Parientes silvestres de cultivos en bancos de germoplasma
Gayle M. Volk, USDA-ARS National Laboratory for Genetic Resources Preservation, 1111 S. Mason St., Fort Collins, Colorado, 80521 (Gayle.Volk@usda.gov)
Christopher Richards, USDA-ARS National Laboratory for Genetic Resources Preservation, 1111 S. Mason St., Fort Collins, Colorado, 80521
Christina Walters, USDA-ARS National Laboratory for Genetic Resources Preservation, 1111 S. Mason St., Fort Collins, Colorado, 80521
Hannes Dempewolf, Global Crop Diversity Trust, Platz Der Vereinten Nationen 7, 53113 Bonn, Germany
Patrick F. Byrne, Dept. of Soil and Crop Sciences, Colorado State University, Fort Collins, CO 80523
El propósito de este capítulo es proveer información acerca del proceso de resguardo de parientes silvestres de cultivos en bancos de germoplasma.
Contenido
- Introducción
- Capturando la diversidad in situ y ex situ
- Objetivos de conservación
- Consideraciones para la recolección y resguardo de recursos fitogenéticos
- Conservando la diversidad en bancos de germoplasma
- Esfuerzos internacionales para conservar los parientes silvestres de cultivos
- Conservando semillas de especies silvestres
- Referencias
- Agradecimientos
1. Introducción
Las plantas se pueden conservar en condiciones in situ (hábitat natural) o ex situ (bancos de germoplasma, jardines botánicos, etc.). Existe un incentivo para conservar las especies silvestres en los bancos de germoplasma: los hábitats naturales se están agotando. Los bancos de germoplasma de plantas mantienen recursos genéticos en diferentes formas, incluidas semillas y plantas en crecimiento activo, según las características de crecimiento y la composición genética de los materiales conservados. Los bancos de germoplasma deben capturar el objeto de conservación deseado y retenerlo indefinidamente en condiciones ex situ. Esta función crítica de los bancos de germoplasma puede resultar particularmente difícil para las accesiones (muestras) que representan las especies silvestres.
2. Capturando la diversidad in situ y ex situ
La conservación in situ de plantas es la preservación (individuos específicos o poblaciones) en su hábitat natural (Bretting y Duvick, 1997; Dulloo et al., 2010). Esto puede ocurrir cuando se establecen reservas (parques nacionales, áreas designadas, etc.) para conservar especies en áreas naturales, incluido el suelo, la vegetación y los animales. De manera similar, la conservación en fincas agricoloas es cuando un agricultor elige cultivar variedades locales. La conservación in situ tiene el beneficio de conservar las plantas en su ecosistema y conserva las relaciones entre las plantas, el suelo, los microbios, los polinizadores y el clima. Una de las desventajas principales es que las plantas que se mantienen in situ están en riesgo si existen amenazas ambientales o bióticas. Estas plantas tampoco están fácilmente disponibles para la investigación (excepto principalmente en un contexto ecológico) y las poblaciones pueden desaparecer como resultado de los cambios en el hábitat.
Figura 1. Manzanas silvestres Malus sieversii protegidas en un parque nacional en Kazajstán. Crédito de la foto: Gayle Volk.
La conservación ex situ es la preservación de plantas (individuos específicos o poblaciones) en un entorno no nativo. Esto incluye bancos de germoplasma (en campo o banco de semillas), jardines botánicos, así como programas de fitomejoramiento. Las plantas que se conservan ex situ tienen la ventaja de ser menos vulnerables a las amenazas ambientales y bióticas, por lo general están “curadas” (cuidadas) y pueden estar fácilmente disponibles para investigación y evaluación. A menudo, las colecciones ex situ están disponibles para su distribución con fines de investigación y fitomejoramiento. La información sobre estas colecciones puede estar limitada por la calidad y cantidad de documentación de las exploraciones de plantas originales que llevaron los recursos fitogenéticos a conservarse. Las colecciones ex situ, generalmente, conservan variedades y cultivos de plantas que no existen en la naturaleza y también pueden incluir representantes de especies silvestres.
