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Nuevas técnicas de mejoramiento genético para mejorar la seguridad alimentaria

Un mundo sin hambre es posible, pero solo si la producción de alimentos aumenta y se distribuye de manera sostenible y se elimina la pobreza extrema. A nivel mundial, la mayoría de las personas pobres y desnutridas viven en zonas rurales de países en desarrollo, donde dependen de la agricultura como fuente de alimentos, ingresos y empleo. Los datos internacionales muestran una clara asociación entre la baja productividad agrícola y las altas tasas de desnutrición (1). Los estudios globales también han demostrado que la rápida reducción de la pobreza extrema solo es posible cuando aumentan los ingresos de los pequeños agricultores (2). Por lo tanto, la mejora sostenida de la productividad agrícola es fundamental para el desarrollo socioeconómico. Aquí, argumentamos que con un despliegue cuidadoso y una regulación científicamente informada, las Nuevas Tecnologías de Mejoramiento (NBTs), como la edición del genoma, podrán contribuir sustancialmente a la seguridad alimentaria mundial.

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Anteriormente, el fitomejoramiento convencional a través de estrategias de polinización cruzada y autopolinización desempeñaba un papel importante en la mejora de la productividad agrícola. Además, la adopción de cultivos genéticamente modificados (GM), o transgénicos, por los pequeños agricultores ha dado lugar a mayores rendimientos, menor uso de pesticidas, reducción de la pobreza y mejor nutrición (2). Sin embargo, hasta el momento solo unas pocas economías en desarrollo y emergentes, como China, India, Pakistán, Bangladesh y Sudáfrica, han adoptado los cultivos transgénicos. A pesar de que tres décadas de investigación muestran que los cultivos transgénicos no son más riesgosos que los cultivos convencionales (3), muchos países de África y Asia dudan en promover el uso de cultivos transgénicos, en gran parte debido a los riesgos percibidos erróneamente y el temor de perder los mercados de exportación para Europa.

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Mientras tanto, han surgido los NBTs. Estas tecnologías pueden disipar los temores asociados con los cultivos transgénicos. Por ejemplo, los avances recientes en la edición del genoma permiten la alteración de los genes endógenos para mejorar las características en los cultivos sin transferir transgenes a través de los límites de las especies. En particular, CRISPR-Cas se ha convertido en uno de los sistemas más importantes para editar el genoma de los cultivos, con aplicaciones agrícolas en rápido crecimiento en los principales cereales como el arroz, el trigo y el maíz y otros cultivos importantes para la seguridad alimentaria como el banano y la yuca (4). Debido a su bajo costo, la edición del genoma también se puede utilizar para mejorar los “cultivos huérfanos”, como las frutas locales, vegetales y los cultivos básicos, que pueden desempeñar un papel importante en las dietas saludables. El uso de ADN externo (de otra especie) en cultivos transgénicos es la razón principal de su fuerte regulación. Por lo tanto, la ausencia de transgenes en los cultivos editados por el genoma podría reducir los costos de los procedimientos reglamentarios y, por lo tanto, acelerar la innovación, aumentar la competencia en la industria de las semillas y hacer que las semillas mejoradas sean más asequibles para los agricultores de los países en desarrollo (2).

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La falta de capacidades técnicas, regulatorias y de comunicación para manejar las tecnologías de transgenia a nivel local ha contribuido a una aceptación y adopción públicas limitadas (5). Los desarrollos científicos y sociopolíticos no siempre son un continuo, lo cual es cierto tanto en los países desarrollados como en los países en desarrollo. Por lo tanto, es necesario un esfuerzo y una estrategia renovada para facilitar el uso y la adopción de cultivos editados genéticamente y otras NBTs que tienen mucho potencial para contribuir al desarrollo sostenible. Aprendiendo lecciones del pasado, la estrategia debe basarse en la comunicación transparente, la capacitación de los investigadores y otras partes interesadas en el sistema de innovación y una regulación eficiente e informada.

