La caña de azúcar es uno de los cultivos agrícolas más importantes de Brasil, lo que coloca al país en la cima de la producción y exportación de sus derivados en el mundo. El país, por ejemplo, es el mayor exportador mundial de azúcar. Las plantaciones de caña de azúcar ocupan 8,7 millones de hectáreas del territorio nacional y Brasil representa más del 30% del producto que circula en el comercio internacional. A pesar de toda esta fuerza, el cultivo de la caña de azúcar no está exento de sufrir un mal tiempo que escapa al control de las tecnologías de gestión más avanzadas.
Según una encuesta divulgada en noviembre de 2024 por la Empresa Nacional de Abastecimiento (Conab), se espera que la zafra de caña 2024/2025 registre una caída de 4.8% respecto a la zafra anterior, un récord en la serie histórica. En la última cosecha, 2023/2024, se cosecharon 713,2 millones de toneladas del producto. Para la cosecha actual se esperan 678,6 millones de toneladas. También se espera que la productividad caiga, alrededor de un 8,8%, de 85,5 mil kilogramos por hectárea (kg/ha) a 78 mil kg/ha, dijo la Conab.
La caída de la producción se explica por las condiciones climáticas adversas que azotaron los cañaverales, especialmente la falta de lluvias y las intensas olas de calor, especialmente en el centro-sur, que concentra el 91% de la producción nacional. El problema no solo afecta a la cosecha de caña de azúcar, sino a toda la agricultura. La participación del sector en el producto interior bruto (PIB) en 2024 cayó un 3,2%. Y las pérdidas registradas en varios cultivos, según una evaluación del Instituto Brasileño de Geografía y Estadística (IBGE), se deben a la crisis climática.
Los esfuerzos para mitigar los efectos del cambio climático son urgentes, pero los investigadores ahora pueden hacer que plantas como la caña de azúcar sean más resistentes a las condiciones adversas y otros factores que influyen en la productividad agrícola. A través de procesos de mejoramiento genético, se pueden introducir propiedades en los cultivares que los hacen menos dependientes de interferencias externas. Este trabajo estará a cargo del recientemente inaugurado Centro de Mejoramiento Molecular de Plantas (CeM²P), una red de investigación instalada en la Unicamp con el apoyo de la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo (Fapesp), en asociación con empresas e instituciones públicas, como la Empresa Brasileña de Investigación Agropecuaria (Embrapa) y el Instituto Agronómico (IAC). Con foco en los cultivos de caña de azúcar y pasto forrajero tropical -especies utilizadas en pasturas-, la unidad buscará acelerar el desarrollo tecnológico y la innovación en procesos de mejoramiento genético y fortalecer los servicios que brindan los organismos públicos a la agroindustria.
Nuevas variedades
El mejoramiento genético de plantas consiste en la creación de nuevas variedades de especies a partir de la selección de características deseables, como un mayor valor nutricional y resistencia a plagas, por ejemplo. La idea es hacer que los alelos (las formas alternativas de un mismo gen) encargados de expresar las características deseadas se perpetúen en los nuevos individuos. La forma tradicional de llevar a cabo estas mejoras es el cruce de especies con diferentes materiales genéticos, la creación de híbridos, la separación y, finalmente, la selección de individuos que presenten las características deseadas, entre otros métodos. Es un proceso largo, que requiere grandes cantidades de material vegetal.
«El mejoramiento clásico puede tardar entre 15 y 17 años, en promedio», explica Rafael Ribeiro, docente del Instituto de Biología (IB) de la Unicamp e investigador del CeM²P. «Es necesario hacer los cruzamientos, analizar la genética de la progenie [un conjunto de descendientes resultantes de los cruzamientos], identificar los mejores materiales. Necesitamos varios ciclos de siembra y cosecha para comprobar cuáles de los nuevos individuos son realmente positivos”. Al final del proceso, según el profesor, pocas culturas lo consiguen.
