Mª José Suso

Instituto de Agricultura Sostenible (CSIC)

La alarma con respecto a la erosión genética, reducción de la diversidad genética, de los Recursos Fitogenéticos (RF) fue ya articulada por los científicos a mediados del siglo veinte y, desde entonces, ha sido una parte importante tanto de los tratados nacionales como internacionales. En la actualidad la promoción del uso sostenible de los RF es una recomendación prioritaria del Tratado Internacional sobre los Recursos Fitogenéticos para la Alimentación y la Agricultura (TIRFAA) cuyo Órgano Rector tuvo su primera reunión en junio 2006 en Madrid. El TIRFAA, en su artículo 6, añade que la búsqueda de una mayor diversidad de los cultivos debe de ir acompañada de una investigación que ponga a disposición de los agricultores una agrodiversidad más amplia. Por lo tanto, es en este contexto en el que hay que enfocar los objetivos de conservación de los RF.

El propósito de mi artículo es sugerir una aproximación al uso sostenible de los Recursos Genéticos de Leguminosas Grano (RG/LG) (habas, garbanzos, lentejas, guisantes etc.) a través del reforzamiento de una investigación que atienda a las necesidades de aumento de la producción, de la calidad y de la sostenibilidad ambiental basada en la integración del conocimiento de la relación planta-polinizador (RPP) en el esfuerzo de conservación.

El marco de actuación

El uso sostenible de los RF es una tarea compleja. La misión es no solamente mantener la diversidad genética sino también integrar los componentes agro-ecológicos que sostienen el proceso que crea la diversidad en un sistema abierto y dinámico.

Estrategias futuras que conecten conservación de los RF y el uso sostenible del germoplasma deben considerar los dos siguientes asuntos interrelacionados:

1. Desarrollo de una aproximación que saque el mayor partido de la biodiversidad disponible localmente en el agro-ecosistema. Hay que conceder una atención especial a la biodiversidad silvestre, fauna silvestre, por ejemplo, relacionada con el agro-ecosistema. Teniendo en cuenta que las Leguminosas son visitadas por un gran número de abejas (solitarias, domésticas y abejorros) es obligado hacer un mejor uso de estos polinizadores potenciales. El papel de los polinizadores como agentes de polinización y de cruzamientos tiene que ser considerado. Los polinizadores contribuyen al cuajado de la semilla y de la vaina y al desarrollo de plantas vigorosas que escapan a enfermedades y a la sequía pero también, y de forma importante, a la polinización cruzada. Como agentes de cruzamiento juegan un papel muy importante en la estructura de la diversidad entre y dentro de los cultivares locales. Los polinizadores como agentes de polinización cruzada deberían también ser valorados en los programas de conservación: introgresión y de incorporación. Por ejemplo los polinizadores pueden ayudar a aumentar el nivel de alogamia en el desarrollo de un programa de incorporación o a mantener la producción y la estabilidad de la producción en las poblaciones de reservorio masal (PRM).
2. La proposición de alternativas a la producción para los agricultores a través del desarrollo de los servicios no alimentarios de los cultivos por ejemplo a través del desarrollo de la función ambiental. La producción de LG tiene efectos beneficiosos sobre el agro-ecosistema, tales como suministrar un paisaje atractivo y, más importante, sitios de forrajeo y de anidamiento para las abejas. Hasta recientemente, las polinización ha sido considerada como uno de los «servicios libres de la naturaleza» por lo tanto dada por supuesto y no valorada; raramente se ha considerado como un input. Pero, este punto de vista debe cambiar porque hay una gran evidencia que indica que los polinizadores están en declive en el mundo. Es obligado considerar cómo los cultivos de LG pueden sostener abejas y abejorros en abundancia los que, a su vez, contribuyen a la performance del cultivar local.

En el contexto del agro-ecosistema los servicios suministrados por los polinizadores y los servicios suministrados por las leguminosas son interdependientes y también la conservación de los polinizadores y de los recursos genéticos del cultivo. El diseño de estrategias que conecten conservación y uso sostenible de los RG requiere un esfuerzo masivo enfocado en el entendimiento de los patrones de variación de ambos componentes: polinizador y planta. Es necesario ir mas allá de la simple descripción de la diversidad de la variedad local y hacerse preguntas más complejas pero al mismo tiempo más significativas. Estas preguntas incluyen los modos en los que los componentes y no-componentes del cultivo, tales como los polinizadores y las plantas, se relacionan.

