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Adaptando el Trigo al Cambio de Clima

CIMMYT
CIMMYT

8º Simposium Internacional de Trigo; Mazatlán (Mexico); 22-24 Ago 2013

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Adaptando el Trigo al
Cambio de Clima
Matthew Reynolds
Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT)
Contribuciones de:
Maria Tattaris
Gemma Molero
Mariano Cossani
Marc Ellis
Enrique Autrique
Ravi Singh
Yann Manes
Hans Braun
Temario:
► Retos al mantener productividad de trigo
► Estrategias para aumentar rendimiento:
1. Manejo sostenible del cultivo
2. Mejoramiento tradicional para mega-ambientes
3. Exploración de recursos genéticos
4. Fenotipiar para identificar nuevos genes
5. Aumentando la potencia de rendimiento
6. Mejoramiento fisiológico y molecular
Importancia del trigo
• El cultivo alimenticio más importante a nivel global
• El cultivo más importante en el mundo en desarrollo después del arroz.
• Comida para 2.5 billones de pobres (< 2 dólares estadounidenses)
• Fuente de calorías (20%) y proteínas (20%) en países con menor desarrollo
• Fuente de ingreso para productores en 80 países en desarrollo
• Menor inversión en investigación y desarrollo respecto a otros cultivos
Rank 1
Rank 2
Rank 3
Importancia del Trigo como Fuente de Calorías
(2005-2007)
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Adaptando el Trigo al Cambio de Clima