Figura 2. Cultivos de manzana en la colección de campo del banco de germoplasma del Sistema Nacional de Germoplasma Vegetal del USDA. Crédito de la foto: Philip Forsline.
3. Objetivos de conservación
Las colecciones de bancos de germoplasma conservan una amplia gama de diversidad de plantas, incluidas especies silvestres, razas y cultivos élite. Las colecciones se mantienen en una variedad de formas que incluyen: semillas, plantas en campo, invernadero o in vitro, embriones, polen, cultivos celulares y ADN. El objetivo de conservación deseado y la fisiología de la especie/cultivo dictan cómo se mantienen las accesiones en un banco de germoplasma (Walters et al., 2008).
Semillas y embriones
La mayoría de las colecciones de bancos de germoplasma vegetal se mantienen como semillas, por lo general en almacenamiento refrigerado, congelado y criogénico. Estas colecciones pueden representar cultivos élite propagados por semillas o accesiones altamente diversas de semillas recolectadas de poblaciones silvestres. A menudo, las colecciones de semillas se mantienen con un contenido de humedad óptimo, a una temperatura reducida, durante períodos prolongados. Cuando es necesario, se usa una muestra de semillas para reproducir la colección de semillas; este proceso de regeneración debe controlarse cuidadosamente para garantizar que no ocurran cambios genéticos, mezclas o polinizaciones no deseadas. En algunos casos, los embriones extraídos de las semillas pueden criopreservarse con más éxito que las semillas enteras.
Figura 3. Semillas diversas que representan materiales vegetales que se pueden mantener en un banco de germoplasma. Crédito de la foto: USDA-ARS.
Plantas en crecimiento activo o propágulos vegetativos almacenados
Algunos cultivos no se propagan por semillas porque: 1) no producen semillas; 2) las combinaciones genéticas específicas solo se pueden mantener mediante la propagación clonal (por ejemplo, mediante injertos, esquejes enraizados, etc.); 3) son dioicas; o 4) se necesita mucho tiempo para alcanzar la madurez reproductiva. Por lo general, estos tipos de colecciones se denominan “clonales” o “propagadas vegetativamente” porque se mantienen individuos específicos, a menudo en estado de crecimiento activo, para cultivos o especies. Muchas frutas, nueces, tubérculos y cultivos ornamentales, así como algunas hortalizas, entran en esta categoría. Estas colecciones clonales pueden mantenerse en el campo, en estructura con malla protectora/invernadero, in vitro o, a veces, como meristemos o yemas latentes en nitrógeno líquido. Comparado con las colecciones de semillas, es más costoso (requiere mucha mano de obra y espacio) mantener individuos como plantas en colecciones de campo. En algunos casos, los parientes silvestres de cultivos propagados clonalmente se almacenan como semillas para capturar la diversidad genética de las especies.
Figura 4. Cultivos de manzano propagados vegetativamente se mantienen en colecciones de campo en bancos de germoplasma. Crédito de la foto: USDA-ARS.
Polen
Aunque el polen es solo el gameto masculino y no suele representar una planta regenerable, su conservación en bancos de germoplasma es particularmente útil para los fitomejoradores. En algunos casos, el polen puede estar disponible y conservarse más fácilmente que otros tipos de propágulos.
Figura 5. Polen de nuez pecana que ha sido teñido para evaluar la viabilidad (los granos de polen oscuro están vivos). Crédito de la foto: John Waddell.
Células y ADN
A veces se pueden usar cultivos de células vegetales para regenerar plantas viables. El ADN puede ser preservado para conservar información genética.
Figura 6. Cultivos de células de arroz que se recuperaron después de más de 35 años de almacenamiento en un estado criopreservado. Crédito de la foto: Gayle Volk.
Especímenes de herbario
Muchos bancos de germoplasma están asociados con una colección de herbario que proporciona ejemplares secos representativos de las muestras originales. Si se almacenan correctamente, estas muestras originales podrían durar cientos de años.
