Colaboradores, colegas y partidarios del proyecto: Lucía Sandra Pérez Borroto, Lorena González Ramírez, Ernst-Jan Eggers Salomé Prat, Maroof Ahmed-Shaikh.
La importancia de la patata
La gran importancia del cultivo de la patata en todo el mundo no depende solo del hecho de que sea el tercer cultivo más consumido después del arroz y el trigo (FAO, 2014). Un gran aporte energético, la sencilla técnica de cultivo de este tubérculo y la gran extensión geográfica donde se produce han convertido a la patata en un cultivo importante para la seguridad alimentaria, sobre todo para los países en desarrollo y los pequeños agricultores.
La gran diversidad de condiciones ambientales en las diferentes regiones de cultivo crea la necesidad de superar la dependencia de la tuberización del fotoperiodo y también de desarrollar variedades bien adaptadas, resistentes al clima y a una serie de estreses bióticos. En la actualidad, esta necesidad se hace aún más acuciante por los efectos del cambio climático, el aumento de los estreses (especialmente abióticos) y la necesidad de nuevos cultivares para mantener la estabilidad de la producción.
El estrés abiótico y la patata
¿Cuáles son los estreses abióticos más frecuentes de la patata?
Uno de los estreses más frecuentes a los que se enfrentan cada vez más productores de patatas hoy en día es el aumento de la temperatura. Las plantas de patata son muy sensibles al estrés térmico, ya que se consideran cultivos de estación fría. Las temperaturas elevadas (incluso los aumentos moderados durante la tuberización) pueden impedir la formación del tubérculo, provocando graves pérdidas de producción y una reducción de la calidad interna y externa. El fenómeno de que las patatas broten por el calor es bastante frecuente cuando los tubérculos inmaduros se exponen a altas temperaturas, lo que provoca una menor vida de almacenamiento de los tubérculos (Zhang et al., 2021). Por otro lado, las bajas temperaturas (por debajo de 0 °C) también suponen un problema para el cultivo, que es sensible a las heladas en las primeras etapas de su desarrollo. Además de los daños que pueden causar las bajas temperaturas por encima del suelo, unas temperaturas del suelo por debajo de 0 °C provocarán la pérdida total de la producción (Pino et al., 2007).
A pesar de ser muy eficiente en el uso del agua (UEA), la patata es muy sensible incluso a una pequeña reducción del agua, lo que conlleva una disminución del rendimiento. Uno de los efectos del cambio climático como la disminución de las precipitaciones, está reduciendo la producción en las regiones áridas que no cuentan con un riego añadido. Dependiendo del momento en el que se dé y de su duración, el estrés por sequía puede afectar a la producción de patata de varias formas. Durante la etapa vegetativa, puede afectar a la fotosíntesis y al crecimiento de la planta y provocar la pérdida de hojas. Más adelante, este estrés puede acortar el ciclo vital del cultivo, reduciendo el número y el tamaño de los tubérculos producidos y su calidad (Nazir & Toth., 2022). Las patatas también son bastante sensibles al estrés salino, especialmente cuando se cultivan en zonas costeras. Además, las inundaciones, aunque duren poco, pueden causar daños importantes a las plantas.
Los agricultores y científicos han intentado durante siglos mejorar los cultivos de patata mediante la mejora genética para hacer frente a estas exigencias.
La complejidad de la genética de la patata
Las mejoras genéticas de la patata durante el último siglo han sido modestas y las variedades antiguas como la Bintje y la Russet Bank siguen siendo las que más se cultivan. El factor que más restringe este avance es la genética compleja de las patatas y sus variaciones en los niveles de ploidía entre las especies. Casi todas las variedades de patatas que se cultivan cuentan con cuatro copias del número estándar de 12 cromosomas (2n=4x=48) (tetraploides). Debido a esto, obtener una nueva variedad y añadir un rasgo más con técnicas tradicionales, exige entre 15 y 20 años.
¿Qué es el cultivo de híbridos de patata?
¿Qué son los híbridos de patata?