  • 1. Adaptando el Trigo al Cambio de Clima Matthew Reynolds Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) Contribuciones de: Maria Tattaris Gemma Molero Mariano Cossani Marc Ellis Enrique Autrique Ravi Singh Yann Manes Hans Braun
  • 2. Temario: ► Retos al mantener productividad de trigo ► Estrategias para aumentar rendimiento: 1. Manejo sostenible del cultivo 2. Mejoramiento tradicional para mega-ambientes 3. Exploración de recursos genéticos 4. Fenotipiar para identificar nuevos genes 5. Aumentando la potencia de rendimiento 6. Mejoramiento fisiológico y molecular
  • 3. Importancia del trigo • El cultivo alimenticio más importante a nivel global • El cultivo más importante en el mundo en desarrollo después del arroz. • Comida para 2.5 billones de pobres (< 2 dólares estadounidenses) • Fuente de calorías (20%) y proteínas (20%) en países con menor desarrollo • Fuente de ingreso para productores en 80 países en desarrollo • Menor inversión en investigación y desarrollo respecto a otros cultivos
  • 4. Rank 1 Rank 2 Rank 3 Importancia del Trigo como Fuente de Calorías (2005-2007)
  • 6. Efecto de cambio de clima en el rendimiento, en 2050 (Muller et al.,2009; Banco Mundial 2008)
  • 7. Efectos de sequia y calor en los cultivos CALOR y SEQUIA Reducen productividad  Reduce duracion de ciclo  Perjudica metabolismo Deficiencias de nutrientes Menos area fotosintetica Esterilidad Baja calidad Estres biotico SEQUIA  Deshidratacion CALOR  Menor eficiencia de uso de agua
  • 8. Maneras complementarias para mejorar productividad bajo cambios de clima 1. Manejo sostenible del cultivo 2. Mejoramiento tradicional de mega-ambientes 3. Exploración de recursos genéticos 4. Fenotipiar para descubrimiento de genes 5. Aumentando la potencia de rendimiento 6. Mejoramiento fisiológico y molecular
  • 9. 1) Manejo sustenible del cultivo: Labranza minima, cobertura de suelo, rotacionesLabranza convencional (erosion)
  • 10. 2) Mejoramiento de mega-ambientes: la base de adaptacion CIMMYT regala 1,000 nuevos genotipos de trigo por ano dirigido a:
  • 11. Mejorando el trigo en Mexico para el mundo Cd. Obregón 39 masl High yield (irrigated), Drought, Heat, Leaf rust Toluca 2640 m Yellow rust Septoria tritici Fusarium Zero tillage El Batán 2249 m Leaf rust, Fusarium Njoro, Kenya 2185 m Stem rust (Ug99 group) Yellow rust
  • 12. SAWYT: 1994-2007 Semi-arid wheat yield trial y = 0.016x - 30.3 R 2 = 0.66 y = 0.013x - 24.1 R2 = 0.65 100% 105% 110% 115% 120% 125% 130% 135% 140% 1993 1995 1997 1999 2001 2003 2005 2007 YEAR %abovecheck Yield top 5 entries Trial mean yield Manes,Y.; Gomez, H.F.; Puhl, L.; Reynolds, M.; Braun, H.J.;Trethowan, R, 2012. Genetic yield gains of the CIMMYT international semi-arid wheat yield trials from 1994 to 2010. Crop Science 52(4):1543-1552.
  • 13. Areas sembrado a cultivos de CIMMYT (Lantican et al., 2005) %WheatArea CIMMYT cultivars CIMMYT derived cultivars Non-CIMMYT related *CIMMYT and ICARDA
  • 14. Land saved due to increased yield of modern wheat varieties. Developed using FAO Production Yearbooks (before 1961) and FAOSTAT production data, assuming the land area that would have been required to meet growing world cereal production if 1950 yields had prevailed through 1999 (see Borlaug & Dowswell 2005).
  • 15. 3) Exploracion de recursos geneticos Criollos de trigo Oaxaca, Mexico
  • 18. Recursos geneticos bajo sequia, 2013 A B
  • 19. T. durum AABB T. tauschii DD Hexaploid synthetic AABBDD Cruzas amplias con parientes silvestres e.g. “Sinteticos” ►Fuentes de resistencia a plagas ►Adaptacion a calor y sequia X =
  • 20. Beneficio de ‘sintético’ bajo calor, Obregon, 2012
  • 21. La mayoria de los parientes silvestres de trigo no se han utilizado en cruzamiento (Hodgkin, IPGRI) Utilizado Triticum dicoccum 24 Triticum dicoccoides 3 Triticum timopheevii 2 Triticum monococcum 120 Triticum urartu 21 Aegilops speltoides 34 Aegilops bicornis 0 Aegilops longissima 2 Aegilops tauschii 400 Wheat wild relatives at CIMMYT and World collection (*ICARDA estimate). CIMMYT World* 779 ?? 880 1,390 280 640 880 1,520 392 516 140 540 14 28 10 59 400~600 1,144
  • 22. 4) Se tiene que acelerar descubrimiento de genes para caraceristicas complejas ►Diseno de poplaciones experimentales Seri/Babax population
  • 23. “Remote sensing” = Medir sin tocar
  • 24. Correlación entre rendimiento y temperatura de la hoja en criollos Mexicanos bajo calor
  • 27. 5) Enfoques complementarios para incrementar el potencial de rendimiento del trigo o TEMA 1: Mejorar la fotosíntesis para aumentar la biomasa total de la planta o Tema 2: Asegurar que la biomasa adicional se refleje en un mayor rendimiento de grano en diferentes ambientes y sin fallos estructurales (acame) o Tema 3: Mejora fisiológica y molecular para combinar los resultados de T1 & T2 con los caracteres agronómicos necesarios
  • 28. T1: FOTSÍNTESIS (10-25y) T2: ADAPTACIÓN Y ACAME (5-15y) T3: MEJORAMIENTO (5-25y) 50% de incremento en la producción mundial basado en mejoras genéticas
  • 29. Plataforma de fenotipeado (MEXPLAT) La plataforma está en pleno funcionamiento para el fenotipeado Campo Experimental Norman E. Borlaug (CENEB)-INIFAP en Ciudad Obregón, Sonora
  • 30. Plataforma de fenotipeado (MEXPLAT)  Instrumentos de fenotipeado a nivel de hoja, planta y dosel
  • 31. Plataforma de fenotipeado (MEXPLAT)  Plataforma de fenotipeado aéreo (I) Blimp – Zeppelin: • Dirigible de Helio • Altura 50-70 m (150 máx.) • Cámara térmica • Cámara espectral  Temperatura Dosel  Índices espectroradiométricos relacionados con el estatus hídrico, contenido de pigmentos, biomasa, …
  • 32. Plataforma de fenotipeado (MEXPLAT)  Plataforma de fenotipeado aéreo (II) Helicópetero (UAV): • Dirigible de 8 hélices • Altura 50-70 m (130 máx.) • Cámara térmica • Cámara espectral • Cámara digital  Temperatura Dosel  Índices espectroradiométricos
  • 33. Manuales teórico y práctico de técnicas de fisiología vegetal utilizadas en Mejora Download PDFs: www.cimmyt.orgYa en Espanol
  • 34. Capacitación científica a estudiantes Mexicanos de doctorado en instituciones internacionales (Cambridge, Nottingham, Texas A&M, ANU Australia, John Innes)
  • 35. EUA: Transpiracion •Eficiencia de fotosintesis de la hoja •(Fotosintesis de la espiga) 6) Mejoramiento Fisiologico Rendimiento bajo sequia = UA x EUA x CI Particion (CI) • Almacen de carbohidratos en el tallo EUA: Foto-Protecion • Cera • Pigmentos UA: Uso de Agua •Cobertura de suelo •Acceso de agua atravez de raices
  • 36. Características para distintos ambientes Sequia YIELD = WU x WUE x HI Calor YIELD = LI x RUE x HI Alto rendimiento YIELD = LI x RUE x HI
  • 37. Nueva generacion de lineas basado en cruzas y selecciones fisiologicas Yield distribution of 3 years mean drought trials (Cd Obregon, Mexico) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 85% <= 90% 90% <= <95% 95% <= <100% 100% <= <105% 105% <= <110% 110% <= <115% 115% <= <120% % of check % Conventional crosses Physiological trait crosses Reynolds, MP., Manes, Y., Izanloo, A. and Langridge, P. (2009) Phenotyping for physiological breeding and gene discovery in wheat. Annals of Applied Biology: 155: 309–320
  • 38. 12 16 24 30 22 41 20 20 5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 83-89 90-94 95-99 100-104 105-109 110-114 115-119 120-129 130-133 Numberoflines Rendimiento como % del testigo Vorobey Rendimiento de lineas fisiologicas bajo sequia (CENEB, 2012) 70% de las nuevas lineas ganaron al testigo adaptado al sequia Testigo 3.5 t/ha (Vorobey)
  • 39. Grupo de Fisiología de Trigo, CIMMYT 2013