Regreso al Futuro Molecular
Los científicos del CIP hacen uso de las herramientas más modernas en biotecnología, de manera tal que los resultados de sus investigaciones puedan aplicarse a problemas de disponibilidad de alimentos y al aumento del bienestar de los pobres.
El germoplasma de variedades cultivadas en los Andes es analizado por medio del sistema de dactilografía AFLP, separado en un secuenciador automático de ADN, gracias a colaboradores de los Estados Unidos. Esta tecnología será pronto implementada en la sede, para permitir el estudio de las grandes colecciones de germoplasma en forma sistemática y regular.
Consciente del potencial que brinda la investigación biotecnológica para aumentar la producción de alimentos y mejorar la calidad de los mismos, el CIP ha continuado aumentando su inversión en este campo. Mediante la combinación de herramientas biotecnológicas de última generación y la abundancia de la extensa colección de germoplasma de batata y papa del CIP, los investigadores agrícolas están identificando fuentes específicas de resistencia a las enfermedades y a las plagas, determinando los genes asociados con estas características e incorporándolos a nuevas variedades y líneas de mejoramiento. Esto a su vez ayuda a proteger el medio ambiente mediante la reducción de la necesidad de insecticidas y otros agroquímicos.
La biotecnología moderna comprende técnicas moleculares y celulares aplicables a una gama de actividades científicas, que incluyen la evaluación de la biodiversidad, el aislamiento e identificación de genes específicos asociados con características de las plantas y un incremento en la eficiencia del fitomejoramiento. Estos métodos pueden ser utilizados para transformar genéticamente un cultivo mediante la introducción de genes directamente a los cultivares. Los cultivares retienen sus características deseables originales y a la vez obtienen nuevas mediante la transferencia de genes.
Cruzamientos con visión molecular
En la actualidad existen mapas genéticos de papa para varias especies, incluyendo las especies silvestres, las especies cultivadas primitivas de los Andes y las papas modernas cultivadas. El CIP también está elaborando mapas para la batata, una tarea difícil si se considera la complejidad genética y la escasez de información genética sobre este cultivo.
Una vez compilada, la información genética es utilizada para desarrollar las estrategias de investigación del CIP. Cuando se ha logrado identificar la fuente de una característica específica deseada, el gen o los genes pueden ser clonados y transferidos directamente o incorporados indirectamente a variedades susceptibles usando los marcadores asociados. De este modo, la biotecnología está proporcionando al CIP las herramientas para producir variedades con altos niveles de resistencia duradera en el campo a plagas y enfermedades, lo que significa menor uso de sustancias químicas tóxicas.
Mediante el mapeo genético de focos de genes en una gama de especies diploides, los investigadores del CIP están compilando datos moleculares sobre fuentes de resistencia existentes en la colección de germoplasma de papa del Centro, incluyendo la resistencia al tizón tardío. El punto central es la identificación de resistencia poligénica, cuantitativa u "horizontal", que probablemente sea más durable que la resistencia específica a determinadas razas al ser confrontada con patógenos nuevos y agresivos. Recientemente se han incrementado los esfuerzos para elaborar mapas de resistencia cuantitativa, y esta tarea ha traído múltiples beneficios para la colección de germoplasma del CIP.
El CIP ha llevado a cabo de manera recurrente la selección de poblaciones de Solanum tuberosum subsp.Andigena, una papa tetraploide cultivada originaria de América del Sur. Los esfuerzos se centran en el mejoramiento de la resistencia al tizón tardío, como complemento a la resistencia con que actualmente se cuenta en el S. tuberosum subsp. Tuberosum. También se ha identificado un alto nivel de resistencia en S. phureja, una papa diploide cultivada. Ambas especies se están utilizando para localizar genéticamente los genes que puedan conferir resistencia cuantitativa al tizón tardío.
Mediante la utilización de ADN polimórfico amplificado aleatorio (RAPD), polimorfismos de fragmentos de longitud ampliados (AFLP), y marcadores microsatelitales, los científicos han logrado identificar varios loci de características cuantitativas (QTL por sus siglas en inglés) que pueden contribuir a una mayor resistencia. Los siguientes pasos permitirán identificar estos loci en una amplia gama de germoplasma a partir del repertorio genético de la papa y utilizarlos para el mejoramiento molecular.
No obstante, la búsqueda de aplicaciones de nuevas herramientas biotecnológicas no se detiene en este punto. Los investigadores del Instituto Internacional de Investigaciones sobre Arroz (IRRI) y de la Universidad del Estado de Kansas están colaborando con el CIP para desarrollar un conjunto de genes que podrían desempeñar un importante papel en la protección de material vegetal. Estos genes se pueden emplear como sondas para el mapeo de QTL en otros cultivos. Si resultan eficaces en la lucha contra el tizón tardío, será posible aislarlos, compararlos con los clones de genes existentes y transferirlos a las papas susceptibles.
Mejoramiento utilizando tecnología de genes
La introducción de genes mediante el mejoramiento molecular también puede aprovechar la transferencia natural de ADN mediante la bacteria Agrobacterium tumefaciens. Se trata de un patógeno de las plantas que en estado natural transfiere el ADN de las bacterias a las células de las plantas produciendo tumores. Los ingenieros genéticos han logrado modificar la bacteria de manera que se ha eliminado el proceso de inducción de tumor para que sólo se transfiera el o los genes deseados a los cromosomas de la planta. También se puede utilizar segmentos cromosómicos de bancos que proporcionan segmentos grandes de ADN para su inserción de manera que se modifique la composición genética de la papa y la batata.
Una de las aplicaciones más prometedoras del mejoramiento utilizando tecnología de genes es la papa Bt. Se ha transferido exitosamente a la papa un gen de Bacillus thuringiensis (Bt) que confiere resistencia a la polilla de la papa. El gen proviene del Plant Genetic Systems, Gent, Bélgica. Como consecuencia de esta modificación genética, se ha introducido resistencia a la polilla de la papa en variedades de países en desarrollo. Actualmente, están siendo sometidas a pruebas.
En las variedades transgénicas de papa con el gen Bt se observan impresionantes resultados en la resistencia a la polilla de la papa, tanto en el follaje como en los tubérculos. Las papas no transformadas (lado izquierdo de las fotos) muestran un gran daño en las hojas y en los tubérculos. Las papas transformadas (lado derecho de las fotos) prácticamente no muestran ninguna señal de daño.
La polilla de la papa causa graves daños en la papa que los pequeños agricultores destinan al almacenamiento. Esta plaga puede causar pérdidas significativas en el campo, especialmente en las zonas subtropicales o templadas cálidas, que son contrarrestadas por los agricultores con fuertes dosis de insecticidas. La resistencia a la polilla de la papa obtenida mediante ingeniería genética y el uso de una expresión endógena de una proteína de Bt con propiedades insecticidas ha dado como resultado altos niveles de resistencia tanto en los tubérculos como en el follaje de clones y variedades adaptadas para una amplia gama de agroecologías.
El éxito que ha alcanzado la papa Bt ha dado a los científicos una experiencia valiosa que puede extenderse a la batata. En la actualidad, la línea de investigación más prometedora para el desarrollo de resistencia de la batata a los gorgojos se basa en el empleo de genes exógenos como el gen de la papa Bt. Se continua buscando el gen Bt más apropiado para la batata.
