Avances en mejoramiento genético participativo del arroz para enfrentar los desafíos del cambio climático en Bolivia

Advances in participatory genetic improvement of rice to meet the challenges of climate change in Bolivia

René Guzmán ¹; Alfonso Vedia ¹ y Eun Hee ² y Michel Vales ^3*

¹ INIAF, Programa Nacional de Arroz
² Voluntaria de KOICA, ]]> ³ CIRAD, UMR BGPI, Santa Cruz de la Sierra, Bolivia
CIRAD, UMR BGPI, F-34398 Montpellier, France
* Email para correspondencia: michel.vales@yahoo.fr

Resumen

La implementación de un esquema completo de mejoramiento genético totalmente participativo para los diversos tipos de arroces, ha permitido la obtención de nuevas variedades ya desde el corto plazo. Para el mediano y largo plazo, se tiene material promisorio en varias etapas del proceso de mejoramiento. Los cambios y desafíos agroecológicos y socio-económicos obligan a ajustes permanentes de los objetivos del mejoramiento genético en arroz. Con las poblaciones recurrentes de base genética estrecha y con la transferencia de biotecnología en Bolivia, se refuerza la autonomía y por lo tanto la soberanía científica y técnica del país.

Palabras clave: Oryza sativa, selección recurrente, diversificación varietal, mejoramiento genético, innovación

Abstract

The implementation of a whole scheme of full-participatory genetic improvement for diverse rice types has allowed the obtaining of new varieties already for the short term. For the medium and long term, promissory material is available in several steps of the improvement process. The agro-ecologic and socio-economic changes and challenges force to permanent adjustments of the aims of the rice genetic improvement. With the narrow-based recurrent populations and with the transfer in Bolivia of biotechnology, the autonomy is reinforced and therefore the scientific and technical sovereignty of the country.

Introducción

Importancia socio-económica del arroz

El cultivo de arroz es el alimento básico de la dieta alimentaria de los bolivianos con un consumo per cápita de 36 kg y se cultiva en una superficie de alrededor de 174000 ha donde el 93% del área cultivada es en condiciones de secano con un rendimiento promedio nacional de 2.2 t ha^-1 siendo uno de los más bajos de América Latina, 45 mil familias se dedican a la producción de arroz, de los cuales son pequeños y medianos productores. Bolivia al 2025 tiene una proyección de incrementar el volumen total de la producción agrícola, donde por lo menos la mitad de la producción corresponderá al aporte de los pequeños y medianos productores con sistemas productivos más eficientes con altos rendimientos agropecuarios incorporando el enfoque de los sistemas de seguridad alimentaria con soberanía.

Programa Nacional de Arroz en Investigación del INIAF

Este Programa es nuevo por tener su Plan de Implementación (PIP) definido en 2014 (Vales y Guzmán, 2014). Su enfoque es la investigación aplicada, es decir la obtención de resultados científicos y metodológicos útiles para la producción de innovaciones que esperan los beneficiarios de la cadena productiva del arroz: productores, semilleristas, agroindustriales, comerciantes, y consumidores. Este Programa debe ofrecer dichas innovaciones ya para el corto plazo, por ejemplo variedades de diferentes tipos pedidos por los productores. Este programa debe también iniciar actividades que resultarán al mediano y al largo plazo para reforzar la soberanía científica y técnica del país.

Desafíos

Además de responder a los pedidos comunes de los beneficiarios de la cadena productiva del arroz, la investigación debe enfrentar desafíos nuevos. Los efectos del cambio climático impactan el cultivo con inundaciones o sequías cada vez más extremas y frecuentes - declaración de desastre natural (agosto 18 del 2016) y declaración de emergencia nacional (noviembre 21 del 2016) -, que agravan la presencia de enfermedades comunes - como la Pyricularia (Magnaporthe oryzae) - y estimulan la aparición de nuevas enfermedades - como la bacteriosis del arroz (Burkholderia glumae) favorecida por noches calientes y húmedas (CTI, 2016), lo que ha provocado una declaración de emergencia fitosanitaria (julio 19 del 2016).

Este documento propone exponer los avances para cada una de las fases de mejoramiento genético participativo y eficiente del arroz para afrontar los desafíos del cambio climático en Bolivia.

Material y métodos

Definición participativa de los objetivos de mejoramiento genético

Para que la investigación sea participativa, la primera etapa, la única realmente indispensable, es la concertación con los varios actores de la cadena productiva de arroz. El método es la construcción del árbol de problemas y de soluciones durante reuniones en Espacios Locales de Concertación (ELC), de Consejos Departamentales de Innovación (CDI) y del Consejo Plurinacional de Innovación (CPI) que forman el Sistema Nacional de Innovación Agropecuaria y Forestal (SNIAF) (INIAF, 2015).

Constitución de una base de recursos genéticos

A partir de esta definición de los objetivos se puede buscar y obtener los progenitores potenciales correspondientes. La información para tener la identidad de estos progenitores viene de la bibliografía y de la experiencia de expertos internacionales y nacionales. Después se solicitan estos recursos genéticos a Instituciones Internacionales que tienen colecciones amplias.

