la actualidad. Para la mayoría de las plagas y enfermedades, se han desarrollado protocolos de detección detallados en condiciones de campo, invernadero o controladas, pero siguen demandando mucho tiempo.
Mientras tanto, cada vez están más disponibles plataformas fenómicas de alto rendimiento que se utilizan en la investigación de guisantes, lo que arroja algo de luz sobre cómo resolver el problema del fenotipado.
Un estudio informó sobre la implementación de una plataforma de fenotipado basada en invernaderos para evaluar la resistencia a enfermedades en los guisantes. Este estudio permitió evaluar la resistencia a la pudrición de la raíz por afanomicetos de un conjunto de 300 líneas mejoradas avanzadas y facilitó el mapeo de los rasgos deseados.
Además, también se han implementado plataformas automatizadas de fenotipado en condiciones controladas en guisantes para evaluar la tolerancia al frío y el vigor de la germinación temprana mediante tecnología de imágenes digitales en color.
En entornos de campo abierto, también se han utilizado plataformas de imágenes aéreas y agrodrones para determinar el fenotipo de la biomasa o el rendimiento de los guisantes.
Se espera que la implementación de estos enfoques de fenotipado a gran escala se expanda en un futuro próximo, proporcionando información fenotípica detallada sobre las respuestas a las enfermedades de los guisantes.
Paralelamente a la introducción de plataformas de fenotipado semiautomáticas, se están desarrollando sistemas de análisis de imágenes para evaluar la gravedad de la enfermedad.
El uso de termografía infrarroja puede distinguir entre plantas de guisantes susceptibles y resistentes al marchitamiento por Fusarium antes de que se puedan detectar visualmente los síntomas típicos del marchitamiento. Recientemente, se ha desarrollado un sistema de análisis de imágenes para estimar los parámetros de progresión de la oxidación en condiciones controladas, que puede implementarse en plataformas de fenotipado automatizadas.
También se ha intentado el aprendizaje automático combinado con el análisis de imágenes para mejorar la detección de la resistencia de los guisantes a la pudrición de la raíz por Aphanomyces. Estos esfuerzos iniciales en el análisis de enfermedades basado en imágenes han demostrado su eficacia para mejorar la precisión de las mediciones y reducir el tiempo de procesamiento. En consecuencia, el desarrollo y la aplicación de sistemas basados en imágenes desempeñarán un papel clave en el desarrollo futuro del mejoramiento genético de la resistencia de los guisantes.
A lo largo de los años se han creado muchos mapas de vinculación de guisantes basados en poblaciones biparentales utilizando varios marcadores de ADN a medida que estuvieron disponibles. Estos mapas están mejorando rápidamente gracias a nuevos enfoques de secuenciación del genoma completo que, junto con un fenotipado adecuado, pueden identificar asociaciones de rasgos de resistencia, saturar rápidamente mapas genéticos y generar marcadores basados en genes, reduciendo significativamente la distancia entre los marcadores asociados y el rasgo.
Finalmente, la predicción genómica está recibiendo cada vez más atención en el mejoramiento de leguminosas y está respaldada por la reducción constante de los costos de genotipado, a menudo por debajo de los de fenotipado.
Esta tecnología combina genotipos y fenotipos de la población de entrenamiento para predecir valores genéticos en individuos genotipados pero no fenotipados utilizando modelos estadísticos apropiados. La predicción genómica permite una evaluación rápida y eficiente de la riqueza de la diversidad genética disponible en una colección de germoplasma para identificar muestras valiosas. Aunque la implementación de la predicción genómica en guisantes apenas está comenzando, ya hay intentos de crear los primeros modelos predictivos de resistencia al tizón por ascoquita, al tizón bacteriano y a la roya.
Finalmente, las técnicas de mejoramiento rápido (o generación rápida) mejoradas para los guisantes deberían acelerar el desarrollo de nuevas variedades de guisantes con mayor resistencia en el futuro cercano.
Basado en un artículo de un grupo de autores (Diego Rubiales, Eleonora Barilli, Nicolas Rispail), publicado en el portal www.mdpi.com.
