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| Árbol del caucho en la Amazonia con antiguas cicatrices de la sangría del látex |
Actualmente se necesitan 30 años de trabajo de mejora genética para obtener variedades más productivas de árboles del caucho. Los genetistas de la Universidad de Campinas esperan reducir este plazo a menos de 10 años y lograr que Brasil sea autosuficiente en la producción de látex
Entre 1870 y 1910, Brasil fue el mayor productor mundial de látex, la materia prima para el caucho. Hoy, el país ocupa el décimo lugar. Las 190,000 toneladas de látex producidas en el país en 2016 fueron suficientes para abastecer solo el 35% de la demanda interna. Más de la mitad de la producción brasileña proviene del estado de São Paulo. Tal prominencia de los productores de São Paulo se debe al trabajo de mejora genética de los árboles de caucho que se han realizado desde la década de 1970 en el Instituto Agronómico de Campinas (IAC). Pero el proceso de reproducción del árbol del caucho es demasiado lento. Hoy en día, se necesitan 30 años de trabajo continuo para obtener variedades con alta productividad de látex y mejor adaptadas al clima y a los suelos.
Una investigación genómica importante en la Universidad de Campinas (Unicamp) está generando dividendos que prometen acelerar en gran medida el tiempo de mejora del árbol del caucho. "Se espera que nuestra investigación sobre el genoma de los árboles de caucho reduzca el tiempo de cría de 30 años a solo 10 años", dice la genetista de plantas Anete Pereira de Souza, líder del Laboratorio de Análisis Genético Molecular en el Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética , del Instituto de Biología de Unicamp.
Los genetistas Lívia Moura de Souza y Luciano dos Santos son responsables de la búsqueda de genes de interés para la mejora del árbol del caucho. En dos artículos, uno publicado en 2015 en PLoS ONE y otro que acaba de publicarse en Frontiers in Plant Science, el equipo revela el descubrimiento de regiones definidas por 576 marcadores moleculares de interés para la mejora genómica del árbol del caucho.
Estas son 576 oportunidades potenciales para obtener plántulas más vigorosas, más productivas y resistentes a las enfermedades, lo que acelera todo el trabajo de mejoramiento del caucho.
Aprende por qué este logro es tan importante. Pero primero, un poco de historia.
Biopiratería en el siglo XIX
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| Sangría del árbol de caucho, para la extracción de látex |
Biopiratería en el siglo XIX
El descubrimiento del procedimiento de vulcanización en 1839 por el estadounidense Charles Goodyear condujo a la fiebre extractiva del caucho. Entre 1870 y 1910, Brasil fue el principal productor mundial de látex, la savia extraída de los árboles de caucho que es la materia prima del caucho natural. La demanda de látex creció año tras año. En ese momento, el caucho representaba el 24% del comercio exterior brasileño.
En 1890, comenzaron los primeros intentos de cultivo controlado, con la creación de plantaciones con miles de árboles de caucho, alineados uno al lado del otro. Fue una decisión fatídica.
El árbol del caucho o siringa (Hevea brasiliensis) es una especie nativa de la Amazonía brasileña. Dentro del bosque, los árboles silvestres se extienden escasamente en el bosque, lejos el uno del otro. Esta distancia dificulta la propagación de un árbol al otro del hongo Microcyclus ulei, el agente causal de una enfermedad llamada mal suramericano de la hoja del caucho. El hongo solo ataca a las hojas más jóvenes, matándolas. Incapaz de producir una nueva generación de hojas, el árbol del caucho muere.
Esto es lo que sucedió con las grandes plantaciones de caucho plantadas por los agricultores amazónicos. El caso más emblemático fue Fordlandia, una ciudad modelo en el estado brasileño de Pará, a orillas del río Tapajós, fundada en 1928 por el millonario estadounidense Henry Ford para la producción de caucho a escala industrial para sus automóviles. El gran grupo de árboles de caucho Fordland resultó ser una fiesta para el hongo Microcyclus. La producción de látex en Fordlandia nunca pudo despegar, y el proyecto finalmente fue abandonado en 1945.
