mejoramiento de la tolerancia a sequía del maíz por medio de

MEJORAMIENTO DE LA TOLERANCIA A SEQUÍA DEL MAÍZ POR MEDIO
DE FISIOLOGÍA MOLECULAR BIOQUÍMICA Y GENÉTICA
Resumen ejecutivo
El maíz es un cultivo primordial para nuestro país. Sus derivados sirven para la
alimentación de animales y muchas personas. Su semilla se caracteriza por un
alto nivel de carbohidratos (˃60%), pero baja calidad nutricional en vitaminas y
proteínas. Por otro lado, la escasez de agua es un gran problema en la
agricultura. La sequía afecta mucho el rendimiento de maíz, generando
grandes pérdidas a los campesinos asentados en regiones con precipitación
irregular. Para incrementar la producción de grano bajo estas condiciones es
necesario establecer un vínculo muy fuerte entre la investigación básica de
laboratorio y la investigación aplicada en campo, para intensificar los esfuerzos
de mejoramiento genético.
El objetivo general de este estudio es generar nuevas variedades de maíz con
alto rendimiento y tolerancia a condiciones de sequía, que contengan un alto
valor nutricional (antioxidantes, vitamina A y calidad proteínica). Lo anterior, por
medio de la combinación de métodos convencionales y modernos de
mejoramiento genético.
Durante el tiempo que duró el proyecto (2006-2008) el investigador
complementó las metodologías de mejoramiento clásico con las herramientas
modernas de fisiología, bioquímica y biología molecular. A la par de las
evaluaciones agronómicas de campo realizó análisis de laboratorio usando
equipos analíticos como HPLC-DAD, HPLC-FLD, GC-FID y espectofotometría.
En los ensayos de sequía evaluó parámetros primarios de rendimiento, así
como parámetros secundarios asociados a la tolerancia a sequía (parámetros
fisiológicos de floración, senescencia, etc.). Construyeron un invernadero en el
Cinvestav-Irapuato y dentro de ese Climatrono crecieron maíces en
condiciones controladas durante todo el año, lo cual les permitió tener material
biológico para experimentos de laboratorio.
Entre las metodologías para el mejoramiento genético del maíz están la
introgresión de alelos, la selección de semilla individual, el uso de parámetros
fisiológicos y de análisis bioquímicos para la selección, el cruzamiento de
plantas en invernaderos, la caracterización molecular basada en EST, los
estudios bioquímicos para entender mejor las rutas biosintéticas, con lo cual
pudieron demostrar que el mejoramiento modernos basado en estrategias
fisiológicas, bioquímicas y moleculares es viable y exitoso en México.
Los mayores esfuerzos los destinaron a generar nuevas variedades de maíces
de color azul y anaranjado. Los granos azules contienen antocianinas que
sirven como antioxidantes celulares; los de maíz anaranjado tienen
compuestos carotenoides que son buenos para la vista y el sistema inmune.
También introdujo estos pigmentos naturales en algunos maíces con tolerancia
a sequía, con el fin de combinar las características de rendimiento con calidad.
Adicionalmente convirtió a color azul algunas líneas de alta calidad proteínica,
con mayor contenido de aminoácidos esenciales. Estos tres grupos de
compuestos son benéficos para la alimentación animal y humana y por lo tanto
se les considera como sustancias nutracéuticas.
En la parte de laboratorio, además de las cuantificaciones rutinarias de los
compuestos de interés, también se realizaron experimentos para determinar si
la cantidad y calidad de los carotenos que se sintetizan en las hojas están
relacionadas con los carotenos que se acumulan en los granos. Los resultados
demuestran que el patrón de carotenos no está correlacionado en estos dos
tejidos, por lo cual pueden existir al menos dos sistemas metabólicos
independientes para la biosíntesis de carotenos en el maíz.
En la tercera etapa del proyecto el investigador caracterizó más de 15
variedades experimentales de polinización abierta bajo condiciones de sequía.
También continuaron su programa de retrocruzas para convertir líneas élite de
sequía y QPM a color azul.
El trabajo de campo estuvo estrechamente ligado a la investigación en el
laboratorio e invernaderos.
