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Marzo 2017 | Cultivos

Desafíos para el mejoramiento genético de avena

Calidad nutricional del grano más que al rendimiento ‘per se’

La avena es un cultivo antiguo que luego de ser una mala hierba, ha llegado a ser una opción en la rotación de cultivos anuales. Hoy, por la nobleza de sus propiedades, es el cereal indiscutido para la alimentación saludable y para otra serie de aplicaciones en los campos de la industria tecnológica, cosmetológica y farmacéutica. Las nuevas variedades de avena, deben poseer una información genética tal que les permita enfrentar de mejor forma las exigentes demandas de consumidores y los diversos estrés ambientales, dado el efecto del cambio climático. 

Mónica Mathias-Ramwell, Ing. Agr. M. Sc. | Haroldo Salvo-Garrido, Ing. Agr. Ph.D.

María-Elena Reyes, Biquímico. | Programa de Mejoramiento de Avena INIA

La nobleza del grano de avena se debe al valor de sus componentes nutritivos y funcionales. Dentro de los componentes que la diferencian de otros cereales, se destacan: fibra dietética soluble (“beta-glucanos”) que reduce el colesterol sanguíneo, genera sensación de saciedad y estabiliza el metabolismo de azucares; fibra dietética insoluble que mejora la digestión; antioxidantes únicos (“avenantramidas”) que protegen al organismo de radicales libres; proteínas libres de gluten con elevado valor biológico, que aportan en todos los aminoácidos esenciales, especialmente isoleucina y leucina (importantes en regeneración muscular, coagulación de sangre, cicatrización de heridas y equilibrio de azúcares), valina (esencial en crecimiento y mantención de los tejidos), fenilalanina (esencial en el desarrollo del cuerpo); gran aporte de lípidos ricos en grasas no saturadas y ácidos grasos esenciales como el ácido linoléico (omega-6), que al ser consumido con moderación reduce los triglicéridos en la sangre y la presión arterial; además de carbohidratos de elevado valor energético, entre otros. Estos componentes nutritivos son aprovechados por el ser humano a nivel alimenticio, cosmético y clínico.

En la alimentación, el mayor beneficio se obtiene al consumir granos de avena enteros descascarados (desprovistos de las estructuras florales lemma y palea), ya que el grano conserva un equilibrio natural entre sus diferentes componentes, los que además se encuentran intactos en comparación con alimentos que han sido expuestos a elevadas temperaturas. También, es beneficioso su consumo como cereal de desayuno (quaker), panes, leche de avena, galletas y barras de cereal.  Sin embargo, estas dos últimas preparaciones normalmente contienen elevadas cantidades de azúcares refinadas (glucosa) adicionadas en su fabricación. Por lo cual deben ser consumidas con moderación.

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La avena como alimento se destaca por ejercer un efecto positivo sobre cuatro factores de riesgo claves para las enfermedades cardiovasculares: obesidad, colesterol, diabetes e hipertensión.

Es importante su uso en dietas “gluten free”, especialmente indicadas para enfermos celiacos, niños con síndromes del espectro autista, y otras patologías que presentan anomalías metabólicas. Sin embargo, en estos casos la avena debe ser producida y procesada bajo estrictos cuidados. Estos alimentos, deben ser controlados por organismos acreditados que certifiquen niveles inferiores a 20 ppm de gluten de trigo, cebada o centeno.

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La avena cada día se usa más en cosmética, se producen una serie de cremas, jabones y aguas hidratantes para la piel, cuyos ingredientes activos más importantes incluyen: ácido linoléico, proteínas y avenantramidas de avena, con gran capacidad emoliente y anti-inflamatoria. Estos productos, son especialmente indicados para las pieles sensibles y el tratamiento de dermatitis, ya que permiten restablecer el manto graso natural de la piel.

En medicina, existe una gama de productos elaborados en base a beta-glucanos, los cuales se utilizan como anti-inflamatorios y para combatir los resfriados. Mientras importantes avances se están obteniendo en el estudio de las propiedades anticancerígenas de las avenantramidas.

DESAFÍOS PARA EL MEJORAMIENTO GENÉTICO

Este mejoramiento debe estar centrado en la calidad nutricional del grano. Lo que no significa que se debe descuidar el rendimiento y la adaptación ambiental del cultivo. Así, en su Programa de Mejoramiento Genético, INIA trabaja en mejorar la calidad nutricional del grano de avena, principalmente en proteínas, beta-glucanos y avenantramidas (Figura 1). Esto se hace en conjunto con Alimentos El Globo y el Centro de Genómica Nutricional Agroacuícola (CGNA), con financiamiento INNOVA CORFO. Sucede que hoy día existe mucho marketing en torno a estos compuestos… y en realidad debemos preocuparnos de que los alimentos que consumimos tengan los contenidos y calidad necesarios para producir un efecto significativo en nuestro organismo… Esto también implica que después del procesamiento y almacenaje no se pierdan sus propiedades.

Se utiliza genómica, partiendo por la secuenciación completa del genoma de avena (“Genotyping By Sequencing”), para detectar las variantes genéticas de interés. En el caso de los componentes nutricionales, se trata de varios genes menores o de herencia cuantitativa (“Quantitative Trait Loci” – QTLs) que interactúan con el ambiente (ej. fertilización, precipitaciones, temperatura, entre otros). Esto hace que las estrategias genéticas deben poseer un fuerte apoyo de selección asistida a nivel molecular, por esto se usa la genómica. Actualmente, poseemos una serie de líneas recombinantes (que combinan múltiples genes asociados a calidad nutricional del grano y agronomía) en diversas generaciones en invernadero y campo. Se espera contar con líneas candidatas a variedades en el 2015.