Mucho antes de eso, en 1875, el botánico británico Henry Alexander Wickham contrabandeó 70,000 semillas de árboles de caucho de Brasil a Inglaterra, que se sembraron en el Royal Botanic Gardens, en Kew. Alrededor del cuatro por ciento de estos germinaron, y en 1876 aproximadamente 2,000 plántulas fueron enviadas a Ceilán (ahora Sri Lanka) y a Singapur.
Los árboles de caucho se aclimataron tan bien al sudeste asiático que, cuando el mal suramericano de la hoja del caucho se extendió por las plantaciones de caucho de Brasil, el sudeste asiático se convirtió en el mayor productor mundial de caucho natural.
Aunque técnicamente no había una ley brasileña que prohibiera la exportación de semillas de árboles de caucho en 1876, existía, sin embargo, un requisito para la expedición de una licencia de exportación, que Wickham obtuvo bajo falsas pretensiones, alegando que la carga de semillas que enviaría a Londres sería ser material botánico destinado a un herbario. Por sus hazañas, Wickham llegó a ser condecorado con el título de caballero del imperio británico.
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| Semilla del árbol del caucho |
Producción de látex en Brasil, hoy
La producción mundial de caucho en 2016 fue de 12,4 millones de toneladas. Tailandia e Indonesia, los dos mayores productores, representan el 60% de la producción. Los siete mayores productores, todos asiáticos, concentran el 90% de la producción. El octavo productor más grande es Guatemala y el noveno es Costa de Marfil. Brasil ocupa el décimo lugar, representando solo el 1.5% de la producción mundial.
La producción brasileña proviene de los estados de las regiones sureste, medio oeste y noreste. La producción en la Amazonía es mínima debido a la presencia del mal suramericano de la hoja del caucho, que ha permanecido restringido a la región por más de un siglo, y nunca ha infectado plantaciones de caucho en otros países.
Las 190 mil toneladas de látex producidas en Brasil en 2016 fueron suficientes para abastecer solo el 35% de la demanda interna. Más de la mitad de la producción proviene del estado de São Paulo. En su hábitat natural, el Amazonas, el árbol del caucho está adaptado para crecer bajo un régimen de alta temperatura y humedad. Lo mismo no ocurre en el sureste de Brasil. Por otro lado, en la región sureste, el clima es seco y lo suficientemente frío como para evitar la proliferación del mal suramericano de la hoja del caucho. El hongo no sobrevive en el frío.
El éxito de la cosecha de caucho en São Paulo se debe principalmente a la cría de árboles de caucho que se han realizado desde la década de 1970 en el Instituto Agronómico de Campinas (IAC), por investigadores como el veterano Paulo de Souza Gonçalves, que trabaja con árboles de caucho desde 1974
Gonçalves explica que el trabajo en el IAC tiene como objetivo seleccionar las plántulas con mayor potencial productivo, es decir, aquellas capaces de producir más litros de látex durante la sangría del árbol. La sangría es el método utilizado para extraer la resina (látex) de los troncos. El látex se cosecha cortando una ranura en la corteza del árbol a una profundidad de 5 milímetros con un cuchillo enganchado y retirando la corteza.
"Otro objetivo de la mejora es obtener árboles que produzcan bien en regiones de climas más secos y fríos, que se aclimatan cada vez más a las condiciones del sudeste brasileño, para expandir la producción de látex por hectárea plantada con árboles de caucho. "
Si, por un lado, el trabajo de mejora del árbol del caucho en el IAC ha dado buenos resultados, por otro lado todo el proceso hasta obtener variedades interesantes para la plantación consume demasiado tiempo. La metodología de genética clásica, la promovida por Gonçalves en IAC, implica una vida de dedicación. "30 años es el tiempo de mejora necesario para obtener nuevas variedades de producción. Tienes que tener mucha paciencia", dice Gonçalves.
