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Ernesto Igartua
Presente y futuro de la mejora de cebada en España
Investigador científico
La cebada en España
FAOSTAT, 2001-2017
Superficie cultivada con trigo y cebada en España, 1891-2014
Martínez-Moreno et al., 2017, Ciencia e Investigación Agraria
Razones para el cambio:
• Incremento de demanda para alimentación animal
• Bajada del precio del trigo por la Revolución Verde
• Descenso de consumo de pan
• Mejor adaptación de la cebada que del trigo
• Mejora de redes de transporte
Cebada de 2 carreras y de 6 carreras
6 carreras, más abundante en España
• Buena adaptación
• Apta para alimentación animal, “caballar”
• Predominantemente de invierno
2 carreras, tradicionalmente minoritaria en España
• Más recursos dedicados en la mejora
• Buena calidad maltera
• Predominantemente de primavera
Cebada de invierno y de primavera
Invierno, tradicionalmente más abundante en España
• Siembra en otoño
• Dos y seis carreras
• Necesita un periodo de frío para crecer bien
Primavera, tradicionalmente menos abundante
• Siembra en invierno, pero sembrándose cada
vez más en otoño
• Dos carreras
• No necesita periodo de frío
Requiere vernalización
“Cebada de invierno
no requiere vernalización
“Cebada de primavera”
La mayor parte de la cebada cultivada en España es de dos carreras, mientras que la mayoría de las variedades tradicionales eran de seis carreras: ¿verdadera ventaja o sesgo de la mejora?
• La mayor parte de la cebada se usa para alimentación animal, pocas zonas de secano son propicias para la cebada de calidad maltera.
• Gran potencial como alimento: superalimento español!
• Bajo uso de semilla certificada que, hasta ahora, ha retraído el interés de la mejora privada
año 2013
Origen de la semilla Usos de la cebada
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
MIL
ES D
E TO
NEL
AD
AS
AÑOS
producción de semilla certificada
todos los cultivos
cebada
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4000
6000
8000
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12000
14000
16000
18000
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VARIEDAD
semilla certificada por variedades 2016-17 TONELADAS 114 variedades; 42 primeras con más de 500 toneladas (91,5% del total)
Francia 29%
UK 26%
España 22%
Alemania 7%
Italia 7%
Suecia 7%
Austria 2%
ORIGEN DE VARIEDADES CULTIVADAS EN ESPAÑA
• En España se cultivan muchas variedades mejoradas en otros países
• Hay variedades que tienen ciclos de vida comercial extremadamente largos
Presente de la mejora
Historia breve de la mejora genética
1. Selección en variedades locales
2. Cruzamientos entre variedades de varios orígenes:
Suecia, Chequia, Alemania, Reino Unido (primavera)
Holanda, Canadá, Francia (invierno)
3. Introducción de nuevas resistencias a enfermedades
4. Nuevos ciclos de recombinación
5. Selección genómica
DIVERSIDAD
Etapas de la mejora moderna de cebada en Europa G Fischbeck 1992, W Friedt 2011
Resistencia a enfermedades
Calidad maltera
Fertilización y mecanización
15
Mejora moderna de la cebada: siglos XX-XXI
Fertilización moderna: encamado, necesidad de variedades con talla reducida. Introducción de genes de enanismo, mutantes naturales o artificiales
Talla
corta
resistencia
oídio
resistencia
enfermedades resistencia
enfermedades resistencia
enfermedades
++ calidad
+++ calidad +++ calidad
+ calidad
Baviera
Moravia
Suecia
UK
Moravia
Suecia
Suecia
Moravia Baviera
Baviera
CEBADA DE PRIMAVERA
Friedt 2011
Mejora de CEBADA DE INVIERNO. Cuenca Mediterránea. • Importación de variedades • Programas de mejora locales (Italia, España, etc) • Pero también:
Variedad local
Albacete
España
Variedad local
Tokak
Turquía
Variedades locales
Varios cultivares
ICARDA
Colección nuclear de cebadas españolas:
