Es un hecho que la agricultura enfrenta el desafío de un aumento sostenible de la producción y de la calidad de los alimentos para una población en crecimiento, en un entorno cambiante, para lo que se requiere de estrategias innovadoras que minimicen el impacto sobre el ambiente.
Tal como lo indica la FAO, el trigo es uno de los cultivos alimentarios básicos más importantes, que aporta alrededor del 20% de las calorías y proteínas de la dieta humana. Asimismo, Chile es uno de los mayores consumidores de trigo harinero per cápita del mundo. La demanda de trigo de nuestro país es de 2 millones de toneladas por año, de las cuales importa el 44%.
Tomando en cuenta esta realidad, un grupo de científicos de la Universidad Austral de Chile, liderado por el Dr. Daniel Calderini, académico titular del Instituto de Producción y Sanidad Vegetal, comenzará a desarrollar a partir del año 2021 un proyecto FONDECYT Regular.
La iniciativa se titula “Unravelling the mechanisms controlling the trade-off between grain weight and grain number to improve yield and crop adaptation of wheat” (Desentrañando los mecanismos que controlan la compensación entre el peso y el número de granos para mejorar el rendimiento y la adaptación del trigo).
El objetivo de este proyecto es comprender los mecanismos fisiológicos y genes que controlan la determinación de número de granos por unidad de área (NG), el peso de granos (PG), su interacción y la calidad del grano del trigo en genotipos con y sin compensación entre PG y NG.
Lo anterior bajo manejo agronómico y condiciones ambientales contrastantes, es decir, con distintas densidad de plantas y en respuesta al incremento térmico en diferentes localidades. Para ello se evaluarán trigos con genes claves que aumentan el peso de los granos con y sin compensación con el NG.
Es importante subrayar que el Dr. Calderini es reconocido a nivel internacional por sus hallazgos en el área de la fisiología de cultivos, específicamente en la importancia del período inmediatamente previo a la floración para la determinación del peso de los granos en trigo, cebada, triticale y maravilla.
En sus estudios ha demostrado que la determinación de los dos componentes clave del rendimiento (NG y PG) se superpone en el tiempo, a diferencia de lo que se pensaba anteriormente; esto es que eran independientes durante el ciclo de cultivo. También, junto al Dr. Simon McQueen-Mason, desarrolló un proyecto que permitió clonar el primer transgénico de trigo que aumentó conjuntamente el peso de los granos y el rendimiento de trigo, evitando la caída en el NG que había sido la norma hasta ese momento (Calderini et al., 2000)[1].
En ese contexto, ¿cuál es el mayor impacto de este nuevo proyecto?
“Esperamos encontrar la regulación de la compensación entre el NG y el PG, llamado trade-off en inglés, y también su relación con la calidad de los granos (contenido y tipo de proteínas del grano) en el cultivo de trigo. Además, evaluar el incremento de grano y rendimiento logrado en un trabajo anterior (Calderini et al., 2020), en respuesta a aumentos térmicos en diferentes ambientes. De lograrlo, este conocimiento también podrá ser útil para otros cultivos de importancia agrícola que tienen compensación entre el NG y el PG”, explica el Dr. Daniel Calderini.
“El objetivo que nos hemos propuesto, en este proyecto, no sólo es de carácter científico y desde la perspectiva del conocimiento, ya que también pretendemos que este estudio derive en usos agronómicos y en el mejoramiento genético del trigo. Más allá de este cultivo específico, también esperamos que la información generada por el proyecto sea útil para la adaptación al cambio climático y su uso en otros cultivos”, recalca del profesor de la UACh.
Dr. Daniel Calderini
Experimentos
Para abordar el objetivo, se desarrollarán, en un periodo de 4 años, experimentos de campo centrados en los mecanismos y genes que controlan GN, GW, su interacción y la calidad del grano en dos densidades de siembra contrastantes durante los dos primeros años (temporadas 2021/22 y 2022/23). Además se realizará la evaluación de esos mecanismos y genes en tratamientos de incremento térmico durante el período de superposición en la determinación del NG y PG (alrededor de la floración). Esto se llevará a cabo en tres ambientes diferentes durante la segunda mitad del proyecto (temporadas 2023/24 y 2024/25).
El Prof. Calderini indica que “en los experimentos, se seguirá la fenología y se cuantificará la biomasa, la partición de la biomasa, el desarrollo y crecimiento de las flores y granos, su calidad, el tamaño celular y las propiedades de la pared celular de los órganos reproductivos, así como la expresión génica por RNA-Seq y PCR cuantitativa durante el curso temporal en que se determinan el número de granos por unidad de área (NG) y el peso de los granos (PG) de trigo en los diferentes genotipos y condiciones previstas en el proyecto”.
Los experimentos de la segunda mitad del estudio se ejecutarán en tres ubicaciones diferentes, evaluando el impacto térmico sobre los principales rasgos investigados mediante un control a temperatura ambiente y un tratamiento de temperatura aumentada en 3ºC, mediante cámaras de polietileno equipadas con calefactores eléctricos controlados termostáticamente. Estos experimentos se desarrollarán en Valdivia, Chillán y Buenos Aires. En el caso de Valdivia, se efectuarán en la Estación Experimental Agropecuaria Austral (EAAA) de la Universidad Austral de Chile.
El equipo de investigadores (as) del proyecto lo integran, desde Chile, el Dr. Javier Canales de la UACh; el Dr. Alejandro del Pozo de la Universidad de Talca y la Dra. Francisca Castillo de la UACh. En Argentina, el experimento estará a cargo del Dr. Daniel Miralles, profesor de la Facultad de Agronomía de la Universidad de Buenos Aires. Esto último, representa una colaboración internacional, cuyo experimento será financiado con recursos propios del grupo de investigación del país trasandino.
Se cuenta, además, con un Comité Internacional de Expertos integrado por los Drs. Simon McQueen-Mason, Leonardo Gómez, ambos de la Universidad de York; el Dr. Cristóbal Uauy del John Innes Center y el Dr. Pedro Aphalo de la Universidad de Helsinki.
[1] Calderini, D.F., F.M. Castillo, A. Arenas-M, G. Molero, M.P. Reynolds, M. Craze, S. Bowden, M.J. Milner, E.J. Wallington, A. Dowle, L.D. Gomez and S.J. McQueen-Mason. (2020). Overcoming the trade-off between grain weight and number in wheat by the ectopic expression of expansin in developing seeds leads to increased yield potential. New Phytologist. 1-12.