"En primer lugar, debemos seleccionar los árboles de caucho más productivos", explica Gonçalves, quien en los años 1970 y 1980 participó en varias expediciones para recolectar plántulas de árboles de caucho en el Amazonas. "Pedimos a los caucheros que nos llevaran a los árboles donde obtuvieron más látex. En el Amazonas, perdido en medio del bosque, hay árboles silvestres de los que podemos extraer en un solo golpe 4, 5, 6, incluso ¡8 o 9 litros de látex! "
Una vez que se encuentra un espécimen productivo, el trabajo de mejora implica tres pasos. En el primero, la planta productiva se cruza con otra, que puede no ser tan productiva, pero es más tolerante a los climas fríos o más secos. De este cruce germinan miles de plantas que crecerán y se desarrollarán durante dos y medio o tres años.
"Luego viene el segundo paso, cuando seleccionamos aquellas plantas que son las más vigorosas", explica Gonçalves. De cada uno de ellos se clonan de 100 a 200 especímenes, que a su vez se replantan en las estaciones experimentales y se les permite crecer hasta la edad de siete años.
"Cuando los árboles alcanzan los siete años, comenzamos la sangría para realizar pruebas de producción de látex. Después de un año, seleccionamos los árboles que son los más productivos, generalmente el 5% del total".
Aquí es cuando comienza la tercera etapa de mejora. Los especímenes más productivos se multiplican nuevamente por clonación y se distribuyen entre las granjas de caucho del estado de São Paulo, con el fin de probar su desempeño en diferentes suelos y microclimas diversos. "Entonces tenemos que esperar otros diez u once años para poder seleccionar aquellos especímenes que sean más productivos para un determinado tipo de suelo o microclima". Estos especímenes se clonan y finalmente se recomiendan para la siembra a gran escala ", dice Gonçalves.
Hasta este punto, han pasado 20 años desde el comienzo del proceso de reproducción. Pasarán otros diez años antes de que los clones mejorados y distribuidos a las plantaciones estén en plena producción.
¿Cómo pueden los estudios de biología molecular desarrollados en los laboratorios de Unicamp acortar este enorme período de 30 años?
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| Guardería con plantas de semillero de caucho |
100 mil variaciones genéticas
Todo el material recolectado entre los árboles de caucho silvestre en las décadas de 1970 y 1980 por investigadores como Paulo Gonçalves se deposita en bancos de germoplasma de IAC y la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa). Hay miles de semillas recolectadas en árboles de caucho en el interior del bosque en los estados brasileños de Acre, Amazonas, Mato Grosso, Pará y Rondônia.
La genetista Lívia Moura de Souza visitó bancos de germoplasma en las ciudades de Belém, Brasilia e Ilha Solteira, y también en la Guayana Francesa, para obtener material para la investigación molecular. Ella trabajó con las hojas de un total de 1,117 árboles. Muchas regiones donde las colecciones de semillas y hojas se han hecho hace 40 años hoy están totalmente deforestadas, como es el caso del Estado de Rondônia. "Aquí es donde proviene el material más productivo utilizado por los plantadores de caucho. El lugar donde se realizó la recolección hoy ya no existe. Todo fue deforestado. Esto significa que el material genético que pudo haber estado en los árboles de caucho de la región hoy es solo disponible en bancos de germoplasma. En la naturaleza, ya no existe", dice Livia. "La única forma de obtener acceso a este material es en las colecciones, hierbas y bancos de germoplasma que he visitado."
El árbol del caucho (Hevea brasiliensis) pertenece al género Hevea, que comprende 11 especies. Lívia trabajó con hojas de cuatro especies: H. brasiliensis, H. guaniensis, H. benthamiana y H. pauciflora. Aunque el látex comercial solo se extrae de H. brasiliensis, las otras especies son muy importantes en el estudio, ya que pueden ser fuentes de genes de interés con posible uso en la mejora del árbol del caucho.