Es importante recalcar que este mejoramiento no implica transgénia.

PLANTA CON MAYOR FIRMEZA Y EQUILIBRIO PARA RESISTIR LA TENDEDURA

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La debilidad de caña, elevada altura y alto potencial de rendimiento (peso de la panícula) hacen que la planta de avena se tienda. Esto ocurre cuando se presentan condiciones ambientales adversas, como vientos, lluvias prolongadas, aplicación de excesivas dosis de nitrógeno, entre otros. La tendedura, compromete drásticamente el rendimiento y calidad de grano, generando daño económico a los productores.  Así, el uso de los reguladores de crecimiento es parte importante del manejo del cultivo.

Como Programa de Mejoramiento Genético, INIA está trabajando en mejorar la resistencia a esta tendedura, a través del uso de genes de enanismo (DW).  Existen ocho genes DW descritos, en su mayoría de naturaleza dominante, sin embargo interactúan con otros genes menores que participan en la regulación de la altura de planta, haciendo más complejo su uso. Los DW producen un acortamiento de los entrenudos de la caña, otorgando una mayor firmeza en la base de la planta y menor altura (Figura 2). Sin embargo, este acortamiento depende del tipo de DW, interacción genética, tanto así, que podría desde reducir el número de entrenudos y variar su largo, incluso dependiendo de la posición del entrenudo.

Por ello, la estrategia genética para reducir la altura y engrosar la caña, no debe estar basada sólo en algún DW, sino debe incluir interacciones de éstos y otros genes. Por ejemplo, el punto negativo de los DW es que acortan drásticamente el pedúnculo (último entrenudo), lo que causa que la panícula no emerja completamente (exerción negativa) (Figura 3). Como esto es negativo a nivel productivo (granos ocultos en la vaina de la hoja, en oscuridad, no hacen fotosíntesis en forma normal, por lo cual se afecta el llenado del grano) debemos considerar la interacciones de los DW con los genes de la exerción de la panícula. Esto es factible de lograr a través de selección asistida, con marcadores caracterizados en su secuencia de ADN y que detectan la mutación específica causante del enanismo.

Gracias a esto, ya se ha logrado un buen avance en firmeza de caña y altura de planta. Con esto, se espera disminuir la tendedura y reducir la huella del carbono del cultivo, a través de una menor producción de caña y menor “input” de productos químicos (reguladores de crecimiento), contribuyendo de esta forma a la competitividad del cultivo.

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LA PROTECCIÓN ECONÓMICA A PRODUCTORES EN LA UNIÓN EUROPEA (UE) ES UN MODELO A SEGUIR EN CHILE 

La mayoría de los agricultores de la UE tienen derecho a recibir pagos directos que apoyen sus ingresos, sin embargo, éstos deben respetar la normativa de protección del medio ambiente, bienestar de los animales y seguridad alimentaria. En nuestro país, los agricultores no tienen defensa contra los bajos precios, los contratos de producción son ambiguos y en algunos casos, no respetados por las empresas.

En nuestro país es necesario realizar un gran trabajo en éste ámbito, es importante entender que si no protegemos nuestra agricultura, el país pasará a ser dependiente de las importaciones, el mercado de los cereales podría desparecer. Lo cual es muy negativo, si se observa las deficiencias productivas por el efecto del cambio climático y el aumento de la población, proyectadas globalmente.

PRODUCIR ALIMENTOS CON SENTIDO 

Cuando hace años se comenzó a hablar del cambio climático, no nos dimos cuenta que esto sería una realidad en el futuro cercano. Ya llevamos varias temporadas agrícolas con problemas climáticos como la sequía, heladas en épocas de floración de los cultivos, precipitaciones y vientos en temporada de secado de granos. Los recursos naturales, se hacen cada vez más escasos, como por ejemplo, los suelos están perdiendo materia orgánica y humedad, se están acidificando y contaminando con metales pesados, la disponibilidad de agua es cada vez menor, entre otros….el equilibrio del sistema se pierde cada día…por eso es importante que hoy tomemos conciencia y participemos en una producción de alimentos limpia, inocua, y enfocada en obtener productos con calidad nutritiva, con “sentido” para nuestra sociedad y el medio ambiente que nos rodea.

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EL CULTIVO DE LA AVENA EN EL ESCENARIO FUTURO 

Las variedades de avena deberán poseer una constitución genética tal que permita enfrentar los desafíos futuros. Así por ejemplo, como gran parte de la sociedad se encuentra en una etapa de transición desde una alimentación basada en azúcares refinadas y grasas saturadas hacia una alimentación sana con alimentos naturales, las demandas por alimentos saludables serán cada vez más exigentes. En avena, se requerirá que las variedades contengan combinaciones de genes que, en interacción con su ambiente, permitan que los granos (para alimentación humana) posean sobre 4-5% de beta-glucanos, sobre 600 ppm de avenantramidas, sobre 12-14% de proteínas. Dado que las exigencias serán elevadas, los nuevos genotipos ya están considerando estos factores en su genética.

Además, dentro de sus genes las plantas deberán poseer aquellos que otorguen una resistencia a la tendedura y al daño ambiental de grano (manchado de grano). Sin embargo, esta mayor defensa de la planta, irá acompañada de un sacrificio en los rendimientos, ya que la planta utilizará una mayor parte de energía en su adaptación al medio ambiente…Por lo que hoy…es necesario preguntarse …¿este elevado rendimiento actual posee valor nutritivo y adaptación al medio ambiente?…¿Que debería valorarse más en el futuro?…