Laboratorio de Micropropagación y Mejoramiento Genético

Por Marytere Narváez

Mérida, Yucatán. 31 de diciembre de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- El incremento de la demanda mundial por energía, el agotamiento de los combustibles fósiles y la preocupación de un gran número de países ante el cambio climático ha impulsado el desarrollo de fuentes de energía alterna de origen biológico, entre las que destaca el cultivo de Jatropha curcas para la producción de biodiesel.

Con el objetivo de desarrollar técnicas de micropropagación para diseminar esta especie masivamente, estudiar y combatir las plagas y enfermedades que padece y contribuir a su mejoramiento genético ex vitro e in vitro, la unidad Sureste del Centro de Investigación y Asistencia en Tecnología y Diseño del Estado de Jalisco (Ciatej), creó el Laboratorio de Micropropagación y Mejoramiento Genético, con el financiamiento de la Secretaría de Agricultura, Ganadería, Desarrollo Rural, Pesca y Alimentación y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Sagarpa-Conacyt).

Guadalupe López Puc, responsable del Laboratorio de Micropropagación y Mejoramiento Genético de Plantas del Ciatej, señaló para la Agencia Informativa Conacyt que entre los cultivos que producen aceite para la industria del biodiesel, Jatropha curcas (conocida como jatrofa) ha demostrado un potencial sobresaliente que motivó la investigación para obtener variedades con mayores rendimientos de semilla, en conjunto con la empresa Agroindustria Alternativa del Sureste, S.P.R. de R.L de C.V.

“El principal enfoque del laboratorio es el mejoramiento genético de Jatropha curcas, pero alberga otros proyectos del área de biotecnología vegetal que incluyen un banco de germoplasma in vitro de orquídeas nativas de la península de Yucatán, cultivos de Anthurium y crisantemos”, apuntó.

El laboratorio forma parte de la línea de investigación en biotecnología vegetal de la unidad Sureste del Ciatej, que cuenta con una maestría en ciencias de la floricultura y trabaja en colaboración con instituciones académicas y el sector privado para el desarrollo de proyectos de investigación y formación de recursos humanos en licenciatura, maestría y doctorado.

Actualmente, el laboratorio cuenta con un área de fitopatología, de autoclave (equipos de esterilización), de siembra con campanas de flujo laminar, de biología molecular y cuartos de cultivo in vitro, además de un área común para la preparación de reactivos y soluciones.

Jatropha curcas, micropropagación y mejoramiento

Iniciada en el año 2012, el objetivo de la investigación en torno a Jatropha curcas es obtener variedades con alto rendimiento agronómico, baja toxicidad y alto contenido de aceite. De acuerdo con la investigadora, esta especie se propaga comúnmente a través de estacas, esquejes y semillas; se encuentra prácticamente en todo el país y la importancia de su cultivo radica en la calidad de biodiesel que se obtiene a partir del aceite que se extrae de su semilla.

“Este cultivo es muy bueno, pero su problema es que no tiene variedades altamente productivas y de eso ha tratado este trabajo, de hacer mejoramiento genético para obtener variedades con mejor producción de semilla y hacer que el cultivo sea redituable”, indicó.

Entre las metodologías de investigación, se ha implementado el uso de marcadores moleculares para la identificación genética de los diferentes materiales que sirven como padres en el proceso de mejoramiento genético. “En campo, se utilizaron las técnicas de polinización y análisis de cruzas dialélicas para determinar cuáles son los factores que se heredan y cuáles no”, apuntó.

Micropropagación, plantas más numerosas y más resistentes

De acuerdo con López Puc, la micropropagación enfocada en el mejoramiento genético tiene por objetivo diseminar masivamente y obtener un mayor número de plantas en menor tiempo mediante técnicas de organogénesis directa e indirecta.

Mediante el cultivo de óvulos, la investigadora se ha dedicado también a obtener plantas dobles haploides. “Esto significa que nosotros podemos tener plantas que conservan las características que observamos en campo a partir de sus óvulos. No hay mezcla con otro tipo de genética de otra accesión, y nos permite tener líneas puras en menor tiempo”, explicó.