En los últimos años, los científicos han experimentado con el cultivo híbrido de la patata para simplificar y acelerar la creación de nuevas variedades. Los resultados han sido bastante prometedores. La revolución consiste en hacer que las patatas sean diploides (es decir, con sólo 2 copias de cromosomas, como los tomates) y autocompatibles. Esto permite introducir un nuevo rasgo (característica) en sólo 3-4 años. Llegados a este punto, es importante matizar que los híbridos de patata no son en absoluto organismos modificados genéticamente.
Esta revolución va acompañada de otro gran cambio. Como muchas otras hortalizas populares, las patatas híbridas pueden reproducirse utilizando tanto los tubérculos (semillas de patata) como las semillas botánicas reales (verdaderas semillas de patata) producidas sexualmente.
La clave para desbloquear la reproducción híbrida fue un gen específico llamado “Sli”, responsable de restablecer la autocompatibilidad de las plantas de patata (Eggers et al., 2021), lo que significa que las plantas de patata que tienen este gen pueden autopolinizarse y producir semillas.
Las patatas híbridas abren la puerta a introducir con mayor facilidad diversos genes de interés, con el objetivo de mejorar la tolerancia de las plantas al estrés abiótico. Uno de estos genes es el StFLORE, en el que se ha centrado últimamente el equipo de Christian Bachem, de la Universidad de Wageningen (Gonzales et al., 2021). Según experimentos de laboratorio, las plantas que portaban este gen no sólo crecían más rápidamente, sino que también eran más robustas, incluso bajo estrés por sequía, que la planta normal. Las plantas de patata provistas con el gen StFLORE también tenían un sistema radicular subterráneo mejorado.
El desarrollo de las patatas resistentes al estrés bajo el “microscopio” del proyecto ADAPT
La necesidad de desentrañar los genes que subyacen a la tolerancia al estrés de las plantas de patata llevó a diez importantes instituciones académicas de investigación, 4 fitogenetistas de patata, un diseñador de tecnología de cribado, una organización sin ánimo de lucro de la UE y una agencia gubernamental a crear el consorcio ADAPT (Accelerated Development of multiple-stress tolerAnt PoTato). Este proyecto de 5 años de la UE (que comenzó en 2020) tiene como objetivo desarrollar nuevos métodos para que las patatas se adapten a las difíciles condiciones climáticas del futuro y puedan resistir por ejemplo el estrés combinado por calor y sequía, incluidas las inundaciones provocadas por precipitaciones fuertes. La gran relevancia práctica del proyecto beneficiará a fitogenetistas, agricultores y consumidores.
Tenemos la suerte de tener acceso y utilizar muchas tecnologías que permiten obtener fenotipos muy precisos de nuestras plantas. Entre las tecnologías punteras del Netherlands Plant Eco-phenotyping Centre (NPEC) que utilizamos se encuentran el TraitSeeker y tres drones con dispositivos equipados con cámaras en color, térmicas, 3D (LIDAR) e hiperespectrales, que ofrecen un fenotipado detallado y el rendimiento de los cultivos (fenotipado en profundidad).
Las ventajas de utilizar patatas híbridas y verdaderas semillas de patata
Si bien todavía no existen patatas híbridas a la venta en el mercado, los científicos tienen previsto lanzar las primeras variedades en 2024. La tecnología de mejora híbrida abrirá la puerta a la creación de nuevas variedades mejoradas de patata resistentes a las enfermedades más importantes del cultivo, con mayor eficiencia en el uso del nitrógeno y el agua, así como con características cualitativas superiores. Esto ayudará a los agricultores a hacer frente a los efectos del cambio climático y a cultivar de forma más sostenible, reduciendo el uso de fitoquímicos.
Las patatas híbridas se pueden propagar utilizando las verdaderas semillas de patata producidas por las bayas de las plantas (por encima del suelo) en lugar de los tubérculos (semillas de patata) que todos los agricultores utilizan en la actualidad. Según la variedad de patata, una planta puede producir de 5 a 50 bayas, cada una de las cuales contiene entre 50 y 150 semillas. Estas semillas son diminutas, incluso más pequeñas que las del tomate y, para plantar un campo de una hectárea, sólo se necesitarán 25 gramos de semillas verdaderas (62.500 semillas) en lugar de 2.500 kilos de tubérculos de patata.
