Antecedentes

La mejora genética agrícola moderna ha evolucionado hacia la maximización del rendimiento individual de cada cultivo. La selección y mejora centrada en variedades únicas contribuyó a elevar la productividad del año correspondiente, pero generó limitaciones estructurales como el agotamiento del suelo por monocultivo continuo y el deterioro del ecosistema edáfico. En las tierras agrícolas, se utiliza ampliamente un sistema de rotación de cultivos que alterna diferentes especies para reponer la fertilidad del suelo y suprimir la proliferación de plagas y enfermedades. En los campos de cultivo reales, después de la cosecha del cultivo anterior, los residuos orgánicos y las secreciones radiculares permanecen en el suelo, influyendo directamente en el crecimiento del cultivo posterior que se desarrolla en la siguiente temporada. Esto se denomina retroalimentación planta-suelo (Plant-Soil Feedback, PSF) o legado del suelo (soil legacy).

El problema radica en que los programas de mejora de cultivos tradicionales se han desarrollado excluyendo por completo estas interacciones con el patrimonio microbiano del suelo. Los fitomejoradores han evaluado rasgos de forma aislada, sin rastrear cómo los cambios en la microbiota o el equilibrio nutricional del suelo impactan al cultivo sucesor. Los agricultores han experimentado variaciones extremas en la productividad al cultivar maíz tras ciertas leguminosas, dependiendo de la combinación de variedades, pero sin haber logrado identificar claramente la causa, han intentado resolver el problema recurriendo a la aplicación de fertilizantes químicos y pesticidas.

Hallazgos clave

Un artículo de perspectiva publicado en Nature Genetics presenta un análisis empírico que demuestra que las huellas bioquímicas y microbiológicas que los cultivos dejan en el suelo no son meros factores ambientales, sino que están determinados por factores genéticos propios de cada variedad. La investigación explica que, incluso en la misma especie, la composición de fenoles y ácidos orgánicos en las exudaciones radiculares varía según los alelos presentes, lo que determina la estructura de la comunidad microbiana de la rizosfera y la cantidad de nitrógeno fijado residual.

Un punto crucial es que la magnitud y la calidad del legado edáfico dependen significativamente de la variación genética entre variedades. Los análisis experimentales muestran que ciertas variedades de trigo promueven la acumulación de bacterias beneficiosas que ayudan a la formación de nódulos en leguminosas sucesoras, mientras que otras variedades dejan esporas de hongos patógenos que inhiben el enraizamiento inicial del siguiente cultivo. En esencia, los rasgos genéticos de un cultivo controlan indirectamente el fenotipo del cultivo siguiente a través del suelo.

El equipo de investigación propone modificar radicalmente el sistema tradicional de fitomejoramiento, que se limitaba a tomar como indicador únicamente el rendimiento de una sola cosecha de un solo cultivo en una única temporada. Se propone como alternativa un sistema integrado de fitomejoramiento multicultivo que optimice la productividad acumulada y la eficiencia en el uso de recursos durante todo el ciclo de rotación (de 2 a 4 años), más allá de la evaluación independiente de variedades individuales. La estrategia consiste en cuantificar la interacción entre los genotipos de los cultivos previos y sucesores para diseñar combinaciones genéticas que permitan que el cultivo anterior asuma parte de la función de fertilizante y suprima los patógenos transmitidos por el suelo.

Significado y perspectivas

Esta propuesta ofrece un nuevo paradigma para la agricultura global, que necesita reducir drásticamente el uso de fertilizantes químicos y fungicidas. Esto se debe a que ha abierto el camino para utilizar las características genéticas de los cultivos como herramientas para mejorar el suelo, en lugar de aplicar insumos mediante aplicaciones posteriores para mantener la salud del suelo. Si se identifica la compatibilidad genética entre los cultivos en el sistema de rotación, los agricultores podrán garantizar una estabilidad del rendimiento total durante todo el ciclo de rotación, minimizando al mismo tiempo la aplicación de fertilizantes.

Sin embargo, hay no pocos problemas que resolver antes de implementar este método por completo en la industria del fitomejoramiento. La validación cruzada de combinaciones genéticas de múltiples cultivos durante varios años hará que la superficie de las parcelas de ensayo y el periodo de evaluación aumenten al menos tres o cuatro veces en comparación con los métodos actuales. Controlar la complejidad de las interacciones genotipo-ambiente (GxE) en función de la microbiota del suelo y las condiciones climáticas también es una tarea ardua. Los investigadores añaden que debe desarrollarse tecnología que combine análisis metagenómicos y modelos predictivos basados en aprendizaje automático para preseleccionar rasgos del suelo y reducir los costes de las evaluaciones a gran escala.