Gracias a esta técnica se pueden reproducir de manera controlada plantas que tienen un alto rendimiento en producción de semilla, o bien plantas que demuestran una buena resistencia ante enfermedades.

Aunque esta técnica puede implementarse en campo también, requiere elaborar autocruzamiento durante un periodo de tiempo extendido, mientras que el cultivo in vitro de óvulos reduce el tiempo de espera para obtener líneas puras a un año aproximadamente.

Tres nuevas variedades de Jatropha curcas

Como resultado principal del proyecto de mejoramiento genético de Jatropha curcas, se han identificado tres materiales híbridos que prometen tener las características deseadas de alta productividad de semillas, según la evaluación realizada en Yucatán, Campeche y Tabasco.

En palabras de la investigadora, estas variedades se registrarán para tener el título de obtentor ante el Servicio Nacional de Inspección y Certificación de Semillas (SNICS) y se espera validar sus resultados en áreas de mayor tamaño para poder garantizar sus beneficios.

En el proyecto han participado alrededor de 20 investigadores de la unidad Sureste del Ciatej, el Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Yucatán y la empresa Agroindustria Alternativa del Sureste, así como estudiantes graduados de programas de doctorado, maestría y licenciatura.

Estudio de enfermedades y plagas

En el área de fitopatología, se han implementado aislamientos y caracterización de patógenos (hongos, nematodos, bacterias y virus, principalmente) y plagas de insectos que afectan los cultivos. Alberto Uc Várguez, investigador del área de fitopatología del Laboratorio de Micropropagación y Mejoramiento Genético, se enfoca en el diagnóstico e identificación de plagas y enfermedades en los diferentes cultivos que se estudian en el laboratorio, con especial énfasis en la evaluación de todos los materiales del proyecto integral de Jatropha curcas.

“Mi trabajo es caracterizar el comportamiento de los diferentes materiales ante el ataque de las diferentes plagas y enfermedades que afectan el cultivo”, señaló para la Agencia Informativa Conacyt.

De acuerdo con el investigador, las enfermedades más importantes que se han registrado en la especie hasta el momento son la pudrición del pie (Lasiodiplodia theobromae), el manchado foliar asociado con el hongo Corynespora cassiicola, la necrosis en hoja causada por el hongo Colletotrichum spp. y la roya de la hoja causada por el hongo Phakopsora sp. En cuanto a plagas, los más importantes son el ácaro dorado y el piojo harinoso.

“Nosotros le damos la información al mejorador de manera que él pueda saber cómo se comporta cada uno de los materiales de Jatropha curcas, cuál es el más susceptible, el más tolerante o el más resistente. Con esta información él puede decidir cuáles cruzar para obtener el material que está buscando”, apuntó.

¿Cómo conocer qué patógeno está causando una enfermedad?

Una vez que identificamos un grupo de plantas que presentan síntomas que nos sugieren que es causado por patógenos, procedemos a registrar detalladamente la sintomatología, colectamos muestras de tejido con síntomas y lo llevamos al laboratorio en donde, bajo condiciones asépticas en una campana de flujo laminar, se hace la desinfección de la muestra y la siembra en un medio de cultivo para inducir el crecimiento de microorganismos fitopatógenos, que pueden ser hongos o bacterias, comentó el investigador.

Captura de pantalla 2016-12-15 a las 18.08.51.png Para identificar un microorganismo previamente aislado y purificado, se utilizan claves morfológicas y técnicas moleculares (como la PCR y secuenciación), con la finalidad de contar con doble evidencia de la identidad del patógeno que afecta un cultivo.

