Introducción a los parientes silvestres de cultivos
Gayle M. Volk, USDA-ARS National Laboratory for Genetic Resources Preservation, 1111 S. Mason St., Fort Collins, Colorado, 80521 (Gayle.Volk@usda.gov)
Colin Khoury, San Diego Botanic Garden, 300 Quail Gardens Dr, Encinitas, CA 92024-2707; International Center for Tropical Agriculture (CIAT), Km 17, Recta Cali-Palmira, Apartado Aéreo 6713, 763537 Cali, Colombia
Stephanie Greene, USDA-ARS National Laboratory for Genetic Resources Preservation, 1111 S. Mason St., Fort Collins, Colorado, 80521
Patrick F. Byrne, Dept. of Soil and Crop Sciences, Colorado State University, Fort Collins, CO 80523
El propósito de este capítulo es demostrar que los cultivos alimentarios no se originan necesariamente donde se consumen. Los cultivos alimentarios se han domesticado desde sus orígenes silvestres y se han transportado a todo el mundo. Este capítulo también explica cómo los parientes silvestres de cultivos ofrecen diversidad genética a los bancos de germoplasma y programas de reproducción.
Contenido
- Introducción
- ¿De dónde provienen los cultivos alimentarios?
- Vavilov y la diversidad de especies
- ¿Por qué son importantes los parientes silvestres para el mejoramiento genético de los cultivos?
- Amenazas a los parientes silvestres de cultivos
- Parientes silvestres de cultivos de América del Norte
- Referencias
- Agradecimientos
1. Introducción
La producción de alimentos ha avanzado desde sus orígenes, donde los humanos recolectaban alimentos de la naturaleza, pasando por el cultivo y selección de plantas silvestres (razas), hasta el fitomejoramiento moderno de nuevas variedades y cultivos con alta calidad, rendimiento y resistencia a estreses abióticos y bióticos. Los cultivos alimentarios se derivan de especies de plantas silvestres (parientes silvestres de cultivos) de todo el mundo que ahora se cultivan en localidades alejadas de sus fuentes originales. Este documento proporciona información e ilustraciones sobre dónde se originaron los cultivos alimentarios y se destaca el trabajo importante del Genetista Ruso Dr. Nikolai Vavilov, quien introdujo el concepto de “centro de origen” y alentó la conservación y uso de parientes silvestres de cultivos para el mejoramiento de plantas.
Los parientes silvestres de cultivos (PSC) proporcionan diversidad genética que puede no estar disponible en las variedades cultivadas actuales. La nueva diversidad genética dentro de estas especies silvestres pueden ser los componentes básicos que los fitomejoradores necesitan para mejorar la productividad y calidad de los productos agrícolas. Aunque es probable que los PSC sean la clave para el futuro mejoramiento de los cultivos, como especies silvestres, pueden perderse si se producen cambios en sus hábitats nativos. Las colecciones de bancos de germoplasma ex situ (mantenidas bajo condiciones de cultivo) brindan la oportunidad de conservar y proteger los parientes silvestres de cultivos para las futuras generaciones.
2. ¿De dónde provienen los cultivos alimentarios?
Las plantas se han trasladado por todo el mundo durante milenios. Los rangos de las especies han cambiado como resultado de la actividad geológica, los patrones climáticos cambiantes, el viento, el agua, la dispersión de animales, y más recientemente, la diseminación por parte de los humanos. A menudo, las personas llevan semillas u otros propágulos de cultivos para alimento, forraje y fibra a medida que migran a nuevos lugares. En los tiempos modernos, los alimentos cultivados en cierta área pueden enviarse a todo el mundo en cuestión de días. En algunos casos, es difícil adivinar su origen, pero es importante saber de dónde provienen esos cultivos alimentarios y sus parientes silvestres, en especial cuando se buscan nuevas formas de diversidad con rasgos novedosos en cuanto a resistencia a enfermedades o plagas, o características deseables de calidad y rendimiento.
Se desarrolló un sitio web interactivo para ilustrar los orígenes de 53 cultivos diversos: https://blog.ciat.cgiar.org/origin-of-crops/.
Figura 1. Mapa mostrando los orígenes y las regiones primarias de diversidad de cultivos agrícolas tomado de Khoury et al. (2016).
Video 1. ¿Cómo se han transferido los cultivos entre culturas? (Subtítulos disponibles en español).
