Las plantas se adaptan genéticamente con el tiempo a las condiciones especiales de la agricultura ecológica. Así lo demuestra un estudio a largo plazo realizado en la Universidad de Bonn.
por Johannes Seiler, Universidad de Bonn
Los investigadores plantaron plantas de cebada en dos campos vecinos y utilizaron métodos agrícolas convencionales en uno y métodos orgánicos en el otro. A lo largo de más de 20 años, la cebada orgánica se fue enriqueciendo con material genético específico que difería del cultivo comparativo.
Los resultados demuestran, entre otras cosas, lo importante que es cultivar variedades especialmente para la agricultura ecológica. Los resultados se han publicado ahora en la revista Agronomy for Sustainable Development .
A finales de los años 1990, el Prof. Dr. Jens Léon inició un experimento en la Universidad de Bonn que sabía que duraría un largo período de tiempo. Su grupo de investigación quería investigar los efectos que tienen las condiciones agrícolas sobre el material genético de las plantas.
Para ello, llevaron a cabo un complejo estudio a largo plazo durante un período de 23 años en el Instituto de Ciencia de Cultivos y Conservación de Recursos (INRES). “Primero cruzamos cebada de alto rendimiento con una forma silvestre para aumentar la variación genética “, dice Léon. “Luego plantamos estas poblaciones en dos campos vecinos para que la cebada creciera en el mismo suelo y en las mismas condiciones climáticas”.
La única diferencia era el método de cultivo. En uno de los campos se utilizó la agricultura convencional, donde los investigadores utilizaron pesticidas para combatir plagas, agentes químicos para eliminar malezas y fertilizantes minerales para ayudar a asegurar un buen suministro de nutrientes.
En el otro campo, los investigadores adoptaron un enfoque más ecológico: no usar pesticidas, combatir las malas hierbas con métodos mecánicos y fertilizar el suelo con estiércol de establo. Algunos de los granos se retuvieron cada otoño para sembrar los campos la primavera siguiente, utilizando los granos orgánicos en el campo orgánico y la cebada cultivada en condiciones convencionales en el campo comparativo.
“Sin embargo, no elegimos los granos en función de ninguna característica particular, sino que simplemente seleccionamos una pequeña parte de la cosecha al azar”, subraya el colega de Léon, el Dr. Michael Schneider.
Analizando el desarrollo del genoma en lapso de tiempo
Los investigadores también analizaron anualmente los genomas de las plantas cultivadas de forma convencional y orgánica. Cada gen puede existir en una variedad de formas diferentes llamadas alelos. Por ejemplo, el gen humano responsable del color de ojos existe en los alelos “marrón” y “azul”.
La frecuencia con la que surgen ciertos alelos en una población puede cambiar a lo largo de generaciones. Las condiciones ambientales son un factor que influye en este proceso: los alelos que garantizan que las plantas prosperen en su entorno actual suelen encontrarse cada vez con más frecuencia.
Los investigadores identificaron dos tendencias interesantes en sus pruebas genéticas: en los primeros 12 años, la frecuencia de los alelos en la cebada cambió de la misma manera en ambos campos.
“Nuestra interpretación de este hallazgo es que las poblaciones muy diversas provocadas por un cruce con cebada silvestre se estaban adaptando a las condiciones locales”, afirma el Dr. Agim Ballvora, que también participó en el estudio. “Al fin y al cabo, factores como el clima, el suelo y, sobre todo, la duración del día eran idénticos en ambas poblaciones”.
Sin embargo, las frecuencias alélicas de ambas culturas divergieron cada vez más en los años siguientes. En particular, la cebada cultivada con métodos de agricultura orgánica desarrolló variantes genéticas que eran menos sensibles al déficit de nutrientes o la falta de agua, es decir, alelos que influyeron en la estructura de las raíces.
“Una de las razones de esto probablemente sean las fuertes variaciones en la disponibilidad de nutrientes en la agricultura biológica”, afirma Léon.
La heterogeneidad genética facilita el proceso de adaptación.
La cebada cultivada convencionalmente también se volvió más uniforme genéticamente con el tiempo, lo que significa que el material genético de las plantas individuales cultivadas en el campo se volvió cada vez más similar de año en año. Sin embargo, la cebada orgánica siguió siendo más heterogénea.
Las frecuencias alélicas del cultivo orgánico también variaron más con el tiempo. Esto resultó en que algunos años fueran extremadamente favorables o desfavorables para algunos alelos. Esto podría deberse a que las condiciones ambientales fluctúan mucho más en la agricultura orgánica que con los métodos de encuadre convencionales: si ciertas enfermedades de las plantas se afianzan en un año, por ejemplo, las plantas dependerán más de los alelos que las protegerán.
La variabilidad de las fuerzas ambientales que actúan sobre las plantas parece conducir a una mayor heterogeneidad genética. “De este modo, las plantas pueden adaptarse mejor a este tipo de cambios”, afirma Léon.
En general, los resultados demuestran la importancia de cultivar variedades optimizadas para la agricultura ecológica . A medida que su composición genética se haya adaptado a estas condiciones, serán más robustas y producirán mayores rendimientos.
“Además, a la hora de cultivar plantas, parece tener sentido cruzarlas con variedades más antiguas o incluso silvestres”, explica Léon. “Nuestros datos también indican que esto podría beneficiar incluso a las variedades convencionales de alto rendimiento”.
Más información: Michael Schneider et al, El genotipado profundo revela huellas de adaptación específicas de la agricultura convencional y orgánica en poblaciones de cebada: un enfoque evolutivo de fitomejoramiento, Agronomía para el desarrollo sostenible (2024). DOI: 10.1007/s13593-024-00962-8
