El Departamento de Mejora Genética Vegetal del Instituto de Agricultura Sostenible (IAS) del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en Córdoba trabaja en el desarrollo de variedades resilientes y de alto valor añadido -especialmente de cereales y legumbres- mediante el incremento del conocimiento científico y de la base genética de caracteres de interés, así como en la comprensión del origen de la sensibilidad de los estadios reproductivos a los estreses térmicos y en el desarrollo de germoplasma tolerante.

Cuatro grupos de investigación conforman el Departamento de Mejora Genética Vegetal del IAS-CSIC: Mejora genética de cultivos oleaginosos anuales; Mejora de cultivos leñosos, Mejora por resistencia a estreses y Biotecnología vegetal.

El jefe del departamento, Sergio G. Atienza, explica que las principales líneas de investigación del grupo de Biotecnología vegetal se centran en la incorporación de tecnologías de última generación -ómicas, ARNi, NGT (CRISPR/Cas), DH- para la mejora genética de cereales y la obtención de líneas de cereales de alto valor añadido aptas para celiacos y otros trastornos relacionados con el consumo de gluten/trigo.

Asimismo, la caracterización molecular y citogenómica de las regiones terminales de los cromosomas (telómeros y subtelómeros) que participan en el reconocimiento cromosómico y recombinación, la utilización de mutantes de apareamiento (ph1) y (zip4) de trigo para promover recombinación interespecífica entre cromosomas de trigo y especies relacionadas son otras de las líneas de trabajo junto a la biofortificación de carotenoides en grano de trigo y tritórdeo. Junto a éstas, el uso de la diversidad genética para obtener cultivos más resilientes y más nutritivos con tecnologías CRISPR/Cas o técnicas clásicas y el estudio de la influencia de las olas de calor durante el desarrollo del grano en la productividad y calidad del trigo son otras de las áreas principales de investigación.

La larga experiencia del grupo ha permitido importantes avances como el desarrollo del primer satelitoma (mapa de secuencias cortas de ADN repetidas en tándem) de trigo harinero, duro y cebada; la demostración del papel de los subtelómeros en el reconocimiento cromosómico durante la meiosis en trigo o la identificación de los genes XAT-A1 y XAT-7H^ch para la mejora de la calidad del trigo y tritórdeo. Además, los grupos del departamento han desarrollado líneas de trigo duro resistentes a septoria, y de trigos duro, harinero y trirórdeo enriquecidas para contenido en carotenoides. Este trabajo ha quedado reflejado también en el registro de distintas variedades de avena (Isaura, Karen y Chiara) y de trigo RNAi (T258) con muy bajo contenido en gluten, así como diversas patentes.

Junto a lo anterior, el personal investigador del grupo también ha implementado tecnologías basadas en “machine learning” e inteligencia artificial (IA) para predecir las propiedades inmunogénicas de las variedades de trigo. Igualmente, ha desarrollado tecnologías RNAi para el silenciamiento específico de los genes de gliadinas de trigo para obtener variedades aptas para celíacos, sensibles al gluten y alergias al gluten y han generado el software ampAnalysis para el análisis de mutantes CRISPR en familias multigénicas en trigo.

Por lo que respecta al grupo de Mejora genética de cultivos oleaginosos anuales, sus principales líneas de investigación se centran en la mejora genética de la calidad en cultivos oleaginosos, de la resistencia a la planta parásita “jopo del girasol” y en el desarrollo de nuevos cultivos y nuevos usos de los cultivos actuales. El objetivo general pasa por transferir al sector privado nuevo material vegetal de especies oleaginosas con mejoras significativas en caracteres agronómicos y de calidad tales como ácidos grasos, glucosinolatos, minerales, tocoferoles, y fitoesteroles para diversos usos alimentarios, industriales y energéticos, así como resistencia a estreses bióticos y abióticos y potencial para biofumigación. Paralelamente, se aborda el desarrollo y aplicación de tecnologías de selección aplicadas a la mejora vegetal, incluyendo nuevos métodos de análisis de componentes de la calidad, tecnología de espectroscopía en el infrarrojo cercano (NIRS), marcadores moleculares, y aproximaciones genómicas.

