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

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400

450

MIL

ES D

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NEL

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AÑOS

producción de semilla certificada

todos los cultivos

cebada

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4000

6000

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14000

16000

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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

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mb

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tal

Impacto del cambio climático sobre la mejora genética

Ensayos multiambiente

Ambientes supervisados

Ambientes supervisados

Ambientes controlados, supervisados

Población de ambientes objetivo va

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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

19

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