Proyecto H2020 EUCLEG: Mejoramiento de leguminosas forrajeras y de grano para aumentar la autosuficiencia proteica de la UE y China
- Tipo Proyecto
- Status Completado
- Ejecución 2017 -2021
- Presupuesto asignado 5.000.000,00 €
- Alcance Europeo
- Principal fuente de financiación Horizonte 2020
- Sitio web del proyecto Proyecto EUCLEG
Se ha recopilado una cantidad impresionante de datos de genotipo y fenotipo de cientos de accesiones de leguminosas como parte del proyecto EUCLEG, financiado por la UE. La descripción de la diversidad genética, los marcadores asociados a la variación de rasgos y las ecuaciones de predicción genómica son resultados que abren nuevas oportunidades para impulsar el mejoramiento genético de leguminosas.
Se han ofrecido capacitaciones en estadística y mejoramiento molecular, tanto dentro como fuera de EUCLEG, para compartir estos prometedores resultados, además de publicaciones y comunicaciones a congresos. Los mejoradores de institutos públicos o empresas privadas pueden ahora utilizar este conocimiento para optimizar la diversidad genética e implementar el mejoramiento genético asistido por marcadores. Todo este progreso, a su vez, conducirá a estrategias para un mejoramiento genético más rápido de nuevas variedades que contribuirán a impulsar el uso de leguminosas en la ganadería y la agricultura en Europa y China, y a reducir la dependencia proteica, contribuyendo así a los objetivos generales del proyecto.
Se han generado datos de genotipo:
- Alfalfa - Europa: 1061 accesiones fueron genotipadas por GBS. Frecuencia alélica para 228K SNP con menos del 5% de datos faltantes y 118k SNP sin ningún dato faltante. China: 220 individuos fueron genotipados utilizando secuenciación del genoma completo (560K SNP).
- Trébol rojo: 641 accesiones fueron genotipadas por GBS. Datos de frecuencia alélica para 65K marcadores SNP.
- Haba: 400 accesiones fueron genotipadas con una matriz Axiom de 50K Haba bean. Datos de genotipo para 35K marcadores.
- Guisante: 260 accesiones fueron genotipadas utilizando la matriz GenoPea de 13K. Datos de genotipo para 12K marcadores.
- Soja: Se genotipificaron 479 accesiones europeas y 326 chinas con la matriz SoySNP de 355K. Se compilaron inventarios de recursos fitogenéticos de las cinco especies objetivo en Europa y China, y se redujeron las brechas entre el sistema EURISCO y las Bases de Datos Centrales Europeas de Cultivos.
Se elaboraron informes para describir: los desafíos y riesgos relacionados con el intercambio de recursos fitogenéticos, el sistema de protección de variedades vegetales de China y su relevancia para los obtentores europeos. Se realizaron 34 experimentos de campo en Europa y China con cientos de accesiones, y se midieron caracteres relacionados con el rendimiento, la calidad y la resistencia al estrés. Además, se realizaron experimentos en condiciones controladas para la evaluación de caracteres relacionados con el estrés biótico y abiótico, y el vigor de las plántulas.
Se estableció una infraestructura central para la gestión de datos del proyecto en el sistema Progeno, donde los socios importaron datos de genotipos y fenotipos. Se reveló una enorme diversidad fenotípica y genética en las cinco especies. Debido a que se han utilizado muchos marcadores, la estructura genética se sumó al conocimiento actual. Por ejemplo, en alfalfa, la diversidad en China y en la UE-América es en gran medida diferente, y entre la diversidad de la UE-América, hay un rango de diversidad relacionado en parte con el origen geográfico de las variedades.
En soja, un escaneo de diversidad genética de todo el genoma reveló múltiples firmas de selección en una colección de soja europea en comparación con colecciones chinas de accesiones de soja silvestre y cultivada. Las interacciones genotipo x ambiente fueron generalmente importantes, pero se identificaron accesiones de alto rendimiento y/o accesiones que portaban rasgos positivos. Se realizó un GWAS y reveló listas de QTL para casi todos los rasgos en las cinco especies. Un análisis de la anotación del genoma en las regiones QTL proporcionó listas de genes candidatos potenciales cuya diversidad de secuencia puede explicar la variación fenotípica.
Se han desarrollado las rutinas necesarias para implementar la predicción genómica y se ha capacitado a los miembros de EUCLEG. Las predicciones genómicas fueron más precisas que en la mayoría de los estudios ya publicados, probablemente debido al uso de un gran número de accesiones y numerosos marcadores. La predicción genómica estándar fue a menudo superior a 0,5, mientras que la adición de QTL en las ecuaciones de predicción genómica elevó la capacidad predictiva a 0,8. En el paquete de trabajo 6 (WP6), se creó un sitio web colaborativo para compartir los resultados del proyecto y se elaboraron y distribuyeron boletines informativos. Los resultados se han presentado en diversas conferencias científicas y se han publicado varios artículos en revistas con revisión por pares; otros están en preparación.