El grupo de Mejora de cultivos leñosos, por su parte, está dedicado a la obtención de nuevas variedades de olivo adaptadas a las nuevas tendencias de la olivicultura. Para ello, trabaja en diversas disciplinas, incluyendo ensayos comparativos de larga duración en campo, marcadores moleculares, genómica, juvenilidad, análisis de composición del aceite por métodos convencionales y por tecnología NIRS y sistemas de teledetección. En este ámbito, las principales líneas de investigación se refieren a la adaptación al cultivo en seto, al cambio climático y a las condiciones limitantes de agua, a la mejora de la composición del aceite, a la resistencia a Verticilosis y a la selección de variedades locales para la moderna olivicultura. El trabajo del grupo se ha visto reflejado en el registro de las variedades de olivar en seto “Sikitita” y “Martina” y de las variedades resistentes a Verticilosis “Urgavona”, “Castula” y “Iliturgitana”.

En el grupo de Mejora por resistencia a estreses, la investigación se centra en el estudio de la resistencia a los principales estreses que limitan a los cultivos, particularmente, a las leguminosas, como guisante, haba, lenteja, soja y veza; cereales como avena y trigo y cultivos emergentes como la quinoa y el sésamo, con el fin último de mejorar su comportamiento en el campo. Estos estudios se realizan a diferentes niveles: molecular (genes, proteínas, metabolitos, rutas de señalización), celular (determinación microscópica de los mecanismos de resistencia), planta (estudios fisiológicos), y cultivo (fenotipado en campo, mejora y selección, mezclas de cultivos). El objetivo final es la mejora de los cultivos para una resistencia durable frente a enfermedades y plagas, tolerancia frente a los estreses ambientales abióticos, principalmente aquellos que afectan al área mediterránea.

Los avances del grupo han sido numerosos y relevantes, entre ellos, y por mencionar solo algunos, destacar el desarrollo de un programa de mejora de soja de secano que ya ha resultado en líneas avanzadas con alto rendimiento en siembras extra-tempranas en absoluto secano; el desarrollo de variedades de medicados anuales adaptadas a pastoreo en clima mediterráneo, que han sido enviadas a registro, o el desarrollo de nuevas variedades de lenteja, almortas, titarros, altramuz, habas y algarroba, Además, se han iniciado programas de mejora en alverjones, verza común y yero y se han identificado, caracterizado y mapeado resistencia a diversas plagas y enfermedades en guisante, además de incluirlas en el programa de mejora, que ya ha dado lugar al registro de varias variedades, además de a contratos con empresas.

Junto a todo ello, se ha establecido un programa de mejora genética de la quinoa para desarrollar variedades específicamente adaptadas a las condiciones agroclimáticas españolas (tanto para secano como para regadío) que está ya bastante avanzado, habiéndose obtenido pre-variedades con buenas características agronómicas y de calidad.

También se están desarrollando variedades de quinoa resistentes al mildiu, cultivo en el que se ha caracterizado la variabilidad genética de aislados andaluces de Peronospora variabilis, viendo que los aislados andaluces que infectan el cultivo de quinoa en Andalucía parecen ser aislados autóctonos que provienen de la mala hierba Chenopodium aálbum. También se ha analizado el efecto del genotipo y el ambiente, del contenido y perfil de ácidos grasos y tocoferoles en una colección de quinoas de distintos orígenes.

Los resultados indican que es viable la selección genética para mejorar estos caracteres e identifican entradas con buenos valores para estos caracteres. También se ha caracterizado una colección de aislados de F. oxysporum asociados a las leguminosas con el fin de identificar los determinantes genéticos responsables de la especificidad de huésped y la diferenciación entre formas especiales y razas y se han identificado nuevas fuentes de resistencia a la fusariosis vascular y a Orobanche crenata en guisante, muy útil para la mejora por resistencia a esta enfermedad.