Una frontera tecnológica en el área ha sido cruzada por la edición genética, que puede hacer cambios directamente en el código genético de la especie. En esta operación, los investigadores utilizan técnicas como la edición de ADN, eliminando de la cadena de genes exactamente aquellos que le dan al cultivo los aspectos no deseados, como si los cortara con tijeras. Entre los otros métodos posibles se encuentran la inserción de genes de organismos, como virus y bacterias, en el ADN de las plantas para hacerlas resistentes a estos organismos y la identificación de marcadores moleculares para genes específicos, que aceleran el proceso de selección de progenies, prescindiendo de largos ciclos de siembra y cosecha. El CeM²P tiene la intención de desarrollar estos recursos. «Podemos hacer pequeños cambios puntuales en medio de miles de millones de bases moleculares en el genoma», señala Marcelo Menossi, profesor del IB e investigador del centro.
A través de las técnicas, el grupo buscará acelerar la mejora ya obtenida por instituciones asociadas como Embrapa, el IAC, la Agencia Paulista de Tecnología del Agronegocio (Apta) y la Red Interuniversitaria para el Desarrollo del Sector Azucarero-Energético (Ridesa). Los avances no se limitan a trabajos directamente relacionados con la genética vegetal. Las tecnologías procedentes de otras áreas de investigación también deberían ayudar a superar etapas futuras. Los científicos de la red pretenden combinar las ciencias ómicas (implicadas en la caracterización y cuantificación de conjuntos de moléculas biológicas) con técnicas de fenotipado, ciencia de datos y modelización matemática.
Los profesores ejemplifican cómo esto puede acelerar el proceso. En los casos en que es necesario evaluar las diferencias físicas y funcionales de una planta para identificar qué individuos tienen las características deseadas, el hecho de que haya una gran cantidad de ejemplares a analizar puede convertirse en un obstáculo, como ocurre en la evaluación de un campo de caña de azúcar, por ejemplo. «En este caso, pensamos en un fenotipado de alto rendimiento, con instrumentación avanzada, como el uso de drones y el procesamiento de imágenes aéreas con inteligencia artificial», explica Ribeiro, refiriéndose al proceso de descripción y análisis de los aspectos físicos y funcionales de las plantas. Según el profesor, este tipo de investigación debe combinarse con estudios de modelado y ciencia de datos. «Pensamos en una estructura en la que estos frentes se comunican entre sí».
Para los investigadores, el intercambio entre diferentes especialidades que aporta el carácter interdisciplinario del centro ofrece un diferencial que beneficiará al sector agropecuario. «Hay aspectos de la fisiología vegetal que no domino, pero Ribeiro lo entiende muy bien. Sin embargo, tengo la experiencia para manipular la fisiología de una planta desde un punto de vista molecular. Él no. [La profesora] Anete Souza [coordinadora del CeM²P] domina los métodos para encontrar un gen específico relacionado con estos aspectos fisiológicos», ilustra Menossi. Otra ventaja será la ganancia institucional para la Universidad a través de la infraestructura a implementar. «Desde el punto de vista de la bioinformática, la potencia computacional que tendremos con el proyecto equivale hoy a más del doble de la capacidad instalada del Instituto de Biología», reflexiona Renato Vicentini, también profesor del IB.
A pesar de estar ampliamente extendida en el país, la caña de azúcar es un cultivo que presenta una serie de desafíos para su mejora. A simple vista, la mayor limitación puede parecer ser la dificultad de observar las características distinguibles de un gran número de individuos aparentemente idénticos en el mismo campo de caña de azúcar. Sin embargo, el gran obstáculo está en el propio genoma de la planta. Souza dice que la caña de azúcar es un tipo de planta poliploidal, con más de dos pares de cada conjunto de cromosomas. El número puede variar de 10 a 14 copias de cada uno, alcanzando más de 110 cromosomas individuales: los humanos, en comparación, tienen 23 pares, con un total de solo 46 cromosomas. «Pero no siempre es así, porque el número varía entre cada cultivar. Nunca sabemos con certeza cuántos pares tiene una planta», comenta la coordinadora.
La dificultad de descifrar el genoma representa un punto de partida decisivo para que esfuerzos como la caracterización fenotípica de un gran número de especímenes y las posibilidades de la edición génica se vuelvan viables. Para ello, los investigadores esperan contar con mecanismos tecnológicos que puedan ser desarrollados por el CeM²P. «Nuestras actividades tendrán que ser integradas. Si necesitamos identificar un gen específico, por ejemplo, utilizaremos la bioinformática y el análisis de datos», dice Souza.