Figura 7. Espécimen de Malus fusca de la Colección de Herbario del Arboretum Nacional de Estados Unidos. Crédito de la foto: Arboretum Nacional del USDA.
4. Consideraciones para la recolección y resguardo de recursos fitogenéticos
Las colecciones de bancos de germoplasma vegetales incluyen variedades cultivadas y especies silvestres. Las variedades cultivadas se pueden adquirir de programas de investigación y fitomejoramiento, jardines públicos o de conservacionistas; también a través de intercambios con otros bancos de germoplasma internacionales, nacionales o académicos. Las especies silvestres se pueden adquirir de fuentes similares o recolectar de sus hábitats nativos.
La obtención de recursos fitogenéticos silvestres requiere permiso del propietario, incluyendo el cumplimiento de los reglamentos y tratados nacionales e internacionales pertinentes. A menudo, se firman acuerdos de transferencia de material (como el Acuerdo Normalizado de Transferencia de Material) para documentar la adquisición legal de materiales vegetales. Los tratados y acuerdos internacionales relevantes incluyen el Convenio sobre la Diversidad Biológica (1992), el Protocolo de Nagoya (2010) y el Tratado Internacional sobre los Recursos Fitogenéticos para la Alimentación y la Agricultura (2001). La importación de recursos fitogenéticos a un país está cuidadosamente regulada para garantizar que las plagas y patógenos no se propaguen a través de las fronteras internacionales. Los servicios de cuarentena vegetal y de inspección fitosanitaria monitorean los materiales vegetales entrantes para asegurarse de que estén sanos.
El Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB) es un tratado multilateral jurídicamente vinculante con los objetivos de: 1) la conservación de la diversidad biológica; 2) el uso sostenible de sus componentes y 3) la distribución justa y equitativa de los beneficios derivados de la utilización de los recursos genéticos. El CDB entró en vigor el 29 de diciembre de 1993 y su sitio web es https://www.cbd.int/.
El Protocolo de Nagoya sobre el acceso a los recursos genéticos y la distribución justa y equitativa de los beneficios derivados de su utilización es un protocolo legalmente vinculante para el CDB que entró en vigor el 12 de octubre de 2014 (https://www.cbd.int/abs/). Proporciona un marco legal para implementar el tercer componente del CDB.
El Tratado Internacional sobre los Recursos Fitogenéticos para la Alimentación y la Agricultura (TIRFAA) es un acuerdo internacional jurídicamente vinculante. “Los objetivos de este Tratado son la conservación y el uso sostenible de los recursos fitogenéticos para la alimentación, la agricultura y la distribución justa y equitativa de los beneficios derivados de su uso, en armonía con el Convenio sobre la Diversidad Biológica, para la agricultura sostenible y la seguridad alimentaria.” El Sistema Multilateral de Acceso y Distribución de Beneficios del tratado cubre 64 cultivos alimentarios y forrajes. Contiene disposiciones que abordan cuestiones como los derechos de los agricultores, el acceso y distribución de beneficios y las colecciones ex situ.
La identificación, selección y adquisición de materiales vegetales para la conservación del banco de germoplasma es complicada. La información específica sobre estos procesos se proporciona en otra parte (Capítulo en proceso).
5. Conservando la diversidad en bancos de germoplasma
Idealmente, el proceso de conservación no debería alterar la composición genética de la muestra original, ya sea una variedad específica o recolectada de la naturaleza. Esto requiere un control cuidadoso de cada paso en el procedimiento de conservación, para garantizar que:
- Las semillas o plantas permanezcan viables el mayor tiempo posible en el estado de conservación
- Los esfuerzos de regeneración no provoquen derivación genética sustancial
Video 1. ¿Cómo se captura la diversidad de parientes silvestres de cultivos en un banco de germoplasma? (Subtítulos disponibles en español).
