Mejoramiento genético de precisión: una nueva era de mejoramiento genético vegetal

El mejoramiento fitogenético surgió junto con la práctica de la agricultura hace 11.500 años. En un principio, los agricultores realizaron la selección empírica de los mejores materiales, buscando afinar caracteres que serían importantes en aquella época en la que comenzaron a cambiar la vida nómada por la vida comunitaria. La materia prima para este mejoramiento fueron especies silvestres, las cuales tienen características que debían mejorarse, como la reducción del número de días hasta la floración y la facilidad para dispersar la semilla, que se utilizaba como alimento. Entonces fue necesario seleccionar plantas más tempranas que no soltaran semillas.

Este método, hasta entonces rudimentario, fue mejorando poco a poco, ¡siendo responsable del surgimiento de las grandes culturas actuales! Como maíz, trigo, soja, arroz, forestal, entre otros. La mejora genética como ciencia tardaría en aparecer, ya en el siglo XX, y utilizaba conceptos de genética, ciencia cuyos fundamentos modernos se atribuyen al monje Gregor Mendel, que realizó estudios sobre cruces entre plantas parentales (hibridación) y la consiguiente observación de diferencias visuales en la generación filial. Este es un punto fundamental en el mejoramiento genético vegetal clásico: la materia prima para el desarrollo de cultivares superiores es la disponibilidad de una mayor variabilidad genética para permitir la selección genética. Fundamentalmente, el mejoramiento clásico funcionaba en estos términos: cruces entre materiales genéticamente distintos, para ampliar la variabilidad disponible para la selección. Se desarrollaron herramientas estadísticas, muchas de las cuales todavía se utilizan hoy en día, para seleccionar individuos significativamente superiores, descartándose el resto, en un proceso continuo.

Un avance significativo en el fitomejoramiento fue impulsado por el descubrimiento del ADN y la posibilidad de correlacionar las variaciones del ADN (genotipo) y las características observables (fenotipo). El desarrollo de marcadores moleculares, junto con técnicas estadísticas elaboradas, hizo posible esta posibilidad, que se describe en particular como selección indirecta, donde la presencia de una determinada “marca molecular” anticipa el resultado del fenotipo, lo que también se conoce como selección asistida por marcadores. . Otra aplicación importante de los marcadores moleculares es la asociación de la variación a nivel del genoma (conjunto de genes de un individuo) con el grado de relación genética entre variedades. Esta información todavía se utiliza ampliamente para dirigir cruces entre variedades genéticamente más diversas. Los marcadores también permiten determinar el grado de homogeneidad de lotes de cultivares comerciales, reduciendo los riesgos de vender semillas con mezclas de variedades. De la enorme cantidad de datos obtenidos mediante la secuenciación del ADN también han surgido estrategias de análisis más elaboradas, como la selección genómica.

Así como la revolución industrial vive actualmente su cuarta era, la llamada revolución industrial 4.0. Casualmente, el Mejoramiento de Precisión equivale al cuarto punto en la escala de desarrollo de variedades mejoradas. Consiste en un conjunto de técnicas sofisticadas que se conectan, utilizando toda la tecnología disponible, y que incluye el uso de computadoras, internet de las cosas, inteligencia artificial, uso de cámaras, sensores, drones, satélites, secuenciación de ADN de nueva generación, y que en conjunto, nos permiten ampliar el rango de información para aumentar la precisión en el proceso de selección genética. Algunas de estas herramientas se ven en la Figura 1. En conjunto, estas metodologías son capaces de aumentar el número de generaciones de selección por año vía Speed ​​Breeding (realizando la increíble cantidad de 2, 3 y hasta 4 ciclos de selección por año), obteniendo una caracterización automatizada. para varios rasgos a través de la Fenómica, y la caracterización precisa de datos ambientales, que es un componente fundamental para la mejora genética, a través de la Ambientalómica. Los transgénicos, a través de la ingeniería genética y, más recientemente, la edición genómica, también han contribuido al desarrollo de cultivares con genes que no forman parte del genoma de una especie, o que necesitan ser editados, para proporcionar nuevas características, como tolerancia a la sequía y resistencia a los insectos, para que los agricultores decidan cuándo comprar semillas para establecer sus cultivos. Estas técnicas y procedimientos se reúnen en un trabajo propio, publicado recientemente en portugués.

¿Y cómo es el conocimiento en Mejora de Precisión en Brasil? Recientemente realizamos una encuesta con más de 200 profesionales y estudiantes en el campo de la genética y el fitomejoramiento en Brasil (investigación también disponible en el trabajo mencionado anteriormente). Un punto relevante a destacar es que el mejoramiento genético de precisión, a pesar de ser un camino unidireccional para aumentar la eficiencia del mejoramiento genético vegetal, aún ha sido poco explorado por las empresas de mejoramiento y los profesionales brasileños. Las posibilidades de desarrollar startups dedicadas a una o más de una metodología de Mejora de Precisión, como el uso de drones y fenómica, representan una excelente oportunidad para estudiantes de pregrado y posgrado, dada la audacia de la agricultura emprendedora en el país. Por otro lado, los cursos de pregrado y posgrado relacionados con la agroindustria y el fitomejoramiento deben revisar su plan de estudios para satisfacer estas nuevas demandas. El aumento de la producción agrícola por unidad de superficie, incluso con la aparición de sequías, insectos y enfermedades, tiene ahora una herramienta práctica y eficiente que permitirá a Brasil permanecer entre los principales países exportadores de granos.

por Claudio Brondani (Embrapa Arroz e Feijão, izquierda) y Rafael Tassinari Resende (Universidad Federal de Goiás, dir.) 

La obra "Mejoramiento de precisión: aplicaciones y perspectivas en genética vegetal" puede adquirirse gratuitamente en la librería de Embrapa.