Nombre completo del Proyecto: Desarrollo y valoración de recursos genéticos de Lycopersicon spp. para su utilización en mejoramiento genético de Solanaceas frente a estrés biótico y abiótico. No. del Proyecto: FTG-8071/08 Organismo líder del consorcio de investigación: INIA-Chile Investigador líder del consorcio de investigación: Gerardo Tapia San Martín Organismos co-ejecutores: Institución 1 y país: Proinpa, Bolivia Institución 2 y país: INIA, Perú Institución 3 y país: IBMCP, España Institución 4 y país: CIAT, Colombia Institución 5 y país: Universidad de Chile, Chile Periodo de Ejecución: Año de la Convocatoria: 2008 Fecha inicio del proyecto: 14/12/2010 Fecha terminación del proyecto: 30/3/2014 2. Resumen Ejecutivo El tomate es una de las hortalizas de mayor difusión a nivel mundial. Sudamérica constituye el principal centro de origen del tomate cultivado y de diversas especies silvestres. A partir de ellos se ha obtenido diversas características que han sido transferidas a variedades de tomate cultivado. El germoplasma de tomates silvestres ha sido en general poco aprovechado por los países que concentran su centro de origen, entre ellos, Perú, Bolivia y Chile. A su vez, diferentes problemas asociados al cultivo no han sido adecuadamente resueltos, tales como enfermedades y estreses abióticos, los cuales provocan serias reducciones en los rendimientos de este cultivo. Por tal razón, este proyecto ha tenido por objeto generar colecciones de germoplasma de tomates silvestres adecuadamente caracterizadas considerando los principales problemas que aqueja la agricultura y que pretenden hacer frente al cambio climático en Bolivia, Perú y Chile. Específicamente este proyecto tenía por objeto generar una plataforma de conocimientos en aspectos relacionados con estrés biótico y abiótico entre los que se cuentan tolerancia a altas temperaturas, sequía, resistencia a patógenos como hongos, bacterias y virus. Estos estudios de caracterización se realizaron sobre colecciones de germoplasma generadas durante el desarrollo de este proyecto y se sumó a estudios de diversidad genética y de transcriptómica. En este proyecto se consideraron distintos tipos de caracterización de colecciones de germoplasma, entre ellas agronómicas, fisiológicas, bioquímicas y moleculares. Dentro de los resultados mas relevantes se cuenta con la generación de tres colecciones de germoplasma (en Perú, Chile y Bolivia) que sumaron en total un número de 362 accesiones. Estas estuvieron constituidas por las especies Solanum lycopersicum var. Cerasiforme, S. peruvianum, S. chilense, S. sitiens, S. chimileweski, S. pennellii, entre otras. En los tres países se desarrollaron actividades de caracterización las cuales sumaron un número total de 143 caracterizadas en función de tolerancia a sequía, 54 caracterizadas en función de tolerancia a temperaturas altas, de acuerdo a resistencia a diversas enfermedades. Así mismo se realizó análisis genéticos mediante el uso de marcadores microsatélites en las colecciones Bolivianas con el fin de determinar su grado de diversidad genética. Como parte del estudio de las colecciones de germoplasma se analizó y estudió la diversidad existente en el gen codificante para un receptor de Acido abscísico (ABA), así como también su rol en inducir una respuesta (mediada por ABA) en levaduras. Se realizó un análisis transcriptómico sobre dos genotipos de Solanum peruvianum con características contrastantes de tolerancia a estrés hídrico, obteniendo un número de 180 genes expresados diferencialmente entre ambos genotipos. El uso de la información generada en este proyecto tiene un uso potencial en el desarrollo de nuevas variedades de tomate con cualidades de resistencia mejorada a enfermedades, pero también con tolerancia a estreses abióticos, entre ellos sequía, salinidad y temperaturas elevadas. Así mismo, nuestros resultados se constituyen en la base para el establecimiento de programas de mejoramiento genético que puedan hacer uso de la variabilidad genética existente en las especies silvestres, proponiendo novedosas variaciones inexistentes en el mercado actual, el cual, se basa por lo general en un estrecho acervo genético 3. Fin del proyecto Este proyecto tiene por finalidad fundar las bases para el desarrollo de una plataforma de tecnologías, promover la utilización de recursos genéticos y generar productos en especies de la familia Solanaceae y en especial del tomate, que permitan contrarrestar los efectos del cambio climático en la agricultura y economía de los países latinoamericanos. 4. Propósito Desarrollar herramientas y conocimientos apropiables en aspectos de premejoramiento en los países latinoamericanos miembros del consorcio, como base para su utilización en programas dirigidos a la obtención de variedades comerciales de tomate con características de tolerancia a estrés abiótico y resistencia a patógenos para hacer frente al escenario del cambio climático. 