PLANT BREEDING AS TOOL TO CHALLENGE CLIMATIC CHANGES IN FORAGE PRODUCTION. A REVIEW = LA MEJORA GENÉTICA VEGETAL COMO HERRAMIENTA PARA AFRONTAR LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS EN LA PRODUCCIÓN DE FORRAJE. UNA REVISIÓN

Resumen

ABSTRACT

Literature was reviewed concerning climatic changes, especially increase in carbon dioxide concentration [CO2] and temperature during the last centuries, and connecting these changes with biochemical pathways in plants, mainly photosynthesis activity and respiration. Plant breeding has been successful in moving the genome of plants for selecting different characteristics, such as high oil and protein of the maize kernel, increase of yield in several crops along different eras, resistance to diseases and pests and adaptation to environmental conditions. Therefore plant breeding is proposed as a tool to challenge the climatic change through development of new varieties with complex traits adapted to future environments, such as higher temperatures and lower rainfall. Utilization of natural or induced polyploidy has demonstrated to be a good aid to increase vigor, yield, resistance to diseases, and adaptation of forage crops to stress. Development of synthetic varieties for forage plants seems to be a good option for achieving breeding goals in cross-pollinated crops. Hybridization between different species and within species is sometimes used for increasing the vigor, the adaptation to environmental stress and the yield of cultivars. Hybrids between two species (e.g., from genus Lolium) produce usually a high rate of aneuploid plants in the F1 generation. Recurrent selection for raising the rate of balanced euploid plants in the F1, F2, F3, F4…generations of the aloploid hybrids is needed for getting stable varieties adapted to the target stress. Commercial hybrid seed is preferred to synthetics provided that the additional yield and features compensate the extra cost of seed production. Results of forage maize hybrids related to the worldwide cultivated “B73 × Mo17” hybrid, which were selected for earliness, are presented. Exploration of new C4 tropical species, such as Teff, likely will help to produce forage in poor watering conditions. The use of 13C isotopic discrimination seems to be a good indicator to breed for water use efficiency (WUE) in C3 plants. Biotechnological tools, such as molecular markers, will facilitate to achieve breeding objectives sooner. Breeding suggestions for development of new varieties in C3 and C4 species adapted to future environments should consider the possible biotic and abiotic stresses generated by the climatic change. Automated phenotyping platforms are used for simulating stress environments. Domestication of wild species may be an alternative for developing a new crop to meet the requirement of environmental change. Crop domestication is a difficult task; however the use of rational strategies, including breeding for reducing the effect of limiting factors and strengthening favorable traits will help to achieve the desired objectives. Use of autochthonous germplasm as base material is crucial for providing genetic variability and genes adapted to environmental conditions.

RESUMEN

Se revisó la literatura en lo referente al cambio climático, especialmente al aumento de la concentración de dióxido de carbono [CO2] y la temperatura durante los últimos siglos, así como su relación con las rutas bioquímicas en plantas, principalmente la actividad fotosintética y la respiración. La mejora genética de plantas ha tenido éxito en cambiar el genoma de las plantas seleccionando diversas características, tales como alto contenido de aceite y proteína en el grano de maíz, aumento del rendimiento en varios cultivos durante diferentes eras, resistencia a plagas y enfermedades y adaptación a las condiciones ambientales. Por lo tanto se propone a la mejora genética de plantas como una herramienta útil para afrontar el cambio climático mediante el desarrollo de nuevas variedades con caracteres complejos adaptados a los ambientes futuros. La utilización de la poliploidía natural o inducida ha demostrado ser una buena ayuda para aumentar el vigor, rendimiento, resistencia a enfermedades y adaptación de cultivos forrajeros a estrés. El desarrollo de variedades sintéticas en plantas pratenses parece ser una buena opción para alcanzar los objetivos de mejora en cultivos de polinización cruzada. La hibridación entre especies y dentro de especies gramíneas y leguminosas forrajeras se utiliza para aumentar el vigor, la adaptación al estrés y el rendimiento de las variedades. Híbridos entre dos especies (e.g. del género Lolium) producen generalmente una alta tasa de plantas aneuploides en la generación F1. La selección recurrente para elevar la tasa de plantas euploides (i.e. con equilibrio cromosómico) en las generaciones F1, F2, F3, F4… del híbrido aloploide es necesaria para obtener variedades estables adaptadas al estrés. La semilla híbrida comercial se prefiere a las variedades sintéticas siempre que el incremento del rendimiento y otras características compensen el coste adicional de producción de semilla. Se presentan los resultados de híbridos de maíz forrajero relacionados con el híbrido ampliamente cultivado B73 x Mo17 y seleccionados para precocidad. La exploración de nuevas especies tropicales C4, tal como Teff, ayudará probablemente a producir forraje en condiciones de sequía y calor. El uso de la discriminación isotópica 13C parece ser un buen indicador para mejorar la eficiencia en el uso del agua (EUA) en plantas C3. Las herramientas biotecnológicas, tales como marcadores moleculares, facilitarán alcanzar más pronto los objetivos de mejora genética. Se sugiere que la mejora genética durante el proceso de desarrollo de nuevas variedades en plantas C3 y C4 adaptadas a los ambientes futuros deberá tener en cuenta los estreses bióticos y abióticos generados por el cambio climático. La domesticación de especies silvestres puede ser una alternativa para obtener un nuevo cultivo que cumpla los requisitos del cambio ambiental. Plataformas automatizadas de fenotipado se utilizan para simular ambientes de estrés. La domesticación para desarrollar un cultivo es una tarea difícil; sin embargo el uso de estrategias racionales, incluyendo la mejora genética para conseguir eliminar factores limitantes y fortalecer los rasgos favorables ayudará a lograr los objetivos deseados. El uso de germoplasma autóctono como material base es esencial para proporcionar variabilidad genética y genes adaptados a las condiciones ambientales.