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El técnico Floyd P. Maguire (izquierda) y el genetista Richard Fery examinan la calidad de semilla y vaina de una línea de crianza avanzada del tipo de guisante sureño llamado 'pinkeye'. La línea contiene el rasgo de semilla llamado “doble verde”.

La cultivación de verduras continua al próximo nivel

Por casi 70 años, científicos en el laboratorio conocido hoy en día como el Laboratorio Estadounidense de Vegetales (USVL por sus siglas en inglés) han cambiado la manera en que muchas verduras populares son cultivadas y usadas.

El laboratorio es parte del Servicio de Investigación Agrícola (ARS), la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de Estados Unidos.

Ejemplos recientes de investigaciones importantes en el laboratorio incluyen estudios por los genetistas Mark Farnham y Richard Fery.

Farnam y sus colegas en la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, Maryland, han descubierto que concentraciones en el brécol (Brassica oleracea) de una sustancia llamada glucorafanina, la cual es asociada con la capacidad de esta verdura de inhibir el cáncer—son afectadas más por la genética que por el medio ambiente.

Farnham dice que este hallazgo hace posible la clasificación de la potencial de actividad anticáncer de diferentes variedades de brécol basada en como su glucorafanina anima la actividad de desintoxicación por enzimas en las células mamíferas.

Mientras tanto, por 19 años Fery ha dirigido las investigaciones de USVL sobre el desarrollo de guisantes más verdes. Trabajando con el guisante sureño (Vigna unguiculata)—también conocido como caupí—él y sus colegas usaron un gen llamado 'green cotyledon' (gc) para cultivar variedades que han sido aceptadas ampliamente por el sector de comida congelada.

Ahora, apoyado por una nueva facilidad de ultimo medelo con un costo de 20 millones de dólares, la cual se inauguró en Charleston en 2003, Farnham y Fery están avanzando sus investigaciones a niveles nuevos, mientras otros científicos en USVL persiguen otros hallazgos. Fery dice que con la nueva facilidad, la cual ARS comparte con científicos de la Universidad de Clemson, los investigadores de USVL “ahora tienen todas las herramientas necesarias para continuar sacanado al mercado variedades nuevas y mejoradas para los consumidores”.

El entomólogo Alvin Simmons (primer plano) y el técnico Bradford Peck evalúan germen plasma de sandía para su resistencia contra las moscas blancas, como parte de un proyecto cooperativo para mejorar la resistencia de sandía a las enfermedades y plagas.

Brécol: Investigando en la semilla

Inspirado por colegas en la Universidad Johns Hopkins que descubrieron que la semilla germinada de brécol tiene sobre 10 veces más glucorafanina que la planta en sí, Farnam ha expandido su trabajo para incluir la semilla.

Él nota que la mayoría de semilla de brécol es costosa. “Es una cosecha que primariamente se cultiva para alimentos, no para semillas. Pero esto es un enfoque nuevo. Desarrollamos fuentes baratas de semilla que proveerán niveles altos de glucorafanina. Para lograrlo, cultivaremos un tipo diferente de brécol.

“El enfoque nuevo no significa que no tenemos interés en brécol como un alimento vegetal”, Farnham dice. “Pero buscamos nuevos usos para esta cosecha”.

Recientemente, él y sus colegas produjeron brécol con niveles altos de glucorafanina cruzando tipos de brécol alto en glucorafanina con los que tienen niveles bajos del compuesto. El grupo de Farnham también ha producido e identificado plantas de brécol con niveles altos de glucorafanina que pueden polinizarse exitosamente sin ayuda de insectos.

Actualmente, Farnham trabaja con el sector privado para probar estas líneas que se polinizan por si mismas para la producción de semilla.

Él dice que las investigaciones del USVL sobre la glucorafanina algún día podrían llevar a la extracción del compuesto de brécol para los propósitos farmacéuticos—algo que él dice no sería económico de la planta, pero talvés sería posible de la semilla.

Mientras tanto, Fery desarrolla guisantes “dobles verdes”—los que tienen un color que resulta de combinar dos genes no relacionados.

En un invernadero en el Laboratorio de Vegetales de EE.UU. en Charleston, Carolina del Sur, la investigadora asociada Anna Hale y el genetista Mark Farnham siembran una cosecha de brécol que será trasplantada en un campo y evaluada para el rendimiento de semilla.

Guisantes: Un matiz perfecto de verde

“Con respecto a estos guisantes, el color verde es muy importante”, dice Fery. “Se quiere el matiz exacto de verde—no demasiado oscuro—y la capacidad de mantener ese color”. Específicamente, Fery integra los genes para el color verde en un guisante sureño del tipo 'pinkeye'. “Este guisante es el sostén principal del sector del guisante sureño”, él dice.

Variedades de guisante sureño que se quedan verde cuando secas han atraído interés de los cultivadores de plantas. A procesadores de alimentos congelados les gusta el rasgo de semilla persistentemente verde porque mejora mucho la apariencia de su producto, explica Fery.

