CIMMYT

 

Fisiología de Maíz:

 

La principal línea de investigación del equipo de CIMMYT es colaborar en el desarrollo de germoplasma de maíz tolerante al calor, la sequía y el bajo nitrógeno junto con mejoradores, biólogos moleculares, agrónomos y especialistas en socioeconomía. Las regiones objetivo de nuestra labor incluyen America central y Sudamérica y África Subsahariana.

 

Líneas de investigación:

 

Tolerancia temperaturas supra-optimas, tolerancia a sequía y eficiencia en el uso del nitrógeno

· Identificación de germoplasma con características fisiológicas asociadas con la estabilidad del rendimiento bajo elevadas temperaturas, sequía o bajo nitrógeno.

Respuesta a múltiples estreses
· Investigar el efecto simultáneo de múltiples estreses a semejanza de lo que sucede normalmente en los campos de los agricultores.

Mejorar la precisión del fenotipeado
· Desarrollo de metodologías que reduzcan la variabilidad espacial y aumenten la precisión en los experimentos de campo

 

Principales líneas de investigación

 

Tolerancia al calor
Comparado con otros estreses abióticos se ha investigado relativamente poco sobre el estrés por calor, en particular en maíz, que al tratarse de un cultivo C4 tolera las elevadas temperaturas de manera relativamente mejor que otros cultivos. Sin embargo, los escenarios previstos por el cambio climático para Latinoamérica y África Subsahariana muestran unas temperaturas estacionales en aumento junto con episodios de calor extremo. El umbral de temperatura a partir del cual se produce estrés por calor es significativamente menor en órganos reproductivos que en otras partes de la planta. Elevadas temperaturas durante la fase reproductiva están asociadas con disminuciones en el rendimiento debido a una disminución en el número de granos y en el peso de los mismos. Sin embargo se sabe poco sobre los mecanismos fisiológicos responsables por la perdida de rendimiento bajo estrés por calor. Los objetivos de esta línea de investigación son desarrollar metodologías de fenotipeado a gran escala para la respuesta frente al calor, que permitan determinar a la vez la variabilidad genotípica y los mecanismos fisiológicos y alelos asociados con la estabilidad del rendimiento frente a temperaturas por encima de las optimas.

 

Estudios de mapeo de asociación para identificar alelos asociados con la estabilidad del rendimiento bajo temperaturas supraoptimas.

Tolerancia a la sequía
Es de vital importancia desarrollar germoplasma mejor adaptado a las condiciones de estrés para contrarrestar las pérdidas de rendimiento que los escenarios previstos por el cambio climático pueden producir. En la actualidad la sequía es la mayor causa de perdidas de rendimiento en maíz y el cambio climático previsto aun exacerbará más estas perdidas. Debido al intervalo de tiempo relativamente largo que existe entre el desarrollo de germoplasma mejorado y su adopción por el agricultor, es de importancia capital hacer más eficiente el proceso de mejora. Los avances en las técnicas de mejora molecular ofrecen nuevas posibilidades para un rápido desarrollo de germoplasma mejor adaptado a los ambientes de sequía. Sin embargo la eficiencia de la mejora molecular depende en gran medida de la calidad del fenotipeado. Puesto que los costes del genotipeado continúan disminuyendo mientras que su capacidad aumenta, el fenotipeado de precisión constituye el cuello de botella en la mejora del germoplasma. La selección directa por la producción aun representa el criterio de selección más importante a la hora de mejorar la estabilidad del rendimiento en ambientes de sequía severa. Sin embargo, el desarrollo de nuevas herramientas de fenotipeado tiene el potencial de reducir los costes a la vez que acelerar el progreso de la mejora. En la actualidad investigamos el potencial de nuevas herramientas de fenotipeado que se puedan emplear en programas de mejora para adaptación a la sequía junto con la identificación de germoplasma y alelos que confieran tolerancia a condiciones de baja disponibilidad de agua.

 

Fenotipeado para tolerancia a sequía en híbridos y líneas en Tlatizapan, Edo. de Morelos, México

Combinación de estreses
La mayoría de investigaciones en el campo de la fisiología del estrés se han centrado en estreses individuales como la sequía, salinidad o bajo N. Sin embargo en un campo de agricultor las plantas están frecuentemente sometidas a una combinación de estreses. En este sentido se conoce relativamente poco sobre el efecto de las combinaciones de estreses, por lo que comparar los efectos de diferentes estreses es un paso importante dirigido a entender mejor el comportamiento de la planta en condiciones reales de campo. Los programas de mejora frecuentemente seleccionan de manera independiente por los diferentes estreses que el cultivo puede padecer en el ambiente objetivo de la mejora, seleccionando los genotipos que tengan un buen comportamiento frente a diferentes estreses aplicados de manera individual. En el sur de África la sequía junto con el bajo N son los principales estreses que afectan la producción de maíz. Cuando se evalúan de manera independiente respuesta a sequía y bajo nitrógeno diversos caracteres fisiológicos asociados con la tolerancia a uno de esos estreses confiere tolerancia frente al otro estrés. La selección simultánea para los dos estreses ha permitido desarrollar con éxito germoplasma adaptado a ambos estreses. Sin embargo la concurrencia de múltiples estreses simultáneamente puede llevar a una respuesta de la planta muy diferente, que no so pueden predecir de manera adecuada combinando el conocimiento acumulado para la respuesta de la planta frente a estreses individuales. Puesto que la tolerancia combinada frente a múltiple estreses parece diferente a la que existe frente a estreses individuales una de nuestras líneas de investigación el efecto de combinaciones de estreses (ej. sequía y calor o sequía y bajo N) que ocurren de manera mas frecuente en los ambientes donde el maíz tropical se cutliva.

 

Fenotipeado en condiciones de sequía y combinación de sequía y estrés por calor en Tlatizapan, Edo de Morelos, México

Mejora del fenotipeado de precisión
El suelo es altamente heterogéneo, tanto espacial como temporamente. La selección para respuesta a sequía estará influenciada por muchas características físicas del suelo, incluyendo su textura, la resistencia a la penetración y la capacidad de almacenar agua. Es bien conocido que diferencias en el tipo de suelo, incluyendo su textura, afectan el crecimiento de las raíces en arroz de altura, lo que tiene consecuencias en el crecimiento de la planta bajo sequía y en base genética implicada en la tolerancia a la sequía. Conocer la variabilidad espacial inherente en los sitios de ensayo de genotipos por tolertancia a sequía es crucial para el fenotipeado de precisión. Existen numerosas herramientas disponibles para cuantificar la variación espacial en las características fisicoquímicas del suelo. Sin embargo es necesario desarrollar o adaptar técnicas rápidas y de bajo coste que permitan evaluar la variabilidad espacial en las propiedades del suelo. En la actualidad estamos investigando el potencial de diversos métodos para mejorar las mediciones y análisis de campo. Estos métodos consisten en cuantificar la variabilidad del suelo directamente, mediante la medida de la conductividad eléctrica aparente (ECa), e indirectamente empleando técnicas rápidas que evalúen de manera no destructiva la biomasa de la planta.

 

Mapas de contorno en parcelas de evaluación de sequía y bajo nitrógeno (a,b) de la conductividad eléctrica aparente del suelo (ECa) medida utilizando una sonda EM38 y (c,d) de la biomasa aérea de la planta estimada mediante la medida del índice espectroradiométrico NDVI

 

 

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