“Una vez que tenemos aislados, purificados e identificados diferentes microorganismos de una muestra en particular, procedemos a la etapa de las pruebas de patogenicidad mediante la continuación de los postulados de Koch, para lo cual inoculamos de manera individual estos microorganismos en plantas sanas y si la sintomatología que observamos es similar a la que encontramos en campo, podemos decir que el agente causal del problema que registramos en campo es el patógeno que nosotros inoculamos”, explicó.

Para confirmar este resultado, se lleva a cabo nuevamente el aislamiento del patógeno que indujo la sintomatología y este debe ser idéntico al que se inoculó previamente. Estos métodos no se limitan únicamente al estudio de Jatropha curcas, pues han sido implementados también en los proyectos paralelos de la unidad Sureste del Ciatej en crisantemos, orquídeas, chile habanero y miel.

A partir de que se ha identificado el patógeno responsable de una enfermedad, se empieza la etapa de generación de información para el manejo, donde los investigadores generan información relacionada con aspectos epidemiológicos de plagas y de enfermedades. Asimismo, se monitorea mensualmente la incidencia y la severidad de la enfermedad en los diferentes materiales estudiados en la plantación.

“Una vez que hemos mapeado y registrado en espacio y tiempo cómo se está comportando la enfermedad en cada material, los analizamos para saber cuál es su comportamiento dependiendo de su respuesta sintomatológica”, apuntó

Productos para el control de enfermedades y plagas

A partir de la información del comportamiento epidemiológico de la enfermedad o la plaga, se evalúan distintos productos que pueden utilizarse para controlar la enfermedad o disminuir la población del insecto plaga. “Ya que sabemos el momento y las condiciones en que se presenta, decidimos evaluar una serie de productos en campo y cómo se comporta la enfermedad una vez hecha la aplicación de estos para determinar su efectividad”, apuntó el investigador.

De esta forma, el productor puede saber cuál es la temporada del año que las plantas son más susceptibles de ser afectadas por una enfermedad o plaga, las condiciones de humedad y temperatura que propician la aparición del problema y los productos recomendables para combatirlas.

Ácaro dorado y piojo harinoso, plagas de Jatropha curcas

En cuanto a plagas, el ácaro dorado (Aculops sp.) y el piojo harinoso (Planococcus ficus signoret) son los principales problemas que ocasionan daños severos en Jatropha curcas cultivada en Yucatán. Para aminorar sus consecuencias, los investigadores se han enfocado en determinar la fluctuación poblacional de cada una de estas plagas.

“Durante todo el año registramos semanalmente la incidencia de la plaga, así como los factores ambientales de temperatura, humedad y precipitación. Una vez que sabemos la incidencia, determinamos su relación con las condiciones de temperatura y humedad y de esa manera conocemos el comportamiento de la plaga en el tiempo”, apuntó Uc Várguez.

La evaluación de las plagas en las nuevas variedades de Jatropha curcas se realizó en Yucatán. Actualmente se está realizando la evaluación de los materiales en Campeche y Tabasco para determinar su comportamiento ante condiciones ambientales distintas. “Hemos observado que en Tabasco se presentan los mismos problemas que encontramos en Yucatán pero también hay otros. Uno de estos es el caracol, pues cuando hicimos la primera detección obtuvimos 25 por ciento de incidencia, dejando daños severos en las plantas”, señaló el investigador.

Actualmente se evalúa una variedad de productos para el control de plagas con el fin de proporcionar la información completa al mejorador genético y al productor. Estos productos se han clasificado desde ligeramente tóxicos, moderadamente tóxicos hasta métodos alternativos de control biológico, entre los que destacan los exudados de actinomicetos y productos a base de extractos vegetales.

Potencial de obtención de biodiesel

Con la colaboración de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Autónoma de Yucatán, se cuantificó la obtención de aceite por kilo de semillas de las 25 líneas parentales y los 15 híbridos.

“Tenemos alrededor de un 40 a 45 por ciento de obtención de aceite que posteriormente se transformará en biodiesel, no como parte de este proyecto sino como parte de los objetivos de la empresa Agroindustria Alternativa del Sureste”, finalizó la investigadora.