Una de las actividades más importantes fue la caracterización bioquímica de
600 genotipos diferentes del banco de germoplasma del CIMMYT.
Demanda o problemática que atiende
Avanzar en los estudios de fisiología molecular bioquímica y genética del maíz,
en busca del mejoramiento de la tolerancia a la sequía de este cultivo de suma
importancia humana, animal e industrial.
Resultados obtenidos y/o descripción. Características de la tecnología
generada
El proyecto no sólo estuvo destinado a avanzar en el sentido teórico (punto de
vista de ciencia básica), sino que generaron productos tangibles: semillas de
nuevos maíces con más alto rendimiento bajo condiciones de sequía y mejor
calidad nutricional (antioxidantes, vitamina A y calidad proteínica)
Nuevas variedades de maíces azules, denominadas “Vitamaíz”.
Datos de características bioquímicas en granos de más de mil genotipos de
maíz.
Datos agronómicos sobre rendimiento bajo sequía y condiciones normales e
más de 10 ensayos.
Variedades de maíz generadas: 2 sintéticos de maíz (OPVs) con tolerancia a
sequía confirmada; 1 sintético de maíz con grano color azul; 1 sintético
amarillo; 2 sintéticos color blanco; 20 líneas élite de sequía con grano azul; 5
líneas élite QPM con grano azul; 10 líneas élite con grano azul y semilla de
algunas combinaciones híbridas entre ellas; 3 líneas élite para trópicos con
carotenos y antocianinas (Vitamaíz); 3 líneas élite para Subtrópicos con
carotenos y antocianinas (Vitamaíz); 3 líneas élites para Valles Altos con
carotenos y antocianinas (Vitamaíz); más de 80 líneas S3 para sequía y semilla
con sus respectivos híbridos (cruzas con un probador) para ser evaluados en
ensayos subsecuentes para confirmar la tolerancia a sequía (ciclo 09ª).
Impactos
Se hizo un ensayo de rendimiento de grano bajo condiciones de extrema
sequía.
Los datos agronómicos de este ensayo permitieron confirmar que las nuevas
variedades son más resistentes a la sequía que las anteriores.
Se hizo un estudio comparativo entre dos estrategias de generación de
sintéticos (variedades de polinización libre). Los resultados experimentales de
campo mostraron que el segundo grupo de sintéticos fue mejor que el primero,
tanto bajo condiciones de riego normal como de sequía extrema.
Continuó el programa de retrocruzas recurrentes con un grupo de más de 20
líneas homocigóticos que fueron cruzadas con un maíz azul criollo para
introgresar los alelos de las antocianinas en el ambiente genético de las líneas
élite.
En el escrutinio de parámetros bioquímicos en los granos de 600 genotipos
criollos del banco de germoplasma del CIMMYT midieron parámetros y
seleccionaron una serie de genotipos con valores extremo, por ejemplo, más
alto contenido de lípidos o de carotenos.
Costos estimados de la aplicación de los resultados y/o tecnología generada
No se pueden estimar costos, en tanto que esta investigación es un
experimento científico.
Ámbito de aplicación
Nacional.
Información adicional o comentario
El investigador destaca que el vínculo entre el laboratorio y el campo es
fructífero y muy importante, porque una barrera para implementar el
mejoramiento moderno es la comunicación y transferencia entre el laboratorio
y el campo. Por un lado están los científicos encerrados en el laboratorio
inventando estrategias sofisticadas, y por el otro lado están los mejoradores de
campo a quienes todavía no les ha ofrecido herramientas moleculares que les
sirvan para hacer un avance genético real. Es común que los biotecnólogos se
dediquen a publicar prolíficamente, mientras que los fitomejoradores se
dedican a mejorar el germoplasma y liberar nuevas variedades. El investigador
señala que es muy valioso revertir estos papeles por lo menso durante un
breve lapso de tiempo, invitando a los científicos moleculares a hacer trabajo
de campo, y entrenando a los fitomejoradores a hacer análisis de laboratorio.
Clave del proyecto: SAGARPA 2005-C01-11783
Sistema Producto y/o línea estratégica de atención:
Investigador: doctor AXEL TIESSEN FAVIER
Institución: Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo, Int.