¿Cómo se pueden adaptar los cultivos al cambio climático para mantener la seguridad alimentaria?  “Los modelos de cambio climático prevén una pérdida de un 30% en el rendimiento de los cultivos en el sur de Europa en los próximos 50 años”, explica Francisco Pérez Alfocea, investigador del Centro de Edafología y Biología Aplicada del Segura (CEBAS) del CSIC.

La razón de tal pérdida son factores como la escasez de agua, el aumento de las temperaturas, la salinidad y las deficiencias de nutrientes. Combinados, estos factores reducen la productividad, ya que afectan a la fisiología de la planta durante la floración, pero también afectan a los servicios del ecosistema, como la interacción planta-polinizador, esencial para muchos cultivos.

Un nuevo proyecto propone un enfoque singular e innovador para seleccionar variedades de plantas más resistentes. Bautizado con el acrónimo de DARkWIN, propone rastrear las preferencias de los polinizadores para que sirvan de guía en la selección natural y mejora de plantas. Lo harán en un cultivo de tomates, expuesto al calor y a la sequía, y con tecnología de 'Living IoT' (‘internet de las cosas vivas’) para cuantificar el grado de bienestar de las plantas mediante el análisis de la interacción entre plantas, ambiente y polinizadores.

El 'quid’ está en las flores

“Sabemos que, en la fisiología de la planta, el transporte de alimento desde la hoja hasta la flor se reduce en las plantas de baja resiliencia”, sigue explicando este investigador. Hasta ahora, todos los estudios se centraban en lo que sucedía en las hojas de las plantas. Pero “las flores son mejores indicadores del bienestar de la planta”. De hecho, la composición química de las flores cambia en respuesta al calor y la sequía, al igual que la cantidad de polen y néctar que producen las flores y que, en última instancia, sirven como alimento para los polinizadores.

 “Sin embargo”, apunta este investigador, “lejos de utilizar la visión de las abejas para mejorar los cultivos, los humanos han contribuido al declive de las abejas y otros polinizadores a través de monocultivos intensivos y el uso masivo de fertilizantes y pesticidas, lo que dificulta aún más la producción futura de alimentos.”

La realidad es que los cultivos actuales, seleccionados a lo largo de décadas para priorizar el rendimiento, son poco resistentes. “La perspectiva humana ha sido la fuerza impulsora de la domesticación de plantas en los últimos 10.000 años, priorizando rasgos de interés en las variedades para asegurar la subsistencia humana e ignorando otros rasgos como la resistencia a factores ambientales o la interacción con los polinizadores, que inicialmente parecían irrelevantes”, apunta Pérez Alfocea. Se buscaban plantas más productivas en las condiciones más óptimas posibles. Pero con el cambio climático, las condiciones van a ser progresivamente  menos óptimas. “La selección de caracteres reproductivos ha ido en paralelo a la pérdida de rasgos de resistencia”.

Selección de plantas guiada por los polinizadores

En DARkWIN se usará un sistema de geoposicionamiento de abejorros basado en tecnología de radiofrecuencia, para evaluar su interacción con las plantas. Tal como explica Pérez Alfocea, se colocará en un grupo de abejorros una pequeña etiqueta pasiva RFID que es identificada por radiofrecuencia.

Tras varias pruebas, el equipo ha confirmado que los abejorros pueden volar sin problema con la etiqueta. La colocación de unas antenas próximas a las flores permitirá cuantificar las preferencias de los abejorros. “Se registrarán variables como el número de visitas de uno o varios abejorros a las distintas plantas, el tiempo de permanencia, la evolución a lo largo de los días…”, apunta este investigador. Dado que la vida media de una etiqueta pasiva RFID en el abejorro es de unos cinco días (bien porque se le cae o bien porque el abejorro deja de volar, u otras circunstancias), el equipo de investigación estará “etiquetando insectos de forma constante durante el periodo de floración”, bromea Pérez Alfocea.  

DARkWIN generará las primeras variedades pre-comerciales de tomate basadas en el proceso natural de selección impulsado por polinizadores en condiciones de cambio climático

El primer experimento a escala de población se realizará en una plataforma de fenotipado especialmente diseñada, y se aplicará a un cultivo con 53 líneas de mapeo genético de tomate, las cuales serán analizadas en función de las preferencias de los abejorros.

“Estas líneas contienen segmentos de ADN procedente de una especie de tomate silvestre más resistente, lo que permitirá generar una base de datos de dimensiones sin precedentes, incluidos los rasgos nutricionales, metabólicos y genéticos de las flores”, apunta el investigador.  El objetivo es identificar los genes responsables de las preferencias de polinizadores y de la resistencia de las plantas al estrés por sequía y calor.

Primeras variedades pre-comerciales

El proyecto DARkWIN generará las primeras variedades pre-comerciales de tomate basadas en el proceso natural de selección impulsado por polinizadores en condiciones de cambio climático. Este nuevo enfoque “puede cambiar el paradigma actual de cribado y selección de plantas y encontrar nuevos caminos para la mejora asistida por interacciones ecológicas, mejorando de forma natural los cultivos y los servicios ecosistémicos”.

Al rescatar los rasgos ancestrales de las plantas, la tecnología propuesta por DARkWIN persigue desarrollar nuevas variedades, con flores más resistentes frente a condiciones adversas, con calidad y valor nutricional, que sean eficientes en el uso de los recursos, y que tengan capacidad de creación de redes ecosistémicas.

La principal aplicación es asegurar el potencial de suministro mundial de alimentos y nutrientes en unas condiciones climáticas adversas, ya que el 75 % de los cultivos de alimentación humana dependen de los polinizadores, incluido el 84 % de las especies cultivadas en la UE, lo que genera el 31 % de los ingresos de la producción agrícola.

El proyecto, que se desarrollará durante los próximos tres años y medio, está financiado por el programa Pathfinder de la European Innovation Council (Horizonte Europa). El consorcio interdisciplinar cuenta con la participación de cinco centros de investigación: el CEBAS-CSIC, que coordina el proyecto; el Centro de Automática y Robótica (CAR, CSIC-UPM); la Estación Biológica de Doñana del CSIC (EBD-CSIC); el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP, CSIC-UPM); y el Instituto Max Planck de Alemania, así como con tres empresas del sector agroalimentario (una francesa y dos españolas).

Como curiosidad, el nombre del proyecto, DARkWIN, esconde un pequeño juego de palabras. “Por un lado, el criterio clásico en la selección y mejora, según el cual las plantas más oscuras, de color verde más intenso, son las más resistentes a los ojos del mejorador, que en ingles sería ‘Dark plants Win’, es decir, las plantas oscuras ganan”, apunta Pérez Alfocea. “Por otro lado, contiene el concepto darwiniano (Darwin) de selección natural basado en interacciones ecológicas, en este caso, por los insectos polinizadores”.