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La seguridad alimentaria mundial podría depender de la información de los bancos de genes

Secuenciación y fenotipado de alto rendimiento pueden mejorar la utilidad de los recursos fitogenéticos.

La utilización de las bases de datos de los bancos de genes podría resultar fundamental para los desarrolladores en tanto se incrementen los datos disponibles de las accesiones actuales y futuras.

El National Plant Germplasm System (NPGS) de EE. UU. es una amplia base de datos en línea, que cataloga todas las semillas y germoplasma recolectado y almacenado en los bancos de genes del United States Department of Agriculture (USDA) con el fin de reforzar la seguridad alimentaria y ambiental.

El NPGS permite a científicos recurrir a su base de datos para encontrar materiales que le ayuden a desarrollar plantas de cultivo resistentes a enfermedades y condiciones ambientales variables, muchas veces asociadas al cambio climático.

Los cultivos están adaptados a un entorno determinado, cuando el mismo varía, se podría en teoría regresar a un banco de genes y encontrar accesiones con información suficiente y actualizada que hicieran el camino más fácil para determinar su utilidad. Pero la información disponible es, en la mayoría de los casos, insuficiente para tomar decisiones.

Los investigadores del USDA y los bancos de genes de todo el mundo están tratando de mejorar este aspecto. Se están genotipando accesiones. A través de distintos métodos analizan su DNA para determinar la existencia de rasgos particulares y hacer que la base de datos NPGS sea más fácil de usar.

La base de datos NPGS es parte de una red mundial en crecimiento de bases de datos de bancos de genes llamada Germplasm Resource Information Network o GRIN-Global.

En 2015, el Dale Bumpers National Rice Research Center del USDA en Stuttgart, Arkansas comenzó a genotipar 2.000 accesiones de arroz mediante el análisis de fragmentos de DNA utilizando microsatélites o Simple Sequence Repeat (SSR). Identificaron marcadores en cuatro genes principales que están asociados con la explosión, la enfermedad más grave del arroz, causada por el hongo Magnaporthe oryzaeque. El hongo causa una pérdida del 10 al 30 por ciento de la cosecha mundial de arroz cada año.

Pero muchos bancos de genes en el mundo ya están usando secuenciación. Uno de ellos es el Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) de Alemania que secuenció las 22.000 accesiones de cebada de la colección del IPK.

Mientras tanto, el International Rice Research Institute en Filipinas ya ha logrando secuenciar el genoma completo de 3.000 de sus más de 13.000 accesiones de arroz.

El Consultative Group on International Agricultural Research (CGIAR), un consorcio de centros internacionales de investigación agrícola, comparte una extensa colección de más de 760 mil accesiones conservadas de plantas, la mayoría de estas accesiones están dentro un sistema de acuerdos multilaterales regido por el International Treaty on Plant Genetic Resources for Food and Agriculture (ITPGRFA).

Sin embargo, a pesar del éxito en la recolección y conservación, solo una pequeña porción de la diversidad genética se ha utilizado en programas de mejoramiento de cultivos.

Algunas tecnologías avanzadas pueden facilitar eficazmente el uso de diversas accesiones que se encuentran en los bancos de germoplasma nacionales e internacionales. El fenotipado de alto rendimiento utilizando drones y sistemas de imágenes multiespectrales, combinados con el machine learning y la inteligencia artificial, permitirá evaluar semillas, raíces, hojas y otros indicadores críticos y las condiciones ambientales que las afectan, en forma rápida, para un gran número de accesiones en busca de rasgos útiles.

Dichos datos, cuando se combinan con datos de secuenciación del genoma, aumentan significativamente la eficiencia en los esfuerzos de mejoramiento. Estas tecnologías y estrategias avanzadas desarrolladas a través de los programas mundiales de investigación podrán ser aplicadas a muchas especies críticas para la alimentación de la población mundial.