EUCLEG se propuso proporcionar herramientas y conocimientos para mejorar el progreso genético de cinco especies principales de leguminosas: dos forrajeras, alfalfa y trébol rojo, y tres leguminosas de grano, guisante, haba y soja. Esto implicó genotipado, fenotipado y trabajo estadístico. En el WP1, desarrollamos herramientas moleculares y genómicas. Para los dos cultivos forrajeros exogámicos, utilizamos genotipado por secuenciación (GBS) para obtener la frecuencia de marcadores de los individuos agrupados de cada accesión (pool-GBS). Para las tres leguminosas de grano autógamas, utilizamos la tecnología de matriz de SNP para genotipificar las accesiones. En el WP2, estructuramos y mejoramos el acceso a los datos de las colecciones de recursos fitogenéticos europeas y chinas. Identificamos lagunas (tanto de datos de pasaporte como fenotípicos) en los sistemas de información existentes y animamos a los titulares de las colecciones a subsanarlas. Creamos una infraestructura eficiente para la gestión centralizada de los datos recopilados durante el proyecto (la base de datos Progeno).
Finalmente, se consideraron los desafíos y riesgos legales asociados con el intercambio de recursos fitogenéticos y sus datos, así como las cuestiones de propiedad intelectual. En el paquete de trabajo 3 (WP3), se describió la estructura genética de las colecciones de germoplasma utilizando caracteres fenotípicos y marcadores moleculares. Se establecieron ensayos en una red de entornos en la UE y China. Se evaluaron caracteres fenotípicos relevantes: germinación, establecimiento del cultivo, respuesta al estrés biótico y abiótico, rendimiento de forraje y semilla, y calidad del forraje y del grano. Se proporcionó una descripción del germoplasma chino y europeo, una visión general de la interacción genotipo x entorno y se identificó germoplasma prometedor. La estructura genética del germoplasma se describió con los datos de genotipo obtenidos en el paquete de trabajo 1. En el paquete de trabajo 4, se identificaron genes, alelos y marcadores moleculares que explicaron gran parte de la variación fenotípica disponible para los caracteres involucrados en el rendimiento del cultivo y su estabilidad, incluyendo la resistencia al estrés biótico y abiótico.
La base de datos del paquete de trabajo 2, que contiene datos de genotipo y fenotipo, se utilizó para los análisis de asociación de todo el genoma (GWAS). El WP5 proporcionó conocimientos y herramientas a los criadores para implementar la selección genómica, una forma de selección asistida por marcadores que, en muchos casos, resulta más eficiente que la selección fenotípica. Se desarrolló una herramienta intuitiva para la gestión de datos y el cálculo de valores genéticos (VG) y valores genéticos genómicos (VGE). Se evaluaron los efectos de varios determinantes de la precisión de la ecuación de predicción de VGE y se propusieron soluciones de mejoramiento, incluyendo la selección genómica. El WP6 difundió los resultados del proyecto a la comunidad científica y transfirió las innovaciones a las partes interesadas.
EUCLEG tiene como objetivo reducir la dependencia de Europa y China de las importaciones de proteínas mediante el desarrollo de estrategias de mejoramiento eficientes para los cultivos de leguminosas de gran importancia económica en la alimentación humana y animal. El objetivo es mejorar la diversificación, la productividad de los cultivos, la estabilidad del rendimiento y la calidad de las proteínas de las leguminosas forrajeras (alfalfa y trébol rojo) y de grano (guisantes, habas y soja).
Utilizando recursos genéticos diversos y extensos y aprovechando herramientas moleculares avanzadas, EUCLEG tiene como objetivo identificar y desarrollar los mejores recursos genéticos, métodos de fenotipado y herramientas moleculares para mejorar variedades de leguminosas con un rendimiento mejorado bajo estrés biótico y abiótico en las zonas agroecológicas representativas de Europa y China. Se explorará el potencial de nuevos usos de especies forrajeras para la nutrición humana.
Se desarrollarán o construirán bases de datos con capacidad de búsqueda para albergar datos de pasaportes, agronómicos y genéticos que faciliten el intercambio y el uso de recursos genéticos. La evaluación de los recursos genéticos en ensayos multisitio permitirá ampliar el material de mejoramiento y ampliar la adaptación agroecológica. La arquitectura genética de los rasgos genéticos clave se analizará mediante estudios de asociación para identificar marcadores moleculares relacionados con los rasgos fenotípicos.
Finalmente, se evaluarán las estrategias de selección genómica por su potencial para mejorar el progreso genético. Se proporcionarán a los obtentores herramientas prácticas para la genotipificación, la gestión de datos y el cálculo para implementar la selección asistida por marcadores y la selección genómica que conduzca a la creación de nuevas variedades a largo plazo. La asociación reunida en EUCLEG, que combina institutos públicos y empresas privadas de Europa y China, garantiza la transferencia de conocimientos desde la investigación a la industria de semillas.