¿Como implementar estas cuestiones el marco de la conservación y uso de los recursos genéticos de las Leguminosas Grano?

Hay dos aproximaciones principales:

1. Introgresión. Implica la transferencia, a partir de los RG, de caracteres altamente heredables gobernados por uno o pocos genes, a los materiales del mejorador.
2. Incorporación. La introgresión es la aproximación mayoritariamente practicada en la actualidad porque el análisis de los complejos génicos condujo a la creencia de que para evitar la vulnerabilidad de los cultivos se necesitaban nuevas fuentes de resistencia a enfermedades y pestes.

Sin embargo, esta creencia pasa por alto dos cuestiones importantes:

1. La heterocigosidad y la heterogeneidad son mecanismos de defensa contra estreses impredecibles.
2. Se ha demostrado que la heterogeneidad y la heterocigosidad están asociados con una reducción de la vulnerabilidad de los cultivos. Consecuentemente, la investigación tiene que apoyar un programa de incorporación en el que se dé mas énfasis a un mantenimiento del nivel de heterogeneidad y de heterocigosidad a través del apoyo a métodos complementarios de conservación ex situ que suministren un manejo dinámico de los RG.

El término dinámico se refiere a diferentes conceptos en el campo del manejo del germoplasma. Inicialmente se refería a las poblaciones mantenidas y manejadas en su hábitat (conservación in situ y en la granja), pero, también el término dinámico se refiere a la utilización del germoplasma a través de un programa de incorporación. Este método de conservación, permite que el proceso eco-evolutivo que dio forma a la diversidad genética y a la adaptabilidad continúe a través del desarrollo de poblaciones reservorio masales (PRM, mass reservoir).

Las PRM son poblaciones altamente variables y heterogéneas derivadas del cruzamiento entre un gran número de entradas de distintos orígenes, que se multiplican a lo largo de varias generaciones y se propagan en distintos ambientes, tanto in situ (en manos de los agricultores), como ex situ (en los bancos de germoplasma). La reproducción de las PRM a lo largo de un número de ambientes diversos conduce a preservar una gran parte de la variabilidad para uso inmediato en mejora y apoya una mejora participativa. Esta estrategia requiere la elección de los sitios para la multiplicación, el control de la polinización cruzada, el control del flujo génico entre las PRM locales y el uso de los criterios de selección de los mejoradores y de los agricultores, cuando sea necesario, para evitar una evolución no favorable a través de la selección natural.

En cada sitio se promueve la recombinación y también una selección masal débil que contribuya a la adaptación de las poblaciones individuales. La diversidad y la recombinación tienen que maximizarse en la fase inicial. El sistema de cruzamiento es de gran importancia para la respuesta adaptativa de cada población y juega un papel principal en la estructuración de la diversidad entre y dentro de las poblaciones. Se ha demostrado que en una población finita bajo selección la respuesta adaptativa óptima se alcanza con un sistema de polinización cruzada mixto: de alogamia parcial. Para definir estrategias en un programa de incorporación es esencial que se desarrollen los descriptores del sistema de cruzamiento.

Aspectos relegados

Un programa de incorporación requiere suficiente recombinación, que tiene que ser maximizada, y aislamiento de los materiales actuales de mejora. La polinización cruzada debe favorecerse porque produce genotipos variables y crea nuevas combinaciones alélicas en cada generación. Los beneficios de la incorporación, re-agrupamiento de los alelos a lo largo de las generaciones y generación de variabilidad para una selección futura han sido claros y patentes en plantas alógamas.

Sin embargo, en las especias autógamas y una gran parte de los cultivos de LG los son, se pueden presentar dificultades. La investigación para el uso sostenible de los RG/LG tiene que orientarse hacia el desarrollo de una tecnología que ponga mayor énfasis en el perfeccionamiento de técnicas que aumenten el nivel de polinización cruzada. Está tecnología además tiene que ser respetuosa con el medio ambiente y hacer uso de los recursos locales.

Tradicionalmente, los programas de incorporación están basados en el método de selección recurrente y la polinización cruzada se ha facilitado utilizando andro-esterilidad. Sin embargo, teniendo en cuenta que una dispersión de polen efectiva depende de la manipulación por parte de la planta, a través de las características florales, del comportamiento del polinizador, la alogamia y consecuentemente el nivel de recombinación se puede aumentar a través de la selección de caracteres florales que aumentan el nivel de alogamia. Dado que la investigación en RG/LG ha puesto poca atención en estos asuntos, hay una gran carencia en la capacidad de mantener estos recursos exitosamente.

