POLO, IL – 10 DE AGOSTO: Las plantas de maíz yacen en el suelo después de una tormenta de derecho, una tormenta de viento generalizada asociada con un grupo de lluvias o tormentas eléctricas que se mueven rápidamente, el 10 de agosto de 2020 cerca de Polo, Illinois. La tormenta avanzó por el Medio Oeste con vientos registrados de cerca de 100 mph en Iowa e Illinois. (Foto de Daniel Acker/Getty Images)
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Desde sequías históricas en el oeste hasta heladas récord en el sureste y tormentas severas en todo el país, los agricultores estadounidenses enfrentan condiciones de cultivo cada vez más impredecibles. Los fenómenos meteorológicos causan aproximadamente 20 mil millones de dólares en pérdidas anuales a la agricultura estadounidense. Para mitigar esas pérdidas, los científicos están desarrollando una variedad de herramientas (que combinan avances en genética, mejoramiento genético y fisiología de los cultivos) para hacer que la agricultura sea más resiliente a los riesgos climáticos.
La incertidumbre climática es uno de los mayores desafíos de la agricultura actual. La Revolución Verde de la década de 1960 se centró en aumentar los rendimientos en condiciones normales. Ahora la atención se centra en la gestión de riesgos: mantener una cosecha confiable a pesar del clima errático. Para los agricultores, evitar pérdidas catastróficas durante los años malos puede significar la diferencia entre sobrevivir o perder su negocio.
El dilema del granjero
Al comienzo de cada temporada de cultivo, los agricultores deben decidir qué variedades de cultivos plantar y cuándo exactamente plantarlas meses antes de saber si el año traerá sequía, inundaciones, olas de calor o fuertes vientos.
“Es difícil predecir qué se ve mejor de un año a otro”, dijo Peter Innes, investigador postdoctoral en el Departamento de Ecología y Biología Evolutiva de la Universidad de Colorado Boulder. “¿Basan esa decisión en lo que funcionó mejor el año anterior, o existe un algoritmo más complejo que podamos desarrollar para ayudar a los agricultores?”
Para responder a esa pregunta, los colegas de Innes de la Universidad de Colorado han analizado décadas de datos de campo sobre el rendimiento de diferentes variedades de girasol recopilados desde 1978 en las Grandes Llanuras de América del Norte. Los datos muestran la importancia del tiempo de floración como predictor del rendimiento: si los girasoles florecen demasiado pronto, es posible que la planta no tenga suficientes recursos para sustentar la producción de semillas; Los que florecen tarde, por otro lado, corren el riesgo de sufrir estrés por calor y sequía.
El tiempo de floración está controlado por mecanismos genéticos que traducen señales ambientales como la temperatura y la duración del día en señales de desarrollo. Las variedades rígidas tienen una red genética estrechamente controlada que las hace florecer en un período estrecho cada año. Sin embargo, en años más cálidos, una floración más temprana puede ayudar a las plantas a evitar el estrés por calor o agua durante la etapa crítica de producción de semillas. Si bien no podemos influir en la llegada del clima cálido, podemos hacer que las plantas sean más adaptables desarrollando variedades de cultivos que tengan una ventana de floración más flexible.
Este cambio se refleja en recomendaciones más amplias para la adaptación al clima. El Informe sobre calor extremo y agricultura de este año publicado por la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación (FAO) enfatiza la importancia de ajustar las ventanas de siembra, así como de elegir variedades de cultivos más resistentes, para reducir las pérdidas relacionadas con el calor. El último proyecto del Fondo Verde para el Clima de la FAO muestra que las inversiones en soluciones agrícolas climáticamente inteligentes generan retornos de hasta 8 dólares por cada dólar gastado.
Tema candente de investigación
Intervenciones genéticas, como flexibilizar el período de floración, podrían ayudar a reducir miles de millones de dólares en pérdidas debido al estrés por calor. El trigo, en particular, es muy sensible a las olas de calor: incluso unas pocas horas de temperaturas superiores a los 82 grados Fahrenheit durante la etapa de prefloración pueden reducir la cantidad de granos por planta, mientras que las temperaturas posteriores a la floración superiores a los 90 grados pueden provocar una reducción de aproximadamente un 2 % en el peso del grano por cada dos grados Fahrenheit.
Los científicos están explorando estrategias para hacer que el trigo sea menos sensible al estrés por calor: por ejemplo, mediante el uso de herramientas de edición de genes como CRISPR para estimular proteínas de choque térmico que pueden ayudar a las plantas a recuperarse después de olas de calor cortas. Pero es poco probable que la edición de uno o incluso varios genes resuelva completamente este problema.