Rescate de variedades tradicionales

Como parte de estos recursos genéticos valiosos se tienen las variedades tradicionales de buena adaptación a las condiciones locales, las cuales están en peligro de desaparición en frente a la homogeneización del cultivo con pocas variedades modernas. Se rescatan estas variedades tradicionales, conocidas solamente por los productores, en particular en zonas de cultivo manual del arroz de secano donde hay menos presión de los cultivares modernos. Se purifican, se evalúan de forma participativa y se multiplican estas variedades tradicionales para que su difusión sea posible a corto plazo (2-4 años).

La estrategia de mejoramiento genético participativo y eficiente se funda sobre el uso de poblaciones recurrentes de base genética estrecha (Vales et al., 1998, Vales et al., 2000). Para obtener nuevas variedades a mediano plazo (5-8 años) se utilizan poblaciones recurrentes introducidas (Tabla 1). De forma participativa, se realiza el mejoramiento de dichas poblaciones y la creación de variedades a partir de líneas extraídas a cada ciclo de selección recurrente (Figura 1). Despues de cada ciclo de mejoramiento, se seleccionan plantas macho-esteriles S1 para un posterior manejo de segregantes y ensayos de rendimiento en las diferentes fases de selección para la creación de nuevas variedades de arroz.

Creación de poblaciones recurrentes de base genética estrecha

Para obtener nuevas variedades, aún más adaptadas a las condiciones de las zonas de producción del Estado Plurinacional de Bolivia a largo plazo (9-12 años), se crean poblaciones recurrentes de base genética estrecha nuevas. Para cada población se eligen cuatro progenitores, cada uno es el mejor para un carácter de mayor importancia. Se introduce un gen recesivo de macho-esterilidad (ms) (Fujimaki, 1979) en la población con 4 cruzamientos de tipo (ms, ms) P^-1 donde (ms,ms) es una planta macho-estéril y P un progenitor (con i de 1 hasta 4) (Vales, 2009). Esperando que las plantas (ms, ms) sean de citoplasmas diferentes y vengan de una población que aporta parte de sus calidades, se realizan tres ciclos de multiplicación. En el segundo y tercer ciclo aparecen plantas ms y con la cosecha únicamente de ellas se realizan las dos recombinaciones genéticas necesarias entre los cuatro progenitores.

Pr e-mejor amiento

Las poblaciones de base genética estrecha permiten el uso razonable y económico de la selección recurrente asistida por marcadores moleculares (acrónimo en inglés MARS). Con dichos marcadores se fijan poblaciones recurrentes para un carácter antes de empezar el mejoramiento genético participativo para los otros caracteres. Por lo tanto, la MARS retrasa la obtención de nuevas variedades al largo plazo (13-15 años) pero es de mucho interés u obligatoria para caracteres de difícil (complicada y/o costosa) o imposible evaluación en campo de agricultores (virus de la hoja blanca). Se empieza la MARS con meta-QTLs de resistencia parcial a la Pyricularia (Balini et al., 2008) y la población SPACIR 16 (acrónimo inglés para Source of Polymorphism Aceituno-Cirad Rice) (Tabla 1). Esta investigación metodológica, realizada en colaboración con el equipo de la Dra. R. Mello del EMBRAPA- Arroz, está apoyada por la iniciativa internacional MKTPlace¹.

Resultados y discusión

Se realizaron reuniones en cuatro ELC representativos con agricultores, con los CDI de los departamentos arroceros de Santa Cruz, Beni y La Paz y con el CPI. De esta concertación salió como problemas prioritarios que se pueden resolver con el mejoramiento genético como la Pyricularia (Figura 2), la falta de variedades de secano con calidad de grano, para inundación de agua profunda (Beni) y variedades de grano tipo medio. Más recientemente, la agravación de la sequía y la epidemia desastrosa causada por la bacteriosis del arroz (Burkholderia glumae) (Comité Técnico Interinstitucional, 2016) condujeron a un ajuste de las prioridades. Todo esto ha permitido definir de forma participativa los objetivos de mejoramiento genético.

Constitución de una base de recursos genéticos

Con base a los objetivos del mejoramiento genético se han introducido variedades como progenitores potenciales: 134 del IRRI¹, 130 del CIRAD² y 10 del RDA³. En el Tabla 2 se da algunos ejemplos de sus características de interés.

Rescate de variedades tradicionales

En el norte del departamento de La Paz, en el departamento del Beni, Santa Cruz, Cochabamba y Pando los pequeños productores del sistema manual por muchos años han conservado las variedades tradicionales, perdiendo la pureza genética de los mismos, semillas de estas variedades han sido entregadas por los productores: de La Paz (Estaquilla Colorada, Cateto, Cubano, Carolina, Estaquilla, Mentiroso y Noventón) del Beni (Cabo Negro, Carolina, Negro, Estaquilla Blanca y Cateto) de Santa Cruz (Estaquilla, Corandeño, Bluebonnet y Dorado Colorado) de Cochabamba (Bluebonnet), de Pando (Piedrita, Negro, Plumilla Blanca y Plumilla Colorada). Las variedades se han fijado con dos ciclos e incrementado la cantidad de semilla disponible. Después de ensayos participativos de evaluación de estas variedades fue elegida por los productores la variedad Estaquilla especialmente por la calidad de grano (Tabla 3) (Guzmán et al., 2017), esta variedad tradicional es de porte intermedio, tolerante a enfermedades fungosas, adaptada a las condiciones de secano para el sistema manual, con buena la calidad de grano.