Un proyecto financiado por la UE está ayudando a Europa y China a aumentar su nivel de autonomía proteica. Las legumbres son una parte importante de la producción de alimentos y piensos y tienen un efecto positivo en el medio ambiente . Ricas en proteínas, contribuyen a la entrada de nitrógeno en los sistemas de cultivo, reduciendo así potencialmente la necesidad de utilizar fertilizantes nitrogenados sintéticos, también ofrecen una alternativa nutritiva de origen vegetal a la carne, un mercado que está en crecimiento, con muchos buscando nuevas formas de aprovechar el potencial de la producción de proteínas de origen vegetal . Como tal, hay muchas razones para cultivar más legumbres. Sin embargo, en Europa y China, zonas con condiciones agroecológicas apropiadas para el cultivo de proteínas vegetales, existe una deficiencia, ya que ambos continentes dependen en gran medida de las importaciones de proteínas y del gran uso de fertilizantes nitrogenados sintéticos. El proyecto EUCLEG (Cría de legumbres forrajeras y de grano para aumentar la autosuficiencia proteica de la UE y China), financiado por la UE, ayuda a reducir esta dependencia. "Trabajamos en cultivos de leguminosas, con el objetivo final de mejorar las variedades", señala Bernadette Julier, coordinadora del proyecto y directora de investigación del INRAE, el Instituto Nacional de Investigación para la Agricultura, la Alimentación y el Medio Ambiente de Francia. Esto implicó genotipificación, fenotipificación y trabajo estadístico.
Mejorar el progreso genético EUCLEG se centró en las cinco especies de leguminosas más cultivadas en Europa: dos forrajeras, la alfalfa y el trébol rojo, y tres leguminosas de grano, el guisante, el haba y la soja. «Nuestros objetivos eran ayudar a los fitomejoradores a crear variedades más adaptadas y de mayor rendimiento. Estas variedades de leguminosas se cultivarán en zonas geográficas donde ya se cultivan leguminosas y ofrecerán mayor rendimiento, calidad y estabilidad que las variedades actuales, o bien contribuirán a ampliar la superficie de cultivo en regiones donde el cultivo de leguminosas es escaso», explica Julier. Un mayor rendimiento y una mayor superficie de cultivo contribuirán a la producción de más proteínas locales; las nuevas variedades se introducirán más fácilmente en las rotaciones de cultivos para la diversificación.
El trabajo del proyecto ha dado lugar a la publicación o adopción de herramientas de genotipado genómico para las cinco principales especies de leguminosas. «También hemos logrado una nueva visión de la diversidad genética disponible para el fitomejoramiento en cada especie. La gran cantidad de marcadores obtenidos en un amplio conjunto de accesiones ha renovado claramente el conocimiento sobre la alfalfa y la soja. También se han identificado nuevas fuentes de variación fenotípica», añade Julier. Gracias a la genotipificación genómica, el proyecto pudo identificar marcadores moleculares asociados con la variación de rasgos. Estos marcadores podrían utilizarse en programas de mejoramiento genético para acelerar el progreso genético. «Además, se ha calculado la capacidad de predicción de los rasgos principales, y los resultados sugieren que la selección genómica también debería acelerar el progreso genético del mejoramiento de leguminosas, al igual que en otras especies importantes de plantas y animales», afirma Julier.
Aumentar la ambición Varios mejoradores de leguminosas, tanto públicos como privados, contribuyeron a la recopilación y el análisis de datos. «Esta colaboración favorece la transferencia de conocimiento de la investigación a la industria», señala Julier. Durante el proyecto, también se organizaron sesiones de formación para mejoradores. «Han visto el potencial previsto del mejoramiento molecular en leguminosas. A largo plazo, espero que el mejoramiento de leguminosas utilice herramientas moleculares para acelerar el progreso genético y liberar variedades adaptadas a diferentes limitaciones y usos», añade. En cuanto a los próximos pasos, el proyecto pretende demostrar el progreso que se puede obtener del mejoramiento molecular en comparación con el mejoramiento fenotípico. «Paralelamente, es crucial reducir los costes de genotipado adaptando los métodos y el número de marcadores necesarios en un programa de mejoramiento. Por último, los programas de mejoramiento deben adaptarse para introducir el mejoramiento molecular en el proceso de creación de variedades, a la vez que se actualizan las ecuaciones de predicción y los marcadores a la diversidad genética en estudio», concluye Julier.
Con base en los resultados del proyecto, los mejoradores de leguminosas de institutos públicos o empresas privadas pueden modificar sus esquemas de mejoramiento para optimizar el uso de la diversidad genética e implementar el mejoramiento asistido por marcadores.
El progreso genético se verá impulsado en los próximos años con la creación de nuevas variedades, mejoradas para adaptarse a los usos alimentarios y forrajeros, así como a las limitaciones regionales. Mientras tanto, los agricultores pueden confiar en las variedades existentes que han demostrado un alto rendimiento y calidad, así como estabilidad en el rendimiento en condiciones contrastadas. Se espera que este amplio uso de variedades de leguminosas en los sistemas agrícolas garantice el equilibrio presupuestario agrícola.
También tendrá un gran impacto en la autonomía proteica de la UE para piensos y alimentos, aumentará los servicios ecosistémicos relacionados con la diversificación de cultivos y contribuirá al aporte de nitrógeno en los sistemas agrícolas.
- INSTITUT NATIONAL DE RECHERCHE POUR L'AGRICULTURE, L'ALIMENTATION ET L'ENVIRONNEMENT (INRAE)
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