Biotecnología España Opinión

La desertificación y la biotecnología

diciembre 18, 2019
Redaccion

La desertificación se define como el conjunto de procesos que suponen la degradación del suelo en regiones áridas, semiáridas y subhúmedas como consecuencia de múltiples factores en los que se incluyen tanto variaciones climáticas como actividades humanas que supone la pérdida de masas de agua, así como la vegetación y vida silvestre. 

Según la UNEP (United Nations Enviromental Program) toda región en la que la ratio de precipitación anual y evapotranspiración (PET) oscile entre 0,05 y 0,65 se habrá de considerar vulnerable a la desertificación. 

Se baraja que el 40% de la superficie terrestre cumple este requisito. Entre las principales causas de la desertificación se encuentran las prácticas agrícolas, el sobrepastoreo, la extracción de aguas subterráneas y otros recursos minerales, la urbanización, la contaminación de los suelos con productos químicos, el cambio climático, la deforestación y catástrofes naturales.

Este proceso no sólo afecta al ecosistema, sino que también es uno de los principales riesgos para para garantizar la seguridad alimentaria, pues su pérdida no solo disminuye la producción de los cultivos, sino que también implica una caída productiva en la ganadería al encarecerse los piensos sintéticos y el forraje, y limita a su vez la producción de madera y otros productos. 

Además, las inundaciones son más frecuentes en zonas desérticas al no haber vegetación que la canalice. Esto supone a su vez una mala calidad del agua. En conclusión, provoca que la población que se encuentra allí establecida tenga una mayor probabilidad de caer en la pobreza.

EL CASO DE ESPAÑA

En España hay bastantes regiones amenazadas, y para su estudio, el Ministerio de Transición Ecológica ha desarrollado la herramienta AdapteCCa (Plataforma sobre Adaptación al Cambio Climático), que sirve para la previsión, en distintos escenarios, de las temperaturas máximas y del número de días de precipitaciones inferiores a 1 mm. Este instrumento, junto a los informes de expertos, aventura un futuro aciago con precipitaciones escasas e irregulares. 

Esto es particularmente importante para las plantas, y especialmente para las leñosas, como los frutales, ya que siempre que exista desincronización para las horas de frío requeridas por el reloj circadiano y las dadas por el medio no habrá apertura de la yema otoñal, estructura protectora de las condiciones invernales que precisa de la acumulación de ciertas horas de enfriamiento para su apertura.

Por su parte, el déficit de agua provoca el deficiente desarrollo de las plantas, su probable muerte y alteraciones en la floración (tanto adelanto como retraso). Esto último es lo más importante porque puede no obtenerse grano, y de muchos cultivos lo que interesa es el grano. 

Por exceso de agua se dan problemas asociados al encharcamiento que conduce a hipoxia radicular y retraso del crecimiento. Las temperaturas altas provocan el asuramiento del grano, lo que baja los rendimientos en los cultivos de cereales; y si además de altas temperatura, se tiene viento, puede darse el desgrane o dehiscencia, esto es, que caiga el grano o se abra antes de a ver realizado la cosecha. También destaca la salinidad como factor edáfico más relevante.

Este exceso de sales en el suelo provoca estrés osmótico y deshidratación, y se puede asociar a un efecto fitotóxico, por exceso de sodio o cloro, y a la disminución de la absorción de los fertilizantes, es decir, problemas de absorción de nitrógeno y fósforo. 

Los estudios han demostrado que en Valencia no se alcanzan en los últimos años las 700 horas de frío, y las precipitaciones no llegan a los 500 mm, y en Murcia no se alcanzan ni las 400 horas, las precipitaciones son irregulares y con tendencia a la baja. Esto evidencia el proceso desertificación, y exige desarrollar estrategias para la adaptación a inviernos más calientes y condiciones de sequía.

VARIEDADES TOLERANTES

Hay mecanismos para el control de estas adversidades como el riego, climatización y desalinización, pero tienen un gran coste económico y/o son difíciles de aplicar, sobre todo en cultivos extensivos (no se pueden aclimatar hectáreas y hectáreas de cebada o trigo). Así, la solución más eficaz y económica es el desarrollo de variedades tolerantes. La tolerancia se define como la respuesta de una planta capaz de sobrevivir y conseguir rendimientos aceptables a pesar de la acción de un agente adverso.

La tolerancia frente sequía y altas temperaturas es dada por factores morfológicos como número y distribución de las estomas, la superficie foliar, la pubescencia, la cutícula, el mayor desarrollo radicular o una espiga con barbas (esta última constituye una ventaja al aislar cerca de la espiga las gotas de humedad de las primeras horas del alba). También por factores bioquímicos como el ácido abscísico, el porcentaje de azúcares intracelulares y composición de las membranas, y por otros mecanismos más complejos que se ofrecen a nivel molecular.

LA GENÉTICA

Respecto de estos últimos, cabe destacar que todos lo estreses vistos provocan dos tipos de alteraciones moleculares, que son el estrés osmótico y el estrés oxidativo, que provocan la alteración de la homeostasis celular, y daños en la proteínas y membranas celulares. Para contrarrestarlos se da una percepción y acción de una cascada de señalización que activa factores de transcripción que actúan sobre los genes de respuesta. 

Estos genes de respuesta son los implicados en la osmoprotección (producción de osmolitos), detoxificación (degradación de las especies reactivas de oxígeno o ROS), protección de proteínas y membranas (HSP, LEA), alteración de la composición de las membranas (proporción de ácidos grasos saturados e insaturados) y el transporte de agua y iones. 

La base de estos genes es generalmente poligénica, si bien hay excepciones de tolerancia monogénica como las proteínas de choque térmico.

En un programa de mejora se hará primero una búsqueda de genotipos tolerantes en las zonas donde se da ese agente adverso. En dicha búsqueda se pueden encontrar variedades comerciales, líneas avanzadas, variedades comerciales obsoletas, variedades locales o especies silvestres relacionadas, o especies sexualmente incompatibles al igual que microorganismos. 

El siguiente paso es realiza la transferencia de los genes responsables de dicha tolerancia, lo que se hace típicamente por transgénesis o por cruzamiento. En transgénesis se tiene para el maíz varios eventos entre los que destaca la introducción del gen cspB de Bacillus subtilis, que codifica para una proteína de choque térmico (HSP), que protege otras proteínas y las membranas.

Tras la transformación se habrá de realizar una evaluación de la tolerancia, que se podrá hacer en condiciones naturales o artificiales de estrés. 

Para hacerlo en condiciones artificiales se puede recurrir a distintos equipamientos de simulación como las cámaras climatizadas para altas temperaturas y heladas, o llevar a cabo la germinación en soluciones de alta presión osmótica para simular condiciones de sequía y salinidad. 

Esta evaluación puede ser por métodos directos, en los que se mide directamente el rendimiento de forma comparativa entre la presencia del agente adverso y su ausencia; e indirectos, que son más comunes y emplean escalas de medición de parámetros que tienen que ver con el rendimiento en segunda instancia como la tasa de germinación, floración, eficiencia fotosintética, conductancia estomática o el desarrollo radicular. 

Por último, se hace una evaluación final llevando las plantas a campo y midiendo su rendimiento en condiciones naturales de estrés.

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