3. Vavilov y la diversidad de especies
El científico ruso Dr. N.I. Vavilov propuso la existencia de “centros de origen” para los cultivos de todo el mundo, donde los cultivos y sus parientes silvestres están ubicados geográficamente. A menudo, son los primeros lugares donde tuvo lugar la domesticación y el Dr. Vavilov propuso que la diversidad en estas regiones podría usarse para mejorar la producción de los cultivos. Los términos “centros de diversidad” y “regiones de diversidad” están reemplazando gradualmente el término “centros de origen” de Vavilov ya que en algunos casos el proceso de domesticación puede no estar co-ubicado con la mayor prevalencia de sus especies silvestres.
Figura 2. Nikolai Vavilov, botánico y explorador de plantas ruso (dominio público).
El Dr. Nikolai Vavilov (1887–1943) fue un agrónomo y genetista ruso que dirigió la Academia de Ciencias Agrícolas de toda la Unión de Lenin de 1924 a 1935. En 1924 acuñó el término “centros de origen” (ahora más frecuentemente referido como “centros de diversidad”) para plantas cultivadas y escribió los Centros de origen para plantas cultivadas en 1926 (Hummer y Hancock, 2015; Janick, 2015). Gran parte del trabajo de Vavilov se basa en el de Alphonse de Candolle (1806-1893), quien publicó el Origen de las plantas cultivadas en 1882 (de Candolle, 1882). Las expediciones del Dr. Vavilov lo llevaron por todo el mundo, donde él y su personal recolectaron más de 250,000 muestras únicas de semillas para su conservación en el banco de semillas de Leningrado (que ha sido renombrado como Instituto de Industria Vegetal N.I. Vavilov, en San Petersburgo). Fue condenado a muerte en 1941 y su sentencia fue conmutada por 20 años de prisión. Murió de inanición en prisión en 1943. El Dr. Vavilov también es reconocido por desarrollar la Ley de Variación Homóloga (se espera que una variación particular observada en una especie de cultivo también esté disponible en una especie relacionada) y por describir el concepto de erosión genética (Hummer y Hancock, 2015).
Al principio, el Dr. Vavilov propuso cinco centros de origen en 1924. Tras una revisión los ajustó a ocho en 1935, y sus trabajos finales en 1940 discutieron siete centros principales (Hummer y Hancock, 2015). Los ocho centros descritos por Vavilov son: I. Asia oriental; II. Indostánico; III. Interasiático; IV. Caucásico; V. Mediterráneo; VI. Abisinio; VII. América Central; VIII. Andino.
Figura 3. Los ocho centros de origen propuestos por N. Vavilov, de Vavilov (1992) y Hummer y Hancock (2015).
Video 2. ¿Cómo son relevantes los Centros de Origen de Vavilov en los sistemas alimentarios modernos? (Subtítulos disponibles en español).
4. ¿Por qué son importantes los parientes silvestres para el mejoramiento genético de los cultivos?
Los parientes silvestres de cultivos contienen una diversidad que, por lo general, no está disponible en variedades establecidas. Estos parientes silvestres de cultivos pueden proporcionar nuevos alelos para la resistencia a estreses bióticos (insectos, hongos, bacterias, virus o viroides) o abióticos (temperaturas extremas, sequías/inundaciones, patrones climáticos cambiantes, etc.), nuevos sabores, nutrientes y genes que pueden afectar la arquitectura, el rendimiento y otros rasgos de interés de la planta (Tanksley y McCouch, 1997). A menudo, el proceso de conservación en bancos de germoplasma de los parientes silvestres de cultivos es más desafiante que la conservación de las variedades cultivadas. Esto se debe a que los parientes silvestres pueden no ser capaces de adaptarse a las condiciones de almacenamiento a largo plazo, pueden ser difíciles de regenerar (es especial, porque tienen tiempos de maduración no uniformes y se pueden perturbar) y los rendimientos suelen ser menores. Para mejorar la longevidad en almacenamiento, hay que regenerar las semillas de los parientes silvestres de cultivos justo después de recibirlas en el banco de germoplasma.
Video 3. ¿Por qué es importante conservar parientes silvestres de cultivos en un banco de germoplasma? (Subtítulos disponibles en español).