“Rasgos como la tolerancia al calor u otros aspectos de la resiliencia climática, como el momento de floración, tienen una base genética más compleja”, explica Innes. “No es sólo un gen el que controla ese rasgo, lo que hace que los enfoques de edición de genes sean más desafiantes”.
Esta es la razón por la que muchos mejoradores de cultivos realizan pruebas controladas de estrés por calor para detectar variedades de trigo más fuertes. Este enfoque se basa en métodos tradicionales de selección y mejoramiento que se han utilizado en la agricultura durante miles de años. La desventaja, sin embargo, es que puede llevar entre 10 y 15 años desarrollar una nueva variedad comercial.
“Creo que tendremos que hacerlo desde ambos lados, utilizando todas las herramientas disponibles, ya sea el mejoramiento tradicional o la edición del genoma”, dice Innes.
Capeando la tormenta
Los diversos desafíos asociados con la creciente prevalencia de fenómenos meteorológicos extremos requieren un repertorio igualmente diverso de soluciones. En 2020, una gran tormenta llamada derecho azotó Iowa, produciendo vientos huracanados y arrasando más de 10 millones de acres de campos de maíz y soja. Este problema se conoce como acame del cultivo: curvatura o rotura de la planta en el tallo o la raíz. Pero debido a que afecta a plantas que en condiciones normales producirían buenos resultados, el problema a menudo se pasa por alto.
Erin Sparks estudia cómo podemos prevenir las pérdidas de cultivos debido al acame en su papel como investigadora de bonos de ciencias biológicas en la Universidad de Missouri e investigadora principal en el Centro de Ciencias Vegetales Donald Danforth.
“El alojamiento es a menudo una idea de último momento cuando se trata de mejoramiento de cultivos”, dice Sparks. “Si (el nuevo cultivo probado en el campo) todavía está en pie, lo movemos hacia adelante. Pero hemos visto que esto sucede en el pasado, donde si no hay una tormenta ese año, has avanzado hacia algo que en realidad todavía está alojado”.
Sparks llegó al campo de la agricultura con experiencia en ingeniería biomédica, y la forma en que aborda el estudio del acame de cultivos refleja ese tipo de pensamiento.
“Como ingeniero, quiero saber cuál es el punto de falla”, dijo Sparks. “Agronómicamente, sólo estamos unidos: no sabemos si la planta falla en el tallo o en la raíz, y cómo falla. Pero cuando se intenta diseñar la planta racionalmente, es importante identificar el punto de falla”.
El equipo de investigación de Sparks ha estado trabajando con maíz de corta altura que es resistente al acame. La variedad híbrida, que mide alrededor de siete pies (en comparación con entre 9 y 12 pies de altura), fue desarrollada por Bayer Crop Science como parte del Preceon Smart Corn System. Se ha demostrado que estos y otros cultivares acortados, como el maíz Corteva, resisten el daño del viento hasta un 64% mejor, y Sparks quería entender por qué.
Lo que descubrió fue que la altura del tallo del maíz era sólo una parte de la historia. Las plantas resistentes al viento también tienen tallos más fuertes y sistemas de raíces más flexibles, lo que les permite absorber los golpes de los vientos fuertes. Ahora el equipo busca desarrollar este valioso rasgo en otras variedades de plantas.
“En cierto modo equiparamos esto con la ingeniería sísmica. Si tienes una base rígida, eres frágil, pero si tienes una base más flexible, puedes resistir mejor el viento”, explicó Sparks. “Vemos que si el sistema de raíces cortas del maíz no es más flexible, todavía vemos acame”.
Planificación para la incertidumbre
A medida que nos enfrentamos a fenómenos meteorológicos extremos cada vez más frecuentes, la adaptación de los cultivos se convierte en una característica definitoria de la resiliencia agrícola. Pero no parece haber una solución única para un problema tan complejo. En cambio, desarrollar cultivos para condiciones climáticas impredecibles requiere la integración de diferentes tecnologías y enfoques de ingeniería inteligentes.
“Necesitamos adaptar la forma en que abordamos la agricultura en el siglo XXI”, dice Sparks.
Los agricultores seguirán enfrentando incertidumbre, sin saber cuál será la estación en la que plantarán sus cultivos en primavera. Pero la ciencia puede ayudar a reducir ese riesgo.