La asociación público-privada ha sido percibida por muchos como una forma de promover e implementar las NBTs (6). Dicha asociación es especialmente prometedora en los países en desarrollo más avanzados que aún albergan a un gran número de personas en situación de pobreza, pero que ya se encuentran en una posición de fortaleza económica para negociar beneficios mutuos con empresas privadas del sector agrícola. Los productos vegetales y las semillas de estos países en desarrollo más avanzados también podrían entregarse regionalmente a los países vecinos menos desarrollados, que de otro modo tendrían un acceso limitado a las NBTs o tendrían que pagar precios mucho más altos. Una iniciativa intergubernamental existente para semillas de arroz sin fronteras es un paso importante en esta dirección, que permite compartir semillas entre varios países del sur y sureste de Asia (7).

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Tales iniciativas intergubernamentales podrían llevarse a un nuevo nivel a través de compañías que trabajan con organismos de cooperación y desarrollo regional de Asia y África, como la Asociación de Naciones del Asia Sudoriental (ASEAN) o la Nueva Alianza para el Desarrollo de África (NEPAD). Existen oportunidades para capitalizar las historias de éxito anteriores de asociaciones público-privadas, como el desarrollo y la liberación comercial de berenjenas transgénicas resistentes a plagas en Bangladesh. La reciente declaración pública del ministro de agricultura de Bangladesh en apoyo de la biotecnología y las iniciativas de pruebas de campo de otros tres cultivos transgénicos transgénicos adicionales, posicionan a Bangladesh como un modelo global para abordar el hambre y la desnutrición a través de la tecnología moderna (8).

Otro ejemplo es el proyecto del Maíz con Uso Eficiente de Agua para África (WEMA, por sus siglas en inglés), en el que se desarrollan variedades tolerantes a la sequía con la intención de hacer que estén disponibles para los pequeños agricultores a través de compañías de semillas africanas (9). Debería elaborarse un plan de desarrollo concertado para las características prioritarias de los cultivos alimentarios, incluidos los cultivos huérfanos, que ayudaría a demostrar de manera más amplia el gran potencial de las nuevas tecnologías de mejoramiento para la seguridad alimentaria en los países en desarrollo.

La caja de herramientas de los fitomejoradores se está expandiendo de maneras emocionantes. El avance con mejoramiento acelerado y el descenso de una sola semilla minimizan el ciclo de vida del cultivo para la investigación sobre el mejoramiento, la selección y la fijación de genes útiles (10). Este enfoque ya está contribuyendo a la mejora de varios cultivos de grano, basándose en las metodologías de selección de pedigrí más lentas y menos precisas que caracterizaron la Revolución Verde. Junto con estos, la selección genómica, que utiliza el genotipado y la imputación de genotipos como una estrategia para predecir el valor de las plantas fenotípicamente no caracterizadas en una población, también se está volviendo popular. Las limitaciones actuales en los métodos de mejoramiento también pueden ser abordadas parcialmente por la reciente aparición de los sistemas CRISPR/Cas que proporcionan un conjunto efectivo de aplicaciones y herramientas moleculares para alterar el genoma de manera precisa y eficiente de una manera definida por el usuario. El knockout genético (o “silenciamiento” de genes) mediado por CRISPR-Cas9 se usa ampliamente para una variedad de aplicaciones en el mejoramiento de cultivos, por ejemplo, arroz de alto rendimiento, pan de trigo resistente a enfermedades y tomate con sabor mejorado. Otras posibles modalidades incluyen la edición precisa de secuencias de ADN, el reemplazo de genes y la mejora simultánea de múltiples características (apilamiento), así como la ingeniería genética aplicada a elementos reguladores y promotores para patrones de expresión génica alterados (11). Además, las pantallas CRISPR para todo el genoma se pueden usar para identificar características de cultivos valiosos previamente desconocidos. Sin embargo, la utilidad de las tecnologías CRISPR para mejorar los rasgos cuantitativos, incluida la tolerancia a la sequía y la salinidad, aún no se ha evaluado en varias especies de cultivos. Anticipamos que las tecnologías CRISPR-Cas, en combinación con los métodos modernos de reproducción, desempeñarán un papel importante en los futuros programas de mejoramiento de cultivos, pero otras tecnologías para la predicción y selección genómicas también seguirán siendo importantes.

