MEJORAMIENTO GENÉTICO Y BIOTECNOLOGÍA herramientas para la adaptación de los cultivos al cambio climático

Transcripción

1 MEJORAMIENTO GENÉTICO Y BIOTECNOLOGÍA herramientas para la adaptación de los cultivos al cambio climático Luis Inostroza Ing. Agron., Dr. Cs. INIA Quilamapu

2 Mejoramiento genético y alimentación humana Población (miles de millones) Area arable o irrigadaa (10 9 ha) Fertilizante N (10 6 ton) Rendimiento de trigo (Mg ha -1 ) Años Slafer (2001)

3 Diversidad Genética Fundamento del mejoramiento genético.

4 Consecuencias del mejoramiento genético Incremento de la productividad en ambientes ideales Perdida de diversidad genética para caracteres que confieren adaptabilidad (rendimiento potencial vs estabilidad). Ineficiencia de los métodos de selección Incorporación de nuevas herramientas (fenotípicas y genéticas).

5 Nuevas herramientas disponibles (genéticas)

6 GENOMAS SECUENCIADOS 6 especies cultivadas + arabidopsis

7 Diseño de ideotipos Nuevas herramientas fenotípicas disponibles G-4 Photo-Proteccion G-3 Eficiencia en el uso del agua Leaf morphology: -wax/pubescence -posture/rolling -pale colour Anti-oxidants WUE of leaf photosynthesis -pigments -low 12/13 C discrimination -enzymes Spike/awn photosynthesis High harvest-index G-1 precocidad vegetativa Assimilation il rate stem carbohydrates Rapid ground cover -protects soil moisture Emergence from deep-sowing -Long coleoptile -Large seed G-2 acceso al agua (raíces) Favourable water relations: -stomatal conductance -Ψ Ψ leaf -high RLWC -cool canopy -(osmotic adjustment) t) Reynolds, 2003

8 Cambio climático y productividad de los cultivos Efectos directos (fisiología de planta) Incremento capacidad fotosintética de plantas C3 (Trigo, cebada). Estabilidad en C4 (maíz, sorgo). Incremento en la eficiencia en el uso >[CO 2 amb ] del agua en C3 y C4. Efectos indirectos (cambio climático) Incremento de temperatura (2-3 C) Cambio regimenes de precipitaciones (sequías e inundaciones). Ceccarelli et al., 2010

9 Proyecto integrado sobre Riesgo Climático y su Prevención en el Sector silvoagropecuario Iniciativa priorizada por el MINIAGRI. Considera dentro de sus líneas de trabajo desarrollar herramientas tecnológicas para adaptar los sistemas productivos a los nuevos escenarios climáticos, basadas en el mejoramiento genético.

10 Adaptación al cambio climático Desarrollo de variabilidad genética Ancestros silvestres Poblaciones naturalizadas (landraces) Bancos de germoplasma

11 Cultivos priorizados Cereales (trigo y cebada) Solanáceas (Papa y tomate) Praderas (trébol blanco y loteras) Problemática abordada por un equipo multidisciplinario (Mejoradores, agrónomos, fisiólogos, bioquímicos, biólogos moleculares, estadísticos y bioinformáticos)

12 Definiciones Tolerancia a sequía VS Eficiencia de Uso del agua Mantención del estado hídrico. Mantención de las funciones de la planta con alteraciones del estado hídrico. Rendim miento (R) R EUA = T Re-hidratación y estado hídrico y funciones de la Transpiración (T) planta después de la des De Wit (1958)

13 Estrategias para el desarrollo de germoplasma tolerante a sequía Desarrollo de RCSLs de cebada ' Harrington' Caesarea F 1 ' Harrington' ' BC 1 ' Harrington' BC 2 Selfing (6 generaciones) Matus et al., 2003

14 Caracterización genética Padre recurrente Padre donador (Harrington) (Caesarea )

15 Caracterización fenotípica Rendimiento de grano (Mg ha -1 ) Localidad Significancia Media Rango Moro ** Pendleton ** Cauquenes * Santa Rosa ** Media Localidades 4.7 **, * significativo con P < 0.01 y P < 0.05, respectivamente.

16 Mapeo asociativo como Herramienta molecular para asistir la selección de genotipos tolerantes a sequía En las 4 localidades se identificaron 50 QTL En el 48% de los QTL, el genotipo de H. spontaneum tuvo un efecto favorable sobre la expresión de los caracteres fenotípicos.

17 Tolerancia a Sequía y Eficiencia en el uso del agua en leguminosas forrajeras perennes

18 Lotus tenuis Perenne. Diploide. Polinización cruzada. Autofecundación incompatible. Fija N, bajos requerimientos de P, produce taninos condensados, forraje de alta calidad. En Chile no hay cultivares comerciales. Naturalizada en suelos marginales => Regiones de Valparaíso (32ºS) y del Bíobío (38ºS).

19 Acuña et al., 2009

20 Esquema de trabajo 1) Policruzamiento 2) Prueba de progenies 3) Desarrollo de sintéticos

21 Logros PMG Lotus 35 progenies caracterizadas agronómica y morfológicamente 10 líneas avanzadas en evaluación en tres localidades. 2 poblaciones con tolerancia a la sequía contrastante que serán caracterizadas molecularmente con marcadores microsatélites (Proyecto FONDECYT ). Identificación de QTL que controlan la tolerancia a sequía en L. tenuis (mapeo asociativo).

22 Eficiencia en el uso del agua en trébol blanco EVALUACIONES Agua transpirada Materia seca (tallos, hojas y raíces) EUA (MS/agua transpirada) PPH (MShojas/MSAt= g g -1 ) PAF (AFE PPH=cm 2 g -1 ) CWSI Δ 13 C gs

23 Producción de MS, transpiración (T) y eficiencia en el uso del agua (EUA) de once poblaciones de trébol blanco naturalizadas. Poblaciones Prod. MS T (kg of water) EUA (g pot -1 ) SEH CEH 2-3-X 21, X 21, X 26, X 22, X 20, X 22, X 18, X 22, X 18, Huia 14, Will 24, LSD Significance *** *** * *** 25-30% % Tratamientos hídricos SEH CEH LSD Significance *** *** Inostroza & Acuña, 2010.

24 Caracterización fenotípica de dos poblaciones con alta EUA para selección de parentales.