Resultados y avances obtenidos en la biofortificación del maíz en Latinoamérica

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1 Resultados y avances obtenidos en la biofortificación del maíz en Latinoamérica CIMMYT H Córdova G Atlin N. Palacios K. Pixley El Salvador H Deras Honduras O Cruz E Duron CIAT R Urbina Haití E Magloire México M. Sierra Guatemala L Larios O Salazar JL Zea Nicaragua R Valdivia G. Brenes A. Pineda Panamá R Gordon I Camargo E Quiroz

2 1. Maíz de alta calidad proteica: una tecnología madura para combatir desnutrición y pobreza en Centroamérica y el Caribe

3 Opaco-2 maíz: Efectos positivos: Casi doble contenido de lisina y tryptofano en el endospermo Efectos negativos: Endospermo harinoso/textura suave Seca despacio Mas pudrición / Mas susceptible daño gorgojo Rendimiento menos Niveles reducidas de metionina OPACO

4 El maíz de alta calidad de proteína (QPM) Contiene opaque-2, la mutación natural que aumenta la concentración del lisina y triptofano Aproximadamente dobla el valor biológico de la proteína del maíz. Tiene genes modificadores que recuperan endosperma dura, moderan los efectos negativos de opaque-2 Maíz Normal QPM Lisina (% Prot) % (prm. 2.0%) % (prm. 4.0%) Opaque-2 Trp (% Prot) % (prm. 0.4%) % (prm. 0.8%) QPM

5 Opaco-2 maíz: Nutrición de Niños Calidad % de Leche Bressani, et al. 1969b Viteri et al Maíz Normal Maíz o2o Leche 100

6 Hasta dónde llegamos? 1. Los beneficios nutricionales de maíz ACP para alimentación humana son probadas. 2. Las variedades son iguales o mejores a los materiales comerciales mas avanzadas en rendimiento y otras características agronómicas importantes 3. Hay semilla suficiente de progenitores para apoyar multiplicación en escala grande 4. Como poner la tecnología en los manos de agricultores, y en el alcance de la gente mas pobre de Centroamérica? 5. Tenemos que entender mejor el papel de maíz ACP en alimentación animal

7 1. Efectos nutricionales: beneficios de QPM en la dieta de niños. Nilupa S. Gunaratna Purdue University Meta-analice - agrupación de estudios comunitarios in África, Latino América y Asia en el efecto de QPM en crecimiento de niños con moderado desnutrición y donde maíz es una parte significativa del dieta QPM substituido a maíces normales fue asociado un promedio de 8% (95% CI: 4-12%) incremento en la taza de crecimiento en altura 10% (95% CI: 4-13%) incremento en la taza de crecimiento en peso No hubo bajada en morbididad Aceptado para publicación

8 Colombia 1974 Ghana Efectos nutricionales: nutrición animal Guatemala 2000 EL Salvador 1999

9 Resumen de la potencial de maíz ACP en producción animal El análisis en nutrición animal es al fondo un análisis económico. Hay que preguntar si el uso de dietas con maíz ACP es más rentable que las alternativas. En producción de animales de patio, los sistemas evaluadas tienen que ser realistas. En producción comercial, ha que incluir los costos reales de almacenamiento y distribución de un grado de maíz separado. El ácido amino limitante en aves es metionina, no lisina y triptófano En producción animal, QPM tiene su mayor potencial en producción artesanal de cerdos de patio Estamos evaluando producción de cerdos con QPM con FIPAH y DICTA en Honduras bajo condiciones realísticas (CIDA-CCLF)

10 2. Variedades con alta potencial y adaptación amplia: Promedios de hibrídos triples avanzados: 15 localidades en Centroamérica, México, y Colombia: 2008 HIBRIDO Tipo Rend AM/ AP pmc ppm par (CLRCW85/CLRCW97)//CML494 Norm (CML502/CLQRCWQ108)//CML491 QPM (CLQRCWQ26/CLQRCWQ108)//CML491 QPM (CML502/CLQRCWQ26)//CML491 QPM (CLQRCWQ10/CLQ6315)//CML491 QPM (CLRCW96/CLRCW85)//CML494 Norm (CLG2312/CML495)//CML494 Norm CML247/CML254 Norm Prom test. locales Prom DMS