http://www.eead.csic.es/EEAD/barley/index.php
Igartua et al, 1998, Genet Res Crop Evol; Lasa et al, 2002, Hereditas
Gran diversidad de cebadas locales en España
Yahiaoui et al. 2014, Plant Breeding
Variedades locales
Variedades mejoradas antiguas
Variedades mejoradas modernas
Cebadas tradicionales españolas. Diversidad para la adaptación
Cuatro grupos distintos de cebadas locales Genética distinta para la adaptación
Cebadas tradicionales españolas. Nuevos genes y alelos para la mejora, marcadores moleculares
• Resistencia a enfermedades
• Adaptación a la temperatura
• Adaptación a la longitud del día
• Altura de planta
• Fecha de floración
• Rendimiento
Monteagudo et al. 2019, Frontiers in Plant Science Hofmann et al. 2013, Theoretical and Applied Genetics. Resistencia a rincosporiosis
• Las variantes genéticas más favorables para la adaptación han sido poco empleadas en los principales programas de mejora
• Algunas variedades tienen vidas comerciales muy largas por falta de mejora específica dirigida a los nichos agroecológicos que ocupan
• La mejora de cebada está dominada por la actividad de casas europeas de semillas, que trasladan sus productos a España
• Se realiza mejora en España por parte de empresas subsidiarias de transnacionales
• Hay mejora incipiente por parte de PYMES españolas
• La tendencia de sembrar variedades de primavera en otoño es creciente, y plantea nuevos retos a la mejora
Futuro de la mejora
• Respuesta al cambio climático
Recursos genéticos
• Mayor uso de la diversidad local para aumentar resiliencia
• Híbridos
Nuevos métodos
• Fenotipado de alto rendimiento
• Selección genómica enriquecida con modelización de cultivos
• Edición génica. Desarrollo vertiginoso e imparable. Rechazo considerable de la sociedad
Nuevos objetivos
• Raíces y microbiota
Tendencias más importantes
Big data
Indice de sequía de Palmer en 2090, promediando 14 modelos climáticos
Rotter et al. 2015, Journal of Experimental Botany
Impacto del cambio climático sobre la agricultura
Ray DK, et al. (2019) Climate change has likely already affected global food production. PLOS ONE 14(5): e0217148.
El impacto del cambio climático ya es visible, efecto 1974-2013
Población de ambientes objetivo
Ambientes supervisados
Ambientes supervisados
Ensayos multiambiente
variación ambiental
vari
ació
n a
mb
ien
tal
Impacto del cambio climático sobre la mejora genética
Ensayos multiambiente
Ambientes supervisados
Ambientes supervisados
Ambientes controlados, supervisados
Población de ambientes objetivo va
riac
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l
variación ambiental
Impacto del cambio climático sobre la mejora genética
Fenotipado de alto rendimiento, soluciones de todos los tamaños
Medición de caracteres: FENOTIPADO, la frontera actual
• Hace 10 años, el factor limitante para la mejora era la capacidad de genotipar, de obtener marcadores moleculares
• Actualmente, los marcadores son asequibles y muy numerosos, el factor limitante es evaluar poblaciones de individuos grandes, fenotipar
• El fenotipado con herramientas de imagen es el área de máximo desarrollo en la
mejora actual
Raíces, la mitad oculta
Microbiota intestinal, relacionada con un número creciente de enfermedades. Esencial para la salud.
Microbiota de las plantas. Co-evolución entre plantas y microorganismos. Impacto en multitud de procesos de la planta. Futuro objetivo de mejora Shelake et al. 2019. Microorganisms
Kor Oldenbroek and Liesbeth van der Waaij, 2015. Textbook Animal Breeding and Genetics for BSc students. Centre for Genetic Resources The Netherlands and Animal Breeding and Genomics Centre.
Selección genómica. Seleccionar sólo por los genes
• Selección genómica. Cambio de paradigma en la mejora.