5. Amenazas a los parientes silvestres de cultivos
Los parientes silvestres de cultivos pueden ser nativos de regiones o entornos que son difíciles de proteger como resultado de los cambios climáticos y presión antropogénica. Los hábitats nativos pueden perderse debido al crecimiento de las ciudades, pastoreo, aumento de la producción agrícola, turismo, cambios en los entornos locales (presas, fuentes de agua agotadas, etc.) y más (cwrdiversity.org/acerca-de/amenazas/). A menudo, no se pueden conservar estos hábitats nativos mediante la creación de áreas naturales protegidas. Una organización útil que proporciona información sobre este tema es la Unión Internacional para la Conservación de la Naturaleza (UICN; iucn.org/es), la cual evalúa el estado del mundo natural. Es importante conservar los parientes silvestres de cultivos en bancos de germoplasma ex situ como salvaguarda contra las pérdidas que puedan sufrir las poblaciones silvestres.
Video 4. ¿Por qué es urgente conservar parientes silvestres de cultivos? (Subtítulos disponibles en español).
6. Parientes silvestres de cultivos de América del Norte
América del Norte, incluidos Canadá, México y Estados Unidos, es una zona rica en parientes silvestres de cultivos de importancia mundial, regional y local. Las áreas con mayor cantidad de especies de PSC incluyen la parte este de Estados Unidos y la parte suroeste de México (Greene et al., 2018b; Greene et al., 2019). Los géneros con abundantes especies de PSC en América del Norte incluyen Digitaria, Helianthus, Phaseolus, Prunus, Ribes, Solanum y Vitis.
Figura 4. Mapa que muestra el número de taxones de parientes silvestres de cultivos en América del Norte (Greene et al., 2018a).
Los PSC nativos de América del Norte se han utilizado para muchos propósitos (Greene et al., 2019). Por ejemplo, el germoplasma nativo fue fundamental en el desarrollo de variedades modernas de ciruela, arándano azul y nuez pecana en Estados Unidos. Los parientes silvestres del girasol se han utilizado ampliamente en el fitomejoramiento de girasoles que permiten la producción de semillas híbridas y que tienen resistencia a enfermedades, tolerancia a la salinidad y resistencia a herbicidas. Las vides silvestres de América del Norte fueron fundamentales para salvar la industria vinícola europea, ya que las uvas de vino cultivadas en portainjertos nativos eran resistentes a Phylloxera, una plaga de insectos devastadora.
7. Referencias
de Candolle A.1882. Origin of Cultivated Plants. New York: Appleton. Fecha de acceso el 30/3/2020. https://archive.org/details/origincultivate03candgoog/page/n11/mode/2up
Greene SL, Khoury CK, Williams KA. 2018a. Wild plant genetic resources in North America: an overview. In: Greene SL, Williams KA, Khoury CK, Kantar MB, Marek LF, (editors). North American Crop Wild Relatives. Volume 1: Conservation Strategies. Springer, New York, NY. p. 3-32.
Greene SL, Williams KA, Khoury CK, Kantar MB, Marek LF. 2018b. North American Crop Wild Relatives. Volume 1: Conservation Strategies. Springer, New York, NY. p. 346.
Greene SL, Williams KA, Khoury CK, Kantar MB, Marek LF. 2019. North American Crop Wild Relatives. Volume 2: Important Species. Springer, New York, NY. p. 740.
Hummer KE, Hancock JF. 2015. Vavilovian centers of plant diversity: Implications and impacts. HortScience 50:780-783.
Janick J. 2015. Nikolai Ivanovich Vavilov: Plant geographer, geneticist, martyr of science. HortScience 50:772-776.
Khoury CK, Achicanoy HA, Bjorkman AD, Navarro-Racines C, Guarino L, Flores-Palacios X, Engels JMM, Wiersema JH, Dempewolf H, Sotelo S, Ramírez-Villegas J, Castañeda-Álvarez NP, Fowler C, Jarvis A, Rieseberg LH, Struik PC. 2016. Origins of food crops connect countries worldwide. Proceedings of the Royal Society B 283:20160792.
Tanksley SD, McCouch SR. 1997. Seed banks and molecular maps: unlocking genetic potential from the wild. Science 277:1063-1066.
Vavilov NI. 1992. Origin and Geography of Cultivated Plants. Dorofeyev VF, (editores), translated by D. Love. Cambridge University Press, Reino Unido.
8. Agradecimientos
Para citar este artículo: Volk GM, Khoury C, Greene S, Byrne PF. 2024. Introducción a los parientes silvestres de cultivos. 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/introduccion-a-los-parientes-silvestres-de-cultivos/
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: Carlos Iván Cruz Cárdenas, Andrea Purdy, Stephanie Villanueva
Camarógrafo: Mike May
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.
