¿Qué son los 'cultivos huérfanos’ y cómo pueden fortalecer la seguridad alimentaria mundial?

El crecimiento demográfico y el cambio climático están ejerciendo una presión cada vez mayor sobre los sistemas alimentarios globales, amenazando con dejar sin sustento a una población que podría alcanzar los 10.300 millones de personas a mediados de la década de 2080. Aunque existen más de 12.000 especies vegetales comestibles, la agricultura mundial depende de un puñado de cultivos básicos: apenas unas treinta especies aportan el 95% de las calorías que consume el ser humano.

Esta dependencia, advierten los científicos, ha propiciado un sistema alimentario homogéneo y, por ello, extremadamente vulnerable ante plagas, enfermedades y los embates de un clima cada vez más impredecible. En este escenario, un equipo de investigadores del Instituto de Genética y Biología del Desarrollo de la Academia China de Ciencias propone una vía prometedora para fortalecer la seguridad alimentaria y nutricional: revitalizar los denominados ‘cultivos huérfanos’.

Estas especies, también conocidas como ‘cultivos olvidados’ o ‘cultivos subutilizados’, incluyen cereales como el fonio (Digitaria exilis) y el teff (Eragrostis tef), legumbres como el caupí (Vigna unguiculata), y una amplia gama de hortalizas, frutas, tubérculos y cultivos oleaginosos. Su valor reside, precisamente, en lo que les falta a los cultivos dominantes: una mayor biodiversidad, perfiles nutricionales más ricos y una adaptabilidad local que les permite prosperar en condiciones marginales, áridas o de estrés ambiental.

Soluciones prometedoras

"Revitalizar los cultivos huérfanos y ‘domesticar’ nuevos cultivos se presentan como soluciones prometedoras para los desafíos calóricos, nutricionales y ecológicos de los sistemas alimentarios actuales", señalan los autores en su estudio, publicado en Nature Communications.

Y es que, a pesar de su potencial, estos cultivos han sido históricamente ignorados por la investigación y los programas de mejoramiento genético convencionales, que priorizan el rendimiento de las especies más comerciales. El resultado es una falta crónica de variedades de alto rendimiento, calidad estable y adaptadas que limitan su adopción a gran escala.

Muchos presentan, además, rasgos que dificultan su cultivo extensivo, como la dehiscencia (apertura) prematura de las semillas, ciclos de crecimiento largos o una elevada sensibilidad al fotoperiodo. "La producción de teff, un cereal huérfano rico en nutrientes, sin gluten y con un índice glucémico bajo, está limitada por algunos rasgos, como semillas diminutas, dehiscencia o intolerancia a la infestación de malezas y la sequía”, ejemplifica el estudio.

Herramientas de vanguardia

Para superar estos cuellos de botella, el profesor Cao Xu y su equipo proponen una estrategia integrada denominada DSAP, que combina tres herramientas de vanguardia: la ‘domesticación de novo’ (mejoramiento genético), el ‘speed breeding’ (mejoramiento acelerado) y la fenómica potenciada por inteligencia artificial.

La ‘domesticación de novo’ emplea tecnologías de edición genómica para introducir rápidamente rasgos como un tamaño de fruto mayor, una arquitectura de planta más manejable o la insensibilidad al fotoperiodo en especies silvestres o semisilvestres, conservando al mismo tiempo su inherente tolerancia al estrés.

"Este enfoque puede recuperar la diversidad genética perdida y desarrollar variedades mejoradas incorporando rasgos relacionados con la domesticación en cultivos huérfanos que poseen tolerancia al estrés inherente", explican los autores.

Cámaras de crecimiento

El ‘speed breeding’, acelera el ciclo de vida de la planta mediante el control ambiental. En cámaras de crecimiento con fotoperiodos extendidos, temperatura y humedad optimizadas, es posible obtener hasta el doble de generaciones por año en comparación con el cultivo en campo.

No obstante, adaptar esta técnica a cultivos de día corto sigue siendo un desafío, ya que requiere incorporar rasgos de insensibilidad al fotoperiodo. Aquí, la edición genética también juega un papel clave, como se demostró al modificar genes homólogos en tomate silvestre y arroz para producir variedades insensibles a la duración del día.

Finalmente, la fenómica potenciada por IA permite evaluar de forma rápida y precisa un vasto número de plantas. Plataformas de fenotipado de alto rendimiento, equipadas con sensores avanzados, drones e imagen espectral, capturan datos morfológicos y fisiológicos de manera no invasiva.

Miles de líneas experimentales

La inteligencia artificial procesa estas ingentes cantidades de información para identificar, de entre miles de líneas experimentales, aquellas que presentan los rasgos más deseables: resiliencia al estrés, arquitectura ideal, alto rendimiento y calidad nutricional.

"Los flujos de trabajo de fenómica y metabolómica potenciados por IA no solo prometen acelerar el procesamiento de datos, sino también establecer conexiones entre los estados fisiológicos y el rendimiento agronómico", señala la investigación. Esta integración es crucial para agilizar la evaluación de variedades, un proceso que tradicionalmente consume años.

La aplicación efectiva de esta estrategia, no obstante, depende de que se superen importantes barreras. Muchos cultivos huérfanos carecen de genomas de referencia de calidad y de sistemas eficientes de transformación genética. Además, la normativa internacional sobre el intercambio de recursos genéticos puede ser excesivamente burocrática y restrictiva.

Los científicos abogan por marcos regulatorios innovadores y una colaboración internacional reforzada para desbloquear el potencial de estas especies. Con avances sostenidos en genómica, sensores ambientales y análisis de big data, la aplicación de la IA en el fitomejoramiento podría no solo predecir el desempeño de diferentes materiales genéticos, sino también recomendar prácticas de manejo agrícola óptimas.