11 Promedios de híbridos nuevos blancos ACP y normales a tráves de 15 localidades en México, Centroamérica, Colombia Tipo Rend. Cond. normales Rend. Bajo sequía pmc ppm par QPM Normal Estamos cerca con rendimiento potencial y rasgos defensivos Necesitamos mejorar ahora en tolerancia a sequia y baja fertilidad

12 Promedios de híbridos triples amarillos avanzados: 14 localidades en Centroamérica, México, y Colombia Hibrido Tipo Rend pmc pmp par (CLRCY044/CLRCY039)//CL02450 Norm CML451/CL02450 Norm CL02450Q/CML451Q QPM (CLQRCYQ49/CLQRCYQ66)//CML165 QPM (CLQRCYQ66/CLQRCYQ47)//CML165 QPM CML161/CML165 Norm Local Check Average Norm Prom LSD

13 Promedios de híbridos nuevos amarillos ACP y normales a tráves de 14 localidades en México, Centroamérica, Colombia Tipo Rend Rend sequía (Zim) pmc ppm par QPM Normal

14 Promedios de híbridos triples blancos avanzados: 4 localidades en México Hybrid Type Rend pmc ppm par MONSANTO DK 357 Normal PI0NEER 30F32 Normal (CLG2312/CML495)//CML494 Normal (CLQRCWQ116/CML491)//CML503 QPM Promedio DMS

15 Promedios de híbridos triples amarillos avanzados: 4 localidades en México Híbrido Rend pmc ppm par CML451/CNL481/CLRCY017 (CLQRCYQ49/CLQG2508 )//CML165 CL02450Q/CML451Q PIONEER 30F35 MONSANTO DKB DMS

16 Análisis de Adaptabilidad de Rendimiento de Grano (kg ha -1 ) de Híbridos y Variedades Mejoradas de Maíz de Grano Blanco y Amarillo. Nicaragua Híbridos L1 L2 L3 L4 L5 Media % ST F K F F F F MAZORCE DE ORO (T) H-INTA DK NB NB-6 (T) NUTRINTA AMARILLO NUTRADER NB-S Media DMS L1: Llano Redondo Esteli, Esteli; L2: La Presa, Esteli; L3: Teotecacinte, Jalapa; L4: El Junco, Jalapa; L5: Santa Rosa, Managua. %ST: Porcentaje Sobre Testigo Espinoza et al. 2008

17 Retos técnicos: Producción de semilla Hemos tenido problemas con producción de híbridos triples usando la línea CML491 como macho Problemas de coincidencia y sensibilidad a calor durante floración Estamos poniendo más enfoque en cruzas dobles otra vez F2 x F2 o cruzas entre sintéticos estrechos? Retos técnicos: Calidad de semilla En Centroamérica, solamente El Salvador tiene capacidad de analizar en manera rutina para lisina y tryptófano en el programa de mejoramiento Nicaragua esta enviando técnicos para capacitación en CIMMYT Hay progreso importante en análisis de bajo costo con NIR

18 Evaluación de triptófano con NIR R 2 = Natalia Palacios, resultados no publicados

19 Validación en laderas, cultivos intercalados con fríjol El Salvador, 2007

20 40 hectáreas de PLATINO, hibrido QPM. Corralito (30 agricultores), El Salvador 2007

21 DIA DE CAMPO PARCELAS DE VALIDACION TECNOLOGICA. 2008

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24 Generando apoyo político

25 Hay semilla suficiente de progenitores para apoyar multiplicación en escala grande País Progenitores Semilla híbrida Semilla VPL El Salvador 13.6 t 72 t 10 t Nicaragua 2.8 t 17.7 t 184 t México 40 t 0.3 t Guatemala 32.5 t 275 t Haití 1 t 105 t Honduras 6 t 30 t