• La unidad de selección es el gen (más bien la secuencia), no el organismo
• Se aplica rutinariamente en mejora animal y crecientemente en mejora vegetal
• Su eficiencia puede aumentar con el uso de modelos funcionales
Conventional Modern Selección genómica frente a selección convencional
Selección genómica, ¿mejorada con predicciones de modelos de crecimiento de cultivos y de modelos de clima?
Contribution of Crop Models to Adaptation in Wheat. Chenu et al. Trends in Plant Science, junio 2017
Karine Chenu, Reza Deihimfard, and Scott C. Chapman. 2013. Large-scale characterization of drought pattern: a continentwide modelling approach applied to the Australian wheatbelt – spatial and temporal trends. New Phytol.
(modificado sobre presentación de Morten Rasmussen
Perspectivas para la mejora en España
Número de artículos en el Science Citation Index 2001-2019
Barley + country (in address) Barley + country (in address) + breeding
Investigación sobre cebada en España
Clim
Bar
Exp
Res
Bar
ExB
arD
iv
FP7
GenDiBar
Proyectos europeos sobre mejora y genética de cebada 2007-2019 2
00
7
20
09
20
19
20
14
20
16
20
16
20
13
20
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Diversidad
Enfermedades
Adaptación resiliencia
Diversidad
Morfología
Selección genómica
Diversidad Cambio climático
Selección Genómica Modelización
Biotecnología
Recursos fitogenéticos
I N V E S T I G A C I O N D E S A R R O L L O I N N O V A C I O N E X P L O T A C I O N
C A D E N A D E L A M E J O R A G E N E T I C A
(modificado sobre presentación de Morten Rasmussen
C A D E N A D E L A M E J O R A G E N E T I C A
Biotecnología
Recursos fitogenéticos
I N V E S T I G A C I O N D E S A R R O L L O I N N O V A C I O N E X P L O T A C I O N
• La mejora comercial responde bien a corto plazo
• ¿Quién va a buscar los caracteres y genes que se necesitarán dentro de 20 años?
Colaboración público-privada en pre-mejora
Pre-mejora: identificación de caracteres y genes en materiales inadaptados, y transferencia a materiales intermedios que pueden ser usados en mejora España tiene la mayor riqueza de variedades locales de cereales, y de otros cultivos, de Europa ¿Cómo aprovecharla?
BreedWheat (Francia)
Proweinzen alliance for wheat research and breeding (Alemania)
•Gustavo Slafer (UdL)
•Nieves Aparicio (ITACyL)
•Iker Aranjuelo (CSIC/UPNA)
•José L. Araus (UB)
•Patricia Giraldo (UPM)
•Ernesto Igartua (CSIC-EEAD)
•Rosa Morcuende (CSIC-IRNASA)
•Alejandro Pérez (IFAPA)
•Elena Prats (CSIC-IAS)
FIRCM
E
Red de fisiología del rendimiento y calidad para la mejora de cereales
Plataforma interdisciplinar AGROFOR, CSIC Plataforma Temática Interdisciplinar para la optimización de los sistemas agrarios y forestales
Manejo eficiente de la diversidad genética vegetal presente en las variedades modernas, autóctonas/locales y exóticas de las colecciones de germoplasma, para recuperar la biodiversidad de los sistemas agrícolas y forestales y reducir el impacto en el medio ambiente, en aras de aumentar su sostenibilidad, resiliencia y rentabilidad
Hay que producir más cereales y de calidad
Sirve en este caso el “¿que inventen ellos?”…
No (no sólo), y menos con el cambio climático
Debemos y podemos hacerlo. La ciencia actual
tiene los recursos y las tecnologías necesarias
Genética y Mejora, EEAD-CSIC
Ana Casas
Bruno Contreras (EBI-EMBL)
Pilar Gracia
Arantxa Monteagudo
Miriam Fernández
Alejandra Cabeza
Elsayed Mansour
Ridha Boudiar
Francesc Montardit
Javier Ramos
Ernesto Igartua
Técnicos
Vanesa Martínez
Asunción Costar
Antonio Pérez
Teresa Acín
Javier Gozalo
Pilar Asín
MUCHAS GRACIAS
aetc.es
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