El cambio climático está haciendo que las sequías sean más frecuentes y más severas, lo que hace que la investigación para desarrollar cultivos resistentes a la sequía sea más importante que nunca. Ahora, los investigadores han desarrollado un nuevo marco que debería acelerar esta importante investigación.
Por Matt Shipman, Universidad Estatal de Carolina del Norte
Uno de los desafíos que presenta el mejoramiento de cultivos es que los investigadores deben tomar mediciones meticulosas de cientos (o miles) de plantas individuales en muchas parcelas de mejoramiento experimental diferentes para evaluar qué cepas de plantas tienen las características más deseables (y, por lo tanto, serían buenas candidatas para cultivos futuros). Este proceso es tedioso y requiere mucho tiempo.
Pero un equipo de investigación dirigido por Frank Bai ha desarrollado un marco para medir algunos de estos rasgos fenotípicos que debería acelerar los procesos. Bai, profesor adjunto del Departamento de Ingeniería Biológica y Agrícola de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, publicó recientemente un artículo en la revista Field Crops Research en el que describe un nuevo marco para evaluar rápidamente dos rasgos clave de resistencia a la sequía en parcelas de investigación de cultivos. Hablamos con Bai para obtener más información.
¿Cuál es la gran idea fundamental de su nuevo artículo?
La gran idea es desarrollar un sistema de detección y modelado fácil de usar que permita un análisis preciso, automático y de alto rendimiento de la evapotranspiración (ET) y la eficiencia del uso del agua (WUE) para parcelas de cultivo individuales para fitomejoradores y científicos. La ET se refiere a la pérdida de agua a través de la evaporación del suelo y la transpiración de las plantas (donde el agua se evapora cuando las plantas “exhalan” principalmente a través de los estomas de sus hojas). La WUE se refiere a la cantidad de biomasa que se gana por unidad de agua aplicada a un cultivo.
Las parcelas de mejoramiento genético son secciones de un campo destinadas al mejoramiento genético de plantas. Cuando se trata de investigar el desarrollo de nuevas cepas de un cultivo, los mejoradores suelen utilizar parcelas de menor tamaño para poder incluir una gran cantidad de genotipos candidatos (o líneas de mejoramiento genético) en un área limitada. Esto significa que estas parcelas son bastante pequeñas, en comparación con los experimentos de campo a escala de producción. En la investigación que realizamos para este artículo, nos centramos en parcelas de mejoramiento genético experimentales para el maíz: cada parcela tenía 6,1 metros de largo y 4,6 metros de ancho.
Medir la ET y la WUE con técnicas convencionales implica ir a cada parcela y tomar una serie de mediciones minuciosas (utilizando instrumentos portátiles para medir parámetros o tomando notas de campo de hojas individuales, etc.). Esto requiere muchísimo tiempo y la velocidad de medición (o rendimiento) es baja.
Nuestro objetivo con este trabajo fue desarrollar un enfoque mucho más rápido, sin sacrificar la precisión.
Las herramientas de alto rendimiento existentes que miden los rasgos fenotípicos se centran en los rasgos morfológicos (por ejemplo, la altura del dosel y la biomasa aérea) y los rasgos que se pueden medir utilizando tecnologías de imágenes espectrales (por ejemplo, el índice de vegetación de diferencia normalizada). Algunos de estos rasgos se pueden relacionar con la WUE a escala de parcela. Nuestro enfoque estima directamente la WUE combinando la fenotipificación morfológica y espectral con modelos físicos de ET.
Desde el punto de vista de un agricultor, ¿por qué es esto importante?
En última instancia, esto nos ayudará a producir mejores semillas para hacer frente a los episodios de sequía.
Además, dado que la transpiración de las plantas es uno de los procesos fisiológicos más importantes en las plantas y está acoplada con la actividad de la fotosíntesis, nuestra herramienta será valiosa en la gestión de campo de precisión al mapear el estrés de los cultivos para los agricultores.
Bien, entonces ¿cómo exactamente ayuda esto a los investigadores que están tratando de crear cultivos resistentes a la sequía?
Con esta herramienta de selección, los criadores podrán seleccionar rápidamente las mejores líneas genéticas sin tener que realizar una laboriosa exploración de campo. En otras palabras, podrán determinar qué parcelas de cultivo contienen plantas que tienen las características más deseables en términos de tolerancia a la sequía.
Entonces, ¿cuál es el siguiente paso?
Planeo incorporar este marco de detección y modelado en un sistema de detección basado en drones. Nuestro objetivo es que los drones recopilen los datos relevantes en un sitio de investigación, realicen los cálculos necesarios para determinar la ET y la WUE para cada parcela de reproducción en el sitio e informen esos hallazgos a los investigadores.
¿Cuánto tiempo cree que pasará antes de que esta nueva metodología realmente tenga un impacto en el desarrollo de cultivos más tolerantes a la sequía?
Espero que mi laboratorio pueda ofrecer esta herramienta a los criadores dentro de dos años. En este momento, estamos en proceso de conseguir financiación para avanzar con un prototipo que podamos utilizar para validar aún más este enfoque.
Más información: Geng (Frank) Bai et al, Fenotipado fisiológico de alto rendimiento de la evapotranspiración de cultivos a escala de parcela, Field Crops Research (2024). DOI: 10.1016/j.fcr.2024.109507