Se puede pensar que un inconveniente importante en el desarrollo de un programa de incorporación es que la evolución bajo domesticación de un gran número de LG ha conducido a autofecundación y asociado al paso de polinización cruzada a autofecundación se producen cambios en las características de las plantas que conducen a una disminución o alteración de las claves de forrajeo para los polinizadores y de las recompensas. Por lo tanto, ¿es posible implementar un cambio en el sistema de cruzamiento autógamo hacia otro basado en una tendencia a la alogamia?

Conversión de especies autógamas en especies con un cruzamiento mixto

Hay un asunto relacionado con la conversión de una especie autógama en parcialmente alógama que habría que analizarse y es nuestra imagen del sistema de cruzamiento.

Una reflexión que me gustaría compartir es la siguiente. Ha habido una aceptación generalizada del hecho de que autogamia y alogamia son estados estables y relativamente simétricos. Efectivamente, investigaciones pasadas sobre el sistema de cruzamiento concordaban en que alogamia y autogamia son estados alternativos y estables de la evolución del sistema de cruzamiento. Las poblaciones de las plantas o son alógamas o son autógamas.

Sin embargo, estudios empíricos actuales enfocados es el análisis del sistema de cruzamiento (1) muestran que la distribución de la frecuencia de alogamia de las poblaciones de especies anemógamas (polinizadas por el viento) es claramente bimodal. Las poblaciones anemógamas son o altamente autógamas o altamente alógamas de forma que los valores de alogamia intermedios son muy raros. En contraste, las poblaciones de especies polinizadas por insectos presentan un sistema de cruzamiento mixto. Las poblaciones de especies entomógamas, caso de las LG, experimentan cantidades significativas de alogamia y de autogamia.

Este cambio del entendimiento del sistema de cruzamiento desde el convencional hacia el reconocimiento de que las poblaciones de muchas especies entomógamas son parcialmente alegamas implica, por lo tanto, que los factores que generan valores intermedios de alogamia pueden ser analizados y la selección para mayores niveles de alogamia puede ser llevada a cabo.

Además, podemos reflexionar que el sistema de cruzamiento en los cultivares locales, en manos de los agricultores, puede diferir del que los mejoradores tradicionalmente han supuesto, como de hecho se ha demostrado ya en especies tales como soja y lenteja, por poner dos ejemplos, en las que se han indicado valores de alogamia más altos que los esperados (2, 3).

Aislamiento entre las Poblaciones Reservorios Masales

Asegurar un aislamiento adecuado entre las PRM durante la multiplicación es un paso importante en el mantenimiento de la integridad genética durante un programa de incorporación.

Un campo de multiplicación de germoplasma es un mosaico de diferentes poblaciones de un cultivo o de distintos cultivos y es en este contexto en el que el aislamiento de las PRM tiene que ser evaluado. Hay una serie de poblaciones creciendo a una distancia unas de otras pero que pueden estar ligadas por la dispersión de polen. De importancia crítica para la determinación de la estrategia de aislamiento es la determinación del flujo génico entre las parcelas debido a polen. Los mejoradores están familiarizados con estudios de este tipo, pero en general el flujo génico debido a polen se ha analizado considerando las parcelas de cultivo como sumideros de polen. Los esfuerzos eran minimizar la importación de polen de fuera de los límites de la parcela. Sin embargo, en un campo de multiplicación de germoplasma hay que analizar también la exportación de polen. El flujo génico debido a polen tiene que ser analizado desde la perspectiva del movimiento de polen fuera de la parcela, esto es, las entradas comportándose como donadoras de polen. Este aspecto es importante no solamente para implementar el aislamiento entre entradas sino también para entender el mantenimiento de la diversidad en los campos de los agricultores.

Voy a comentar los resultados de un estudio llevado acabo con el objetivo de ensayar la efectividad de diferentes estrategias de aislamiento para el control del flujo génico debido a polen (4). El estudio se centro en las habas, Vicia faba, especie considerada como modelo debido a su comportamiento alternativo como autógama y alógama. Por lo tanto, este análisis puede servir como base para estudios posteriores en otras especie de LG con mecanismos polinizadores semejantes.