Otro cultivo que merecerá la atención de los investigadores involucrados en el proyecto es el de las gramíneas forrajeras, utilizadas como pastos para la ganadería. «La cría de forrajes es algo muy reciente en el país. Hasta mediados de 2008, la ganadería solo utilizaba pastos silvestres», recuerda el científico. Estas especies de plantas también tienen características genéticas complejas, como la tetraploidía (una anomalía en la que las células de un individuo tienen cuatro copias de cada cromosoma). Los desafíos en este caso, sin embargo, no se limitan a cuestiones genéticas, sino que también implican la tala de pastizales desconocidos, con especies silvestres de las que ni siquiera hay un registro.
En Brasil, se destaca el conocimiento ya obtenido sobre los géneros Brachiaria, Paspalum y Panicum. Sin embargo, cada una de ellas puede presentar varias especies, las cuales requieren caracterización fenotípica y estudios genéticos antes de iniciar un proceso de cría, además de ser posible cruzarse entre diferentes especies, dando lugar a nuevos individuos. Souza menciona los estudios realizados por Embrapa para comprender mejor la especie de Paspalum, un género brasileño, y una colaboración ya existente para el mejoramiento de forrajes. «Recién ahora la agricultura se ha dado cuenta de la importancia de estudiar los forrajes brasileños. No es posible que dependamos solo de unas pocas especies», argumenta el coordinador, en referencia a la gran difusión de Brachiaria, un género originario de África.
Además de la resistencia a las plagas, la cría de forraje puede desarrollar nuevas variedades que combinen altas tasas de biomasa con un mayor valor nutricional para el ganado. Los científicos también están trabajando para seleccionar variedades que mantengan la productividad o sufran pérdidas mínimas durante los períodos de sequía. Actualmente, la agricultura consume alrededor del 72% de los recursos hídricos del país y el 70% de los del mundo. A pesar de que muchos cultivos aprovechan el agua de lluvia, es probable que los períodos de sequía más prolongados aumenten la dependencia del riego. Por otro lado, el retorno al medio ambiente de esta agua utilizada para el riego puede ser perjudicial por el riesgo de llevar pesticidas y fertilizantes a las aguas subterráneas y aumentar la concentración de sales en el suelo. «Si reducimos la demanda de recursos hídricos, el beneficio ambiental será muy grande», señala Menossi.
Nuevo modelo
La creación del CeM²P materializa un avance que va más allá del desarrollo tecnológico dentro de su ámbito de actuación. El modelo de asociaciones selladas entre investigadores de la Unicamp y de instituciones públicas también representa una novedad. La forma más común de establecer centros de investigación de este tipo es a través de asociaciones con empresas e instituciones privadas, que asumen los costos financieros. El CeM²P innova estableciendo alianzas con instituciones públicas que ofrecen como contrapartida campos experimentales con plantaciones y cultivos realizados, desafíos reales ya existentes y un sector agropecuario listo para implementar lo desarrollado. «Nuestro objetivo es llevar la innovación a esas empresas e instituciones públicas», dice Souza, señalando que el modelo también permite que la propiedad intelectual de las innovaciones obtenidas esté en manos de las instituciones públicas. El valor invertido por la FAPESP, por ejemplo, ascenderá a 38 millones de reales en diez años.
Además de Embrapa, IAC, Apta y Ridesa, el centro mantendrá alianzas con la Universidad de São Paulo (USP), la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp), el Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) y otras instituciones de ocho países. En la Unicamp, el proyecto involucra a miembros del IB, del Instituto de Computación (IC), del Instituto de Artes (IA), del Instituto de Matemáticas, Estadística y Computación Científica (Imecc) y del Centro de Biología Molecular e Ingeniería Genética (Cbmeg). «La cantidad de masa crítica que formará el centro será muy grande», dice Ribeiro. Los investigadores también destacan que la gran lección a perpetuar es el esfuerzo interdisciplinario que se realiza para encontrar soluciones que fortalezcan el campo y las instituciones públicas. «La agricultura tiene realmente ese carácter integrador», resume el coordinador.
Nota en portugués en https://jornal.unicamp.br/edicao/723/melhoramento-genetico-acelera-inovacao-no-campo/