La biotecnología puede dotar a la agricultura de resiliencia ante los cambios climáticos

Estudios realizados con cultivos de maíz, caña de azúcar, arroz, trigo, soja, cacao y el árbol del caucho se dieron a conocer en el marco de un evento organizado por la FAPESP y por la agencia científica japonesa JST. El objetivo de dicho encuentro fue estimular la colaboración entre investigadores paulistas y japoneses

Por Bruno de Pierro  |  Agência FAPESP – Microorganismos presentes en la caña de azúcar pueden constituir una de las claves para incrementar la productividad en el campo y mitigar los efectos de los cambios climáticos, tales como las sequías severas, que afectan a diversos cultivos agrícolas relacionados con la alimentación y con la producción de bioenergía.

En un proyecto realizado en el Centro de Investigaciones en Genómica Aplicada a los Cambios Climáticos (GCCRC), científicos identificaron hongos y bacterias que favorecen el crecimiento de la caña de azúcar y, posteriormente, inocularon esos microorganismos en cultivos de maíz. Este experimento redundó en la obtención de plantas con una mayor tolerancia a la escasez de agua y hasta en una triplicación de su biomasa.

El GCCRC es un Centro de Investigaciones en Ingeniería (CPE) constituido por la FAPESP y por la estatal nacional Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa), cuya sede se encuentra en la Unicamp, la Universidad de Campinas (en el estado de São Paulo, Brasil).

“El maíz cultivado con microorganismos que habitan en la caña de azúcar tardó para empezar a sufrir a causa de la sequía y se recuperó más rápido tras padecer el estrés hídrico”, comentó el genetista Paulo Arruda, coordinador del referido centro, durante el workshop intitulado Biotechnologies for efficient and improved production of food crops and bioenergy, que tuvo lugar en la sede de la FAPESP a finales de 2019.

De acuerdo con Arruda, los experimentos indican que ciertos hongos y bacterias son efectivamente capaces de alterar la fisiología de las plantas. Pueden disminuir la temperatura de las hojas hasta 4 °C, por ejemplo, ayudando así a los vegetales a controlar el consumo de agua. En una prueba realizada en el interior del estado de Bahía –situado en el nordeste brasileño, una región conocida por sus largos períodos sin lluvias– los científicos observaron que los microorganismos también actuaron contra la enfermedad conocida como achaparramiento del maíz, que lleva a una merma la producción de espigas.

El equipo del GCCRC trabaja actualmente en la secuenciación del genoma de ese grupo conformado por alrededor de 25 mil bacterias y 10 mil hongos con el objetivo de entender cómo actúan en las plantas. Esa enorme cantidad de datos se analiza con la ayuda de inteligencia artificial. “Algoritmos realizan el trabajo de mapear patrones genéticos relacionados con funciones metabólicas de los microorganismos”, dijo Arruda, quien hace hincapié en la importancia de los bancos de microorganismos en la investigación genética y en el desarrollo de inoculantes que sirvan como alternativa a los fertilizantes químicos.

Nuevas colaboraciones

El workshop, organizado conjuntamente por la FAPESP y por la Japan Science and Technology Agency (JST), congregó a científicos de São Paulo y de Japón que realizan investigaciones en biotecnología de plantas con el objetivo de estimular nuevas colaboraciones. “Iniciamos un diálogo con investigadores japoneses interesados en inocular los microorganismos en los cultivos de arroz”, comentó Arruda, quien mantiene colaboraciones con grupos de Estados Unidos y de Europa.

Para la bióloga Marie-Anne Van Sluys, docente del Instituto de Biociencias de la Universidad de São Paulo (IB-USP) y una de las organizadoras del evento, dicho encuentro constituyó una oportunidad para que los japoneses entrasen en contacto con la investigación científica que llevan adelante los paulistas.

De acuerdo con Van Sluys, la FAPESP y la JST están interesadas en promover nuevas alianzas de investigación mediante una convocatoria conjunta, por ejemplo. Esto sería posible en el marco de uno de los programas internacionales de la JST, denominado SICORP (acrónimo de Strategic International Collaborative Research Program).

“En la modalidad SICORP, ambas instituciones determinan un tema de investigación de interés común y destinan recursos para proyectos seleccionados por pares”, explicó Makie Kokubun, gerente de programas de la JST.

Tsukasa Nagamine, supervisor de programas internacionales de la agencia científica japonesa, presentó proyectos que la misma financia y que resultaron en el mejoramiento de cultivos, especialmente de arroz, trigo y soja, en países tales como Afganistán, Madagascar, Kenia y Sudán. También se refirió a la importancia de los bancos de germoplasmas, como el de la Organización Nacional para la Investigación en Agricultura y Alimentación (Naro), vinculada al gobierno japonés. “En una de las investigaciones que se beneficiaron con la colección de la Naro se logró desarrollar variedades de plantas resistentes a la striga [la hierba bruja], una maleza sumamente devastadora”, dijo Nagamine.

Carlos Américo Pacheco, director presidente del Consejo Técnico Administrativo de la FAPESP, evocó el acuerdo de cooperación suscrito por ambas agencias en 2014. “El diálogo entre la FAPESP y la JST ya se extiende durante cinco años y apunta a promover iniciativas de colaboración científica y tecnológica en áreas prioritarias, entre ellas la biotecnología”, dijo.