Después de cinco años de investigación participativa realizada en diferentes zonas de producción del Estado Plurinacional de Bolivia (Yapacaní, Santa Rosa del Sara, San Juan, Guarayos, Puente Pablo, San Javier y San Buenaventura) se han obtenido las variedades INIAF-Chasqui (Tabla 4) e INIAF-Taita (Tabla 5). La variedad INIAF-Chasqui permite ofrecer otra opción - alternativa a Jasaye = IRAT 170 (IRAT, 1984) - para el cultivo de arroz de secano por su tolerancia a estrés por sequía y la variedad INIAF-Taita alternativa para secano favorecido o inundado.

A partir de las poblaciones recurrentes SPACIR 6 y SPACIR 16 se han obtenido ocho líneas promisorias que deben confirmar su interés en ensayos de evaluación participativa.

•  Buen vigor inicial de la planta

•  Tolerante a la sequía

•  Ciclo intermedio, con 126 días a cosecha

•  Porte bajo, 99 cm de altura

•  Tolerante a enfermedades (Pyricularia, Helmintosporium, Escaldado de la hoja y Manchado de grano)

]]> •  Buen potencial de rendimiento

•  Grano de tipo largo fino de buena calidad

•  Rendimiento en molinería mayor a 60 %

•  Peso de 1000 granos 27 g - 29 g

•  Dormancia corta de las semillas que permite dos siembras al año

•  Buen vigor inicial de la planta

•  Buena capacidad de macollamiento

•  Ciclo vegetativo, 135 días a cosecha

•  Porte bajo, 94 cm de altura

]]> •  Tolerante a enfermedades (Pyricularia, Helmintosporium, y Escaldado de la hoja)

•  Buen potencial de rendimiento

•  Grano tipo extra largo de buena calidad

•  Rendimiento en molinería mayor a 55 %

•  Peso de 1000 granos 28.5 g - 33.0 g

•  Dormancia corta de las semillas

Creación de poblaciones recurrentes de base genética estrecha

El Tabla 7 indica las primeras poblaciones recurrentes de base genética estrecha creadas en Bolivia para Bolivia, PACI (acrónimo de Población de Arroz Cirad Iniaf). La fuente del gen recesivo de macho esterilidad utilizada para crear las PACI son plantas de la población SPACIR6 (Tabla 6). Se puede mejorar, de forma independiente, cada población para una o varias condiciones agro-ecológicas y socio-economicas. Por lo tanto, la calificación de cada población en la Tabla indica, no más que una atención particular, no un objetivo general de mejoramiento.

Pre-mejoramiento

De la población recurrente SPACIR16 se realizó el genotipaje en plantas S1 en el laboratorio del EMBRAPA donde se identificaron 26 líneas con uno o dos QTLs de resistencia parcial a la Pyricularia, con estas líneas se conformó una población para su recombinación y fijar los QTLs.

Aunque se conocía el riesgo de Burkholderia glumae (Pava, 2013), no se tenían resultados previos para enfrentar la desastrosa epidemia de la pudrición bacterial de la panoja del arroz, por lo tanto, se debe ya trabajar para afrontar nuevos riesgos como: virus de la Hoja Blanca, virus del Entorchamiento, bakanae (Gibberella fujikuroi), etc. Como se tratan de enfermedades que no están presentes en Bolivia, la evaluación en campo es imposible y la MARS es el método adecuado. El primer paso es introducir los progenitores fuentes de las resistencias correspondientes (Factores bióticos de la Tabla 2).

Conclusiones

La implementación de un esquema completo de mejoramiento completamente participativo para los varios tipos de arroz ha permitido la obtención de variedades ya desde el corto plazo. Para el mediano y largo plazo se tiene material promisorio en varias etapas del proceso de mejoramiento. Los cambios y desafíos agroecológicos y socio-económicos obligan a ajustes permanentes de los objetivos del mejoramiento genético en arroz.

Con la innovación de las poblaciones recurrentes de base genética estrecha y con la transferencia de biotecnología en Bolivia, se refuerza la autonomía, por lo tanto la soberanía científica y técnica del país. Bolivia debe definir los objetivos de su investigación y elegir los métodos adecuados para lograrlos, pudiendo aprovechar de los recursos fitogenéticos foráneos como progenitores, capacitaciones y financiamiento en el marco de colaboraciones de interés mutuo.

Notas

1  International Rice Research Institute

2  Centre de Coopération International en Recherche Agronomique pour le Développement

3  Rural Development Administration

Referencias

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