26 Cómo poner la tecnología en las manos de agricultores? Programas de apoyo tecnológico a pequeños agricultores Bono tecnológico : Honduras Intercambio de semilla EL Salvador Hambre 0, pobreza 0 : Nicaragua Entrega de semilla y fertilizantes : Guatemala Compras por programas de alimentación Producción comercial de híbridos sobresalientes y de bajo costo Producción artesanal por productores pequeños

27 Maize Biofortification to Help Alleviate Micronutrient Malnutrition Kevin Pixley, Natalia Palacios, Raman Babu & many colleagues

28 Current status (CIMMYT) and targets 15 Intermediate Targets 20 ProvitA Zinc ProA = 8 Zn = 31 Fe = 40 Iron (μg/g) Target in grain Baseline

29 LCYE and HydB1 affect the ratio of carotenoids in the pathway PCR-based (STS) markers LCYE: R2 = 0.58 for pathway ratio Harjes et al., 2008 LCYE δ-carotene LCYB α-carotene HYDb zeinoxanthin HYDE lutein GGPP lycopene PSY PDS Z-ISO ZDS/CRISTO LCYB γ-carotene LCYB β-carotene HYDb1 β-cryptoxanthin HYDb zeaxanthin HYDB1: R 2 = 0.23 for BC Yan et al., in preparation ABA

30 Our evolving breeding strategy for ProA + + = + High ProvitA maize! Deep orange ears MAS for LycE MAS for HydB HPLC for carotenoids costs $20-80 per sample MAS for LycE and HydB would cost $2-5 per sample Visual by R. Babu

31 Zn (and Fe) Zn content in maize grain (2 locations) Zn (ppm) in two locations Fe ** Zn ** Batan Tlalti Zn (ppm) Entrie s TL (mean Zn 32.4 ppm) AF (mean Zn 29.2 ppm) GxE often is significant (P<0.05 or P<0.01) GxE is practically much less important than E If people are Zn deficient, they likely live in areas with Zn deficient soils and the best genotypes will not help. Looking at agronomic options, e.g. seed coated with Zn fertilizer

32 Can we enhance Fe bioavailability instead of Fe concentration? (Recall: Interm. target = 40 µg/g) 5% Fe bioavailability is typically assumed Pfeiffer and McClafferty, 2007

33 Summary: Breeding for increased proa, Zn and Fe concentrations Provitamins A Intermediate target is close at hand MAS should soon enhance efficiency Zn 15 Fe Maybe enough σ 2 G ; Huge σ2 E Zinc Proceeding with modest optimism 20 ProvitA Iron Inadequate σ 2 G ; Huge σ2 E Focus on bioavailability? On hold

34 Recommendations (KPixley) QPM is our only ready biofortified product in maize Useful per se and as a model for disemination of biofortified products Should be the focus of AgroSalud maize Provitamins A Targets are achievable but not trivial: 5-10 year horizon, at best Integrate with HarvestPlus! Zn Proceeding with modest optimism Equal or greater emphasis on agronomy vs. breeding Fe Forget about it as a short or medium-term objective in maize

35 Conclusiones Los beneficios nutricionales son demostrados Los mejores híbridos de ACP son iguales a los mejores materiales comerciales. Los mejores VPLs rinden toneladas mas por hectárea que materiales usadas por la mayoría de agricultores NIR va a reducir el costo de control de calidad La validación muestra mucha aceptación por agricultores Hay semilla básica en la región Para el futuro, podemos poner mas énfasis en MAS para Pro-A Necesitamos más enfoque en tolerancia a sequía, bajo N. Seguimos luchando con producibilidad, pero hay soluciones Enfoque en variedades de bajo costo: sintéticos, cruzas dobles Vínculos directos y formales con H+ están necesarios para aprovechar de los resultados de investigación más básica en un Fase 2.