Colaboraciones más maduras

La capacidad brasileña en la investigación genómica aplicada a la agricultura y el potencial tecnológico desarrollado por los japoneses pueden redundar en colaboraciones más maduras, capaces de generar conocimiento e innovaciones de punta, en las palabras de la bióloga Anete Pereira de Souza, del Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (CBMEG), instalado en la Unicamp.

“En Japón se han desarrollado nuevas técnicas de secuenciación genética, y esto es algo que con seguridad nos interesa”, dijo. “Estamos aptos para entablar alianzas de alto nivel con laboratorios japoneses competitivos, como el Instituto Riken”. Para Pereira de Souza, ya no se trata de encarar a Brasil como un mero proveedor de germoplasmas [semillas, células y demás materiales genéticos] de otros países, sino como un socio científico estratégico.

En los últimos años, la investigadora se ha venido dedicando a la secuenciación del genoma de distintos cultivos, tales como el cacao y el árbol del caucho, para poner a prueba una técnica conocida con el nombre de selección genómica, bastante aplicada en el mejoramiento de razas bovinas, por ejemplo, y que ahora ha comenzado a adquirir fuerza en la agricultura.

“Se trata de una alternativa al mejoramiento genético convencional”, afirmó Pereira de Souza, en referencia al método consagrado de efectuar combinaciones de plantas parentales con el objetivo de obtener, al cabo de varias generaciones, una planta con características superiores a las de aquellas que le dieron origen. El problema, según dijo la investigadora, reside en que ese proceso es caro y largo.

Mientras que el mejoramiento genético tradicional contempla únicamente las características fenotípicas (observables) de la planta, la selección genómica efectúa una asociación del fenotipo con secuencias del genoma. “Esto hace posible predecir fenotipos complejos mediante el análisis de marcadores moleculares, que son fragmentos del ADN”. Con esa técnica, sostuvo Pereira de Souza, es posible obtener nuevas variedades de plantas en menos tiempo y con menos dinero.

En este momento, Pereira de Souza y su equipo se abocan al análisis de informaciones genéticas del árbol del caucho o hevea, con el objetivo de aplicar la selección genómica en el desarrollo de variedades más productivas y resistentes de la especie, de la cual se extrae el látex que se emplea en la producción de caucho natural.

“Existe una urgencia en la obtención de heveas adaptadas a climas más fríos y secos como una solución tendiente a impedir la acción del hongo causante de la enfermedad conocida como mal de las hojas del caucho, que afecta a los árboles del caucho en las zonas más cálidas y húmedas”, explicó a investigadora. “Países asiáticos como China y Tailandia son los mayores interesados, toda vez que enfrentan actualmente la infestación de este hongo en sus plantaciones de hevea”, dijo.

El mejoramiento de la caña de azúcar

La aguardada publicación del genoma completo de la caña de azúcar le dará impulso a la técnica de la selección genómica en Brasil, declaró la bioquímica Glaucia Mendes Souza, del Instituto de Química de la USP y miembro de la coordinación del Programa FAPESP de Investigaciones en Bioenergía (BIOEN). La conclusión de este trabajo, publicado recientemente en la revista GigaScience, llegó al cabo de 10 años (lea más en: agencia.fapesp.br/32097). 

“Esto significa que los programas de mejoramiento de la caña de azúcar no trabajarán más al oscuro”, dijo Mendes Souza. El proyecto brasileño en cuyo marco se secuenció el 99,1% del genoma de la caña de azúcar, del cual el BIOEN forma parte, decodificó 373 mil genes y puso en evidencia la complejidad de esta planta. El genoma humano −a modo de ejemplo− posee 22 mil genes.

Mendes Souza participó recientemente en una audiencia pública de la Comisión de Ciencia y Tecnología del Senado brasileño, en la cual se refirió a los posibles aportes de la ciencia al RenovaBio, una nueva política nacional de biocombustibles que entra en vigencia durante este año 2020.

“El etanol brasileño podrá ocupar en 2045 el lugar de un 13% del consumo de petróleo en todo el mundo, amén de contribuir con la disminución de un 5,6% de las emisiones de carbono mundiales en idéntico período. Pero le faltaba al país montar una estructura de gobernanza para la bioenergía. El RenovaBio ocupa esa laguna”, dijo Mendes Souza.

El workshop realizado en la FAPESP contó también con la participación de la Ingeniera agrónoma Tsai Siu Mui, del Centro de Energía Nuclear en la Agricultura (Cena) de la USP, que viene estudiando el microbioma de la llamada tierra negra antropogénica, un suelo enriquecido producido por los pueblos originarios de la Amazonia, cuya presencia más antigua se detectó en la región del alto río Madeira. Este suelo más oscuro se forma a partir de detritus orgánicos acumulados donde hubo ocupaciones humanas prolongadas. “Es sumamente fértil y rico en fósforo. Y puede recreárselo con el objetivo de recuperar áreas degradadas”, explicó Tsai Siu Mui.