Video 2. ¿Cómo se conserva la diversidad de parientes silvestres de cultivos en un banco de germoplasma? (Subtítulos disponibles en español).
6. Esfuerzos internacionales para conservar los parientes silvestres de cultivos
El Fondo Mundial para la Diversidad de Cultivos es una organización internacional que ha reconocido la necesidad de conservar los parientes silvestres de cultivos a escala internacional. Lleva a cabo un proyecto titulado: “Adaptación de la agricultura al cambio climático: Recolección, protección y preparación de parientes silvestres de cultivos.” Sus objetivos son: recolectar especies importantes de parientes silvestres de cultivos, asegurar su conservación a largo plazo y facilitar su uso en la obtención de cultivos nuevos y mejorados. El proyecto se centra en 29 cultivos prioritarios. Se están realizando viajes de recolección con 24 países socios y los esfuerzos de premejoramiento involucran a 53 socios nacionales e internacionales. El proyecto ha desarrollado una serie de recursos para inventarios de parientes silvestres de cultivos, guías de recolecta, análisis de vacíos y premejoramiento; están disponibles en el siguiente sitio web: www.cwrdiversity.org.
Video 3. Esfuerzos internacionales para conservar los parientes silvestres de cultivos. (Subtítulos disponibles en español).
7. Conservando semillas de especies silvestres
Con frecuencia, en bancos de germoplasma, las semillas de cultivos se conservan más fácilmente que las de especies silvestres. Los cultivos de plantas, en particular los cultivos con semillas, por lo general se someten a un proceso de domesticación que hace que las semillas sean más aptas para la conservación en bancos de germoplasma. Las semillas domesticadas, a menudo, tienen una madurez más uniforme, menor posibilidad de romperse (caída de semillas), pérdida de sensibilidad al fotoperiodo y características de latencia alteradas (son más capaces de resistir la desecación, el almacenamiento en frío o han perdido la latencia). También son más uniformes en cuanto a tamaño, forma y rasgos fisiológicos.
Video 4. ¿Por qué es difícil mantener las semillas de los parientes silvestres de cultivos en un banco de germoplasma? (Subtítulos disponibles en español).
8. Referencias
Bretting PK, Duvick DN. 1997. Dynamic conservation of plant genetic resources. Advances in Agronomy 61:1-51.
Dulloo ME, Hunter D, Borelli T. 2010. Ex situ and in situ conservation of agricultural biodiversity: Major advances and research needs. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca 38:123-135.
Walters CW, Volk GM, Richards CM. 2008. Genebanks in the post-genomic age: Emerging roles and anticipated uses. Biodiversity 9:68-71.
9. Agradecimientos
Para citar este artículo: Volk GM, Richards C, Walters C, Dempewolf H, Byrne PF. 2024. Parientes silvestres de cultivos en bancos de germoplasma. En: Volk GM, Byrne PF (Eds.) Parientes silvestres de cultivos y su uso en el fitomejoramiento. Colorado: Universidad Estatal de Colorado. [Escribe la fecha de acceso]. Disponible en: https://colostate.pressbooks.pub/cropwildrelativesspanish/chapter/parientes-silvestres-de-cultivos-en-bancos-de-germoplasma/
Este módulo de capacitación fue posible, en parte, gracias al financiamiento del USDA-ARS, la Universidad Estatal de Colorado, IICA-PROCINORTE (procinorte.net) y la Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID). Traducciones a español fueron apoyados por IICA-PROCINORTE.
Editores: Gayle Volk, Katheryn Chen
Traducido: Juan Manuel Pichardo González, Andrea Purdy, Stephanie Villanueva, Verónica Villanueva
Camarógrafos: Mike May, Michael Major
Este proyecto fue financiado en parte por National Academy of Sciences (NAS) [la Academia Nacional de Ciencias] y USAID. Es de notar que las opiniones, los hallazgos, las conclusiones y las recomendaciones expresadas vienen de los autores y no reflejan necesariamente los puntos de vista de USAID ni de NAS.