"En el primero de los dos trabajos publicados, queríamos comprender la diversidad de material a nuestra disposición", dice Livia. El material está dividido en dos grupos distintos. Un grupo es totalmente salvaje, de los árboles que crecieron solos en la selva amazónica. El otro grupo involucra hojas recolectadas entre árboles del material mejorado plantado en las estaciones de reproducción experimental de plantas.
"Tratamos de recoger las hojas con una honda. No funcionó, porque los árboles eran muy altos", recuerda Anete Pereira de Souza. "Tuvimos que usar una grúa para obtener algunas hojas de cada árbol para poder analizar sus marcadores moleculares".
Con respecto al grupo del material mejorado, Livia observa: "una vez que se seleccionan los rasgos moleculares (alelos, en la jerga genética) que mejoran la planta, se eliminan otros. Nuestro trabajo tiene como objetivo la búsqueda de estos alelos raros, los que no son encontrado más en el material mejorado."
Usando una técnica llamada marcadores moleculares de microsatélites, Livia encontró 408 alelos en ambos grupos. De estos, 89 eran alelos raros (25% del total), ya que solo estaban presentes en material genético de árboles de caucho silvestres. Entre los árboles de caucho cultivados, esos alelos raros se perdieron durante el proceso de reproducción.
"Este primer trabajo fue verificar que la diversidad genética del grupo de caucho silvestre es muy superior a la de los árboles de caucho mejorados", dice Lívia.
El siguiente paso de la investigación, que resultó en el segundo artículo, implicó el estudio genético en profundidad de todo el material. De los 1117 especímenes cuyas hojas fueron recolectadas en bancos de germoplasma, Livia excluyó las que estaban más relacionadas, seleccionando solo las 368 especímenes con el genoma más divergente. Se les agregó el material de 254 especímenes mejorados, totalizando un conjunto de 626 especímenes analizados.
Aquí el método de investigación elegido fue genotipificación de SNP. El genotipado es el proceso para identificar la composición genética (genotipo) de cada uno de los 626 especímenes. SNP ("snips"), es un acrónimo de "polimorfismos de un solo nucleótido". Los SNPs son uno de los tipos más comunes de marcadores de variación genética.
La genotipificación con SNP dio como resultado el descubrimiento de aproximadamente 100.000 SNPs. De estos, 77.600 SNPs se encontraron en material silvestre, mientras que 21.300 SNPs provinieron de material mejorado. "Como puede ver, hay muchos más SNPs en los bancos de germoplasma que en la población mejorada," dice Livia. "Esto da una buena idea de la diversidad de la base genética de los árboles de caucho silvestres."
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| Recolección de hojas para investigación genómica, con la ayuda de la grúa |
La promesa genómica
Es precisamente en esta gran diversidad que Livia de Souza, Luciano dos Santos y Anete Pereira de Souza, y colaboradores de diferentes instituciones de investigación en Brasil y Francia, esperan detectar los genes de interés para la mejora del árbol del caucho, proporcionando más vigor, mejor adaptación al frío y baja humedad, mayor resistencia a enfermedades y plagas.
Una vez que se encontraron 100,000 SNPs en el material analizado, el próximo objetivo fue tratar de saber en qué cromosomas están ubicados. El genoma del árbol del caucho tiene 18 cromosomas y ha sido parcialmente secuenciado, pero, según Livia, este genoma aún no está bien ensamblado. El análisis completo de los datos genómicos de la investigación fue realizado por el genetista Luciano dos Santos, asistido por colegas de la Facultad de Agricultura Luiz de Queiroz, de la Universidad de São Paulo.
"Luciano fue capaz de localizar los cromosomas donde hay 576 SNPs. El próximo paso del trabajo será realizar la selección genómica de los SNPs mapeados. Necesitamos averiguar qué caracteres confiere cada uno de esos SNPs a las plantas, es decir, a qué características fenotípicas se refieren," dice Livia.