5. Componentes a) Generar colecciones de germoplasma de las especies silvestres de S. chilense, S. peruvianum, S. pimpinellifolium, S. lycopersicum var. cerasiforme, entre otras. b) Caracterizar las colecciones de germoplasma considerando aspectos morfológicos, agronómicos, fisiológicos, moleculares y económicos, relacionados con su tolerancia a estrés hídrico, alta temperatura e infección por patógenos. c) Generar un banco de genes candidatos asociados a la tolerancia a estrés hídrico para su uso como marcadores en la selección de materiales tolerantes en programas de mejoramiento genético. d) Desarrollar un modelo predictivo que describa el efecto del cambio climático en el cultivo del tomate en Bolivia, Perú y Chile, considerando las modificaciones y nuevos escenarios que se presentaran. e) Difundir los efectos del cambio climático sobre el cultivo del tomate así como el uso de los recursos genéticos silvestres en beneficio de la agricultura y el desarrollo de productos agropecuarios que contrarresten sus efectos. 6. Metodología. 6.1. Identificacion de vacios de Germoplasma. Con el fin de evaluar el estado de conservación ex situ de los parientes silvestres de tomate e identificar los taxones que requieren ser conservados para así asegurar su disponibilidad en bancos de germoplasma, se utilizó la metodología de identificación de vacíos en colecciones de germoplasma descrita por Ramírez-Villegas et al. (2010) para todos los parientes de esta especie cultivada. Esta metodología, basada en Sistemas de Información Geográfica (SIG) utiliza tres parámetros para evaluar las necesidades de conservación: taxonomía, calculado como “Sampling Representativeness Score” (SRS); geografía, calculado como “Geographic Coverage Assessment” (GRS); y ambiente, calculado como “Environmental Representativeness Score” (ERS). Cada uno de estos parámetros es evaluado con el fin de obtener un valor numérico que represente el estado de conservación del taxón y en base a estos se calcula una calificación final, equivalente al promedio de los tres parámetros mencionados, permitiendo así priorizar la urgencia de conservación para cada taxón. 6.2. Colectas de germoplasma en Bolivia. 6.2.1. Recopilación de datos geográficos. Se recopilaron datos pasaporte de germoplasma de especies silvestres de tomate reportadas en Bolivia (y Sudamérica) de centros nacionales e internacionales de investigación y conservación de recursos fitogenéticos, y de herbarios internacionales, las cuales se detallan a continuación: TomatoGeneticResources Center (TGRC), California, EEUU (http://tgrc.ucdavis.edu/) New York Botanical Garden (NYBG), EEUU (www.nybg.org) Global Bioversity Information Facility (GBIF) (www.gbif.org) Se consultó además la monografía de Peralta et al. (2008) sobre taxonomía de tomate silvestre y los informes de colecta de especies silvestres de papa elaborados por PROINPA en el marco de un proyecto global de conservación de parientes silvestres (UNEP/GEF – CPS) ejecutado entre los años 2006 y 2009. 6.2.2. Planificación de rutas de colecta en Bolivia. En base a los mapas elaborados, siguiendo la metodología de Jarviset al. (2005), se identificaron aleatoriamente puntos accesibles en áreas con alta y baja probabilidad de presencia de especies identificadas por los modelos BioClim y MaxEnt. 6.3. Regeneración de colecciones. La regeneración de colecciones fue dependiente de la especie. En el caso de especies alogamas autoincompatibles, la regeneración se realizó en cuartos de invernadero aislados para impedir el ingreso de vectores de polinzación. En el caso de especies de autopolinización la regeneración se realizó al aire libre o en invernaderos adecuadamente acondicionados. En todos los casos se utilizó un mínimo de 20 plantas por accesión. 6.3.1. Crecimiento y desarrollo. Se efectuaron controles de la sanidad vegetal a través de aplicaciones de insecticidas y fungicidas para el control de insectos y enfermedades. En la etapa de floración para las accesiones silvestres se realizaron polinizaciones manuales, estimulando así la formación de frutos. 6.3.2. Cosecha, procesamiento y conservación de la semilla. El procesamiento de los frutos se realizó inmediatamente después de la cosecha. Este consistió en la extracción de la pulpa junto con las semillas en recipientes de plástico, los cuales se maceran por 48 horas para lograr la desintegración del mucilago que recubre las semillas. Posteriormente se realiza un lavado de la semilla con agua de grifo, para la eliminación de los restos de pulpa. El secado de la semilla se realiza en un cuarto a 25ºC, posteriormente se lleva a desecador con Silica