Varias aplicaciones interesantes de edición del genoma pueden estar disponibles en los próximos 5 años. Por ejemplo, múltiples cultivos importantes y básicos en varios países, podrían beneficiarse inmediatamente de las nuevas tecnologías de edición genética para abordar los principales problemas de plagas y enfermedades, reducir la necesidad de pesticidas y hacer que las plantas sean más resistentes al estrés climático. El éxito del desarrollo público o público-privado de variedades de cultivos relacionadas podría servir como un claro ejemplo para generar confianza y demostrar las capacidades locales para utilizar la edición del genoma y así obtener beneficios locales.

Los genes objetivos para el mejoramiento ahora se identifican más fácilmente por el número creciente de genomas de cultivos de alta calidad y las comparaciones alélicas en paneles de diversidad de cultivos y plantas. La disponibilidad de dicha diversidad en las bases de datos públicas está siendo reconocida por el sector privado, lo que podría fomentar asociaciones público-privadas de beneficio mutuo. El Grupo Consultivo de Investigación Agrícola Internacional (CGIAR), financiado con fondos públicos, tiene un mandato para la mayoría de los principales cultivos básicos y reúne a organizaciones regionales dedicadas a la investigación para un futuro con seguridad alimentaria (12). La mayoría de los centros del CGIAR son compatibles con los bancos de genes específicos de los cultivos que pueden evaluarse en busca de mejoras editadas del genoma, en colaboración con institutos regionales y nacionales. Los esfuerzos previos del CGIAR para proporcionar material genético vegetal a los países en desarrollo facilitaron a los mejoradores el desarrollo de nuevas variedades. Dada su presencia en diferentes entornos locales, los centros del CGIAR podrían ser un coordinador neutral de una red de instalaciones de investigación de campo para el desarrollo y prueba de cultivos editados genéticamente.

La oposición global a los cultivos transgénicos explica por qué actualmente hay aplicaciones limitadas de estos cultivos. Las actitudes y los enfoques políticos europeos son particularmente importantes a este respecto. Dadas sus conexiones comerciales de larga data con Europa, las naciones africanas y asiáticas también temen lógicamente que la adopción de cultivos transgénicos pueda llevar a la pérdida de oportunidades de exportación a Europa, donde la oposición a los cultivos transgénicos está ahora profundamente arraigada (13). La edición del genoma podría representar una oportunidad renovada para aprovechar los potenciales de la biotecnología moderna para la seguridad alimentaria. Sin embargo, el reciente fallo del Tribunal Europeo de Justicia para regular los cultivos editados por genoma de la misma manera que los transgénicos (14) son decepcionante y podría sofocar el progreso internacional en la aplicación de tecnologías de edición genética para el mejoramiento de cultivos. Sin embargo, se espera que las decisiones de los Estados Unidos (15) y Japón sobre el relajamiento de las reglas hacia los cultivos editados establezcan el terreno para un nuevo paradigma que podría llevar a una regulación más eficiente a nivel internacional.

Más de 30 años de experiencia con cultivos transgénicos muestran que los procedimientos regulatorios influyen en las actitudes del público y que las actitudes negativas del público en Europa pueden tener un efecto considerable en las percepciones y políticas públicas en los países en desarrollo (2). Por lo tanto, una regulación menos restrictiva de los cultivos editados por el genoma en la UE podría enviar una señal positiva a los países en desarrollo que necesitan tecnologías agrícolas para la seguridad alimentaria.

Lograr la seguridad alimentaria mundial requerirá un marco basado en las lecciones aprendidas del pasado: la innovación es esencial y, por lo tanto, también es esencial un entorno que facilite la innovación. Para explotar completamente los potenciales de las NBTs, se necesita un enfoque múltiple, teniendo en cuenta todos los componentes involucrados en el desarrollo de la tecnología, la difusión, la adopción y la aceptación social. Las NBTs no deben entenderse como una panacea. También se necesitan muchas otras tecnologías y enfoques, incluidas las mejoras en la gestión posterior a la cosecha, la infraestructura del mercado y los servicios sociales. Sin embargo, se predice que la edición del genoma será una adición poderosa en la lucha contra el hambre y la pobreza. La comunidad global debe aprovechar esta oportunidad mediante el desarrollo de marcos regulatorios propicios y mecanismos de apoyo.

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