Los patrones de flujo génico se analizaron para probar la efectividad de las siguientes estrategias de aislamiento: 1) una zona libre de vegetación; 2) la misma zona plantada por Vicia narbonensis. El papel de Vicia narbonensis, una especie incompatible pero con flores similares, es desalentar a los polinizadores a abandonar la parcela, y 3) la misma zona de aislamiento pero con dos cultivos trampa, un genotipo andro-estéril y otro tetraploide. Los cultivos trampas se utilizaron para servir como sumideros de polen (sitios para que las abejas depositen el polen después de forrajear para néctar). Los resultados indicaron que el flujo génico es dependiente de una combinación particular de localidad, barrera y genotipo. Así, plantar una barrera rodeando las parcelas, en vez de utilizar un área no cultivada, parece ser más o menos eficaz en la prevención del flujo génico dependiendo de la localidad y del genotipo. La frecuencia de flujo génico esta influenciada por la interacción entre comportamiento del polinizador, las barreras y el cultivar. Esta interacción tiene que ser local y rigurosamente estudiada para tomar decisiones sobre aislamientos apropiados.

La hipótesis de un efecto generalizado de las barreras sobre los genotipos se tiene que rechazar y reemplazar por una explicación más compleja de los patrones encontrados. No han sido estudiados adecuadamente los métodos de aislamiento entre las poblaciones cuando se multiplican y su influencia en la estructura genética. La expansión de métodos de investigación para la evaluación cuantitativa del flujo génico, de las barreras al flujo génico y de la determinación rápida de las entradas que presentan gran flujo potencial permitirá elegir el método más deseable para cada población.

El camino hacia el futuro

¿Cuál es la dirección a seguir en el futuro para abordar de forma efectiva el uso sostenible de los RG/LG?

Para promover el uso sostenible de los RG/LG a través de un programa de incorporación es conveniente y necesaria una investigación en dos fases:

1. En primer lugar, el sistema de cruzamiento y las fuerzas que lo conforman (relación planta-polinizador) tiene que ser evaluado. Considerando que no todos los sitios tienen el mismo nivel de alogamia, es imperativa una aproximación geográfica que cubra un rango extenso de ambientes ecológicos.
2. En segundo lugar, la variabilidad genética para caracteres relacionados con el sistema de cruzamiento tiene que ser investigada en los cultivares locales con el objetivo de identificar el germoplasma con alto grado de alogamia potencial. Los descriptores florales tienen que ser re-examinados en el papel que pueden jugar en la evaluación de materiales del banco en este sentido. Variación genética de caracteres relacionados con el sistema de cruzamiento en los cultivares locales indicará que la selección en estos materiales es factible y una aproximación de valor para el desarrollo de germoplasma mejorado.

La conservación y uso sostenible de los RG requiere una visión holística que analice cómo los polinizadores y las características de la planta interaccionan para dar forma a la estructura genética del cultivar. El uso reciente de marcadores moleculares hipervariables, los nuevos avances en la estimación del sistema de cruzamiento en combinación con análisis de regresión y de sendero suministra oportunidades excitantes para ir mas allá de la introgresión de genes o caracteres, que ha sido un rasgo central de pre-mejora, hacia a una estrategia orientada hacia la obtención de poblaciones locales mejoradas. Los mejoradores y conservadores de germoplasma deberán abordar cuál es la mejor manera de integrar los avances en las áreas de la biología reproductiva y de poblaciones para facilitar el uso sostenible de los recursos genéticos.

Referencias

(1) Vogler, D. W.; Kalisz, S. 2001. Sex among the flowers: The distribution of plant mating systems. Evolution 55 (1) 202-204

(2) Ohara, M., and Y. Shimamoto. 2002. Importance of genetic characterization and conservation of plant genetic resources: the breeding system and genetic diversity of wild soybean (Glycine soja). Plant Species Biology 17:51-58.

(3) Horneburg, B. 2006. Outcrossing in lentil (Lens culinaris) depends on cultivar, location and year, and varies within cultivars. Plant Breeding 125: 638-640.

(4) Suso, M.J., Gilsanz, S., Duc, G., Marget, P. and Moreno, M.T. 2006. Germplasm management of faba bean (Vicia faba L.): Monitoring intercrossing between accessions with inter-plot barriers. Genetic Resources and Crop Evolution (2006) 00: 1-13.