"A mediano plazo, cuando podamos determinar la función de cada uno de estos SNPs, esto acortará y mejorará en gran medida el trabajo de mejora del árbol de caucho", dice Souza. "En lugar de seguir cruzando plantas productivas con plantas resistentes para obtener muchos años más tarde el material mejorado, podremos seleccionar las plantas portadoras de los SNPs y, en consecuencia, las regiones y genes específicos que otorgan esas características de interés a los criadores."
En otras palabras, los raros genes de interés y ahora ausentes en los árboles de caucho mejorados se incorporarán cruzando el genoma de los árboles de caucho para producir una nueva generación de plántulas. Las plantas que generarán árboles superiores se identificarán mediante predicción genómica, en base al análisis de los SNPs (marcadores moleculares) que contienen, que identifican las características superiores asociadas con las regiones que contienen estos SNPs. Estos árboles ya seleccionados temprano por selección genómica, crecerán y se desarrollarán para convertirse, a la edad de siete años, en árboles adultos con las características seleccionadas. Luego, cuando tengan diez años, ya estarán en la fase de producción, para producir más látex por hectárea plantada, en suelos más pobres, en climas más fríos y en ambientes más secos.
Cuando todo esto sucede, la mejora genómica ahorrará alrededor de 20 años de trabajo de los criadores de árboles de caucho. Quién sabe, entonces, el aumento resultante en la producción de látex podría hacer que Brasil vuelva a ser autosuficiente en el producto? ¿Quizás el país puede incluso alcanzar algunas posiciones perdidas en el mercado mundial del caucho? ¿Quién sabe?
Desde 2007, la investigación del árbol del caucho en el laboratorio de Anete Pereira de Souza ha sido financiada por agencias de investigación como Fapesp, CNPq y Capes. Por el momento, Souza busca financiamiento para la aplicación de selección genómica para obtener clones de caucho con mayor eficiencia y en menor tiempo. La inversión requerida dará como resultado árboles de caucho más productivos adaptados a regiones frías y secas. Como consecuencia, se ampliará el área de plantaciones de caucho en las regiones donde no existe peligro de la plaga de la hoja. "Con un mayor área de siembra y una mayor productividad, Brasil podría ser autosuficiente en la producción de caucho y tal vez incluso un exportador", dice el investigador.
Según Souza, "la autosuficiencia de Brasil en la producción de caucho es de interés para todos en Brasil, desde las industrias de neumáticos hasta los agricultores y fábricas de caucho. Los agricultores de regiones que anteriormente no estaban adaptadas a la plantación del caucho pueden diversificar sus cultivos, plantando árboles de caucho en áreas inactivas en la propiedad ".
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CONTACTO CON LOS AUTORES:
Profa. Dra. Anete Pereira de Souza
Laboratório de Análise Genética Molecular
Instituto de Biologia (IB)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Campinas-SP
Telefone: (5519) 3521-1132
Celular: (5519) 99111-6547
e-mail: anete@unicamp.br
Lívia Moura de Souza
Laboratório de Análise Genética Molecular
Instituto de Biologia (IB)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
(5519) 3521-1156
(5511) 97602-0561
e-mail: liviamoura31@gmail.com
REFERÉNCIAS CIENTÍFICAS:
de Souza LM, Le Guen V, Cerqueira-Silva CBM, Silva CC, Mantello CC, Conson ARO, et al. (2015) Genetic Diversity Strategy for the Management and Use of Rubber Genetic Resources: More than 1,000 Wild and Cultivated Accessions in a 100-Genotype Core Collection. PLoS ONE 10(7): e0134607. doi:10.1371/journal.pone.0134607
de Souza LM et al (2018) Linkage Disequilibrium and Population Structure in Wild and Cultivated Populations of Rubber Tree (Hevea brasiliensis). Front. Plant Sci. 9:815.
doi: 10.3389/fpls.2018.00815
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