El transporte y la manipulación de las patatas de siembra (tubérculos) son las tareas más difíciles y que más energía consumen, debido al gran tamaño del material de propagación y a su sensibilidad. Por el contrario, las semillas verdaderas pueden transportarse fácilmente, lo que reduce la huella de carbono del sistema de producción. Asimismo, pueden almacenarse durante mucho más tiempo sin necesidad de conservarlas en instalaciones especiales. Otra ventaja importante para los agricultores es que este material de propagación está limpio y no contiene enfermedades.
Aunque los híbridos de patata y las semillas verdaderas de patata serán un gran activo para todos los productores del mundo, su impacto positivo será aún mayor en los países de renta baja y media (especialmente en el África subsahariana), ya que harán que el transporte y el almacenamiento sean más sencillos y seguros durante períodos más prolongados. No obstante, esto también generará la necesidad de cambiar la forma en la que los productores siembran y tratan sus cultivos. En realidad, existe toda una serie de opciones para pasar a las semillas verdaderas de patatas, entre las que se incluyen:
- sembrar semillas directamente en el campo,
- cultivo previo en viveros para, posteriormente, plantar en el campo y
- cultivo de plántulas durante el primer año para producir patatas de consumo distribuibles. Probablemente este último será el sistema elegido por el agricultor, ya que no requiere volver a equiparse.
Este artículo se ha creado a partir de la presentación del Dr. Bachem en el seminario virtual de agricultura climáticamente inteligente (en inglés): Climate-Smart Agriculture
Referencias
Eggers EJ, van der Burgt A, van Heusden SAW, de Vries ME, Visser RGF, Bachem CWB, Lindhout P. Neofunctionalisation of the Sli gene leads to self-compatibility and facilitates precision breeding in potato. Nat Commun. 2021 Jul 6;12(1):4141. doi: 10.1038/s41467-021-24267-6. PMID: 34230471; PMCID: PMC8260583.
Hancock R, Morris W, Ducreux L, Morris J, Usman M, Verrall S, et al. Physiological, biochemical and molecular responses of the potato (Solanum tuberosum L.) plant to moderately elevated temperature. Plant Cell Environ 2014; 37(2):439-50
Nasir, M. W., & Toth, Z. (2022). Effect of drought stress on potato production: A review. Agronomy, 12(3), 635.
Pino, M.-T.; Skinner, J.S.; Park, E.-J.; Jeknić, Z.; Hayes, P.M.; Thomashow, M.F.; Chen, T.H. Use of a Stress Inducible Promoter to Drive Ectopic AtCBF Expression Improves Potato Freezing Tolerance While Minimizing Negative Effects on Tuber Yield. Plant Biotechnol. J. 2007, 5, 591–604
Ramírez Gonzales L, Shi L, Bergonzi SB, Oortwijn M, Franco-Zorrilla JM, Solano-Tavira R, Visser RGF, Abelenda JA, Bachem CWB. Potato CYCLING DOF FACTOR 1 and its lncRNA counterpart StFLORE link tuber development and drought response. Plant J. 2021 Feb;105(4):855-869. doi: 10.1111/tpj.15093. Epub 2021 Feb 11. PMID: 33220113; PMCID: PMC7985872.
Zhang, G., Tang, R., Niu, S. et al. Heat-stress-induced sprouting and differential gene expression in growing potato tubers: Comparative transcriptomics with that induced by postharvest sprouting. Hortic Res 8, 226 (2021). https://doi.org/10.1038/s41438-021-00680-2
https://www.solynta.com/about-solynta/
&t=695s
https://www.nlfoodpartnership.com/documents/154/Conference_report_final_.pdf
FAO (2014) FAO statistical databases FAOSTAT. http://faostat3.fao.org
Para saber más:
Información sobre la planta de la patata
El impacto del cambio climático en la industria de la patata y posibles soluciones