Variedades “dobles verdes” tienen el gene gc y un gene llamado 'green testa' (gt). El gene gc fue identificado en 1993 de ser responsable del rasgo de 'green cotyledon' en otro variedad de USVL, el cultivar de guisante sureño 'Bettergreen'. Cuando cosechadas, las semillas secas todavía retienen su color verde fresco. El gene gt, descubierto en 1974 en la Universidad Auburn, causa el color verde en la capa de semilla. Este color persiste en la semilla seca.

Fery dice que él y sus colegas han desarrollado varias líneas de crianza de tipos superiores de 'pinkeye' que contienen el rasgo de semilla “doble verde”. Pero se necesitan muchas investigaciones para evaluar y reproducir la semilla antes de que un cultivo pueda ser lanzado.

Por este razón, USVL ha establecido un acuerdo de investigación cooperativo y desarrollo (CRADA por sus siglas en inglés) con Western Seed Multiplication, Inc., de Wadmalaw Island, Carolina del Sur, para completar el trabajo y traer esta generación nueva de cultivos de guisante al mercado.

Moscas blancas, Bemisia tabaci, se alimentan en una hoja de sandía.

USVL y Western Seed, un productor importante de semilla de caupí para el sector de alimentos procesados, anteriormente colaboraron en desarrollar 'Charleston Greenpack', el cual es el cultivo más importante de guisante sureña siendo empajado por los procesadores de alimentos congelados.

Mediante el CRADA actual, las nuevas líneas de crianza serán evaluadas por su idoneidada para procesamiento comercial, y su resistencia al virus mosaico del 'blackeye cowpea'.

Sandía: El futuro de la sandía

Mirando hacia el futuro, los investigadores de USVL predicen desarrollos importantes para la sandía (Citrullus lanatus).

Por casi una década, el genetista Amnon Levi, la patóloga de plantas Judy Thies, y el entomólogo Alvin Simmons han realizado investigaciones con el propósito de ayudar a las sandías a resistir las plagas del campo, tales como los hongos, insectos y nematodos destructivos.

Específicamente, los tres investigadores se enfocan en los nematodos agalladores (Meloidogyne arenaria, M. incognita, y M. javanica), las moscas blancas, y las arañas rojas.

La patóloga de plantas Judy Thies (primer plano) y la técnica Sharon Buckner estudian los nematodos agalladores que atacan raíces de sandía, reduciendo rendimientos de frutas.

Levi dice que una parte clave de la estrategia de los científicos es la construcción de un mapa genético de los genes de sandía. “Este mapa sería útil en los programas de cultivación porque ayudará a ubicar los genes que le dan a la sandia resistencia a las enfermedades o plagas, tales como los genes que afectan las calidades de fruta tales como el tamaño, la forma, y el color de la fruta, y su contenido de azúcar”.

Un enfoque particular de atención es el papel que parientes silvestres pueden tener en los nuevos cultivos domesticados de sandía. “La sandía en los Estados Unidos tiene una base genética muy limitada”, dice Levi. “Generalmente, esto es debido a la selección continua para la calidad deseada de fruta. Por consiguiente, variedades cultivadas son susceptibles a muchas plagas y enfermedades”.

Por otra parte, él dice, formas silvestres de sandía colectadas a través del mundo resisten varias enfermedades y plagas. “La idea es usar los genes de los tipos silvestres para mejorar la resistencia de sandía cultivada a las plagas”.

Usando muestras de la colección mantenida por la Unidad de la Conservación de Recursos Genéticos de Plantas de ARS en Griffin, Georgia, los investigadores de USVL evaluaron variedades silvestres de sandía e identificaron unas pocas que tienen resistencia a los nematodos específicos y a las otras plagas.

En Charleston, Carolina del Sur, el genetista Amnon Levi (derecha) y las técnicas Laura Pence (izquierda) y Mary Ballzigler (centro) evalúan algunas selecciones de sandía derivadas de cruces entre cultivos tradicionales americanos y accesiones de sandía silvestre.

Thies dice que la reproducción de nematodos agalladores, el daño causado por ellos en las raíces, y los rendimientos reducidos de fruta ocurren menos frecuentemente en estas sandías silvestres comparadas con variedades cultivadas, tales como 'Charleston Gray' y 'Crimson Sweet'.

“Tratamos de incorporar la resistencia contra plagas de las sandías silvestres en las sandías comerciales así que los cultivadores puedan depender menos en los productos químicos para controlar las plagas”, dice Simmons. “El mapa genético nos ayudará a aislar los genes que controlan resistencia a las enfermedades y plagas, y los genes que afectan la producción de flores hembras y la calidad de fruta”.

Estos últimos éxitos aumentan al legado de USVL. Los investigadores han construido este legado trabajando en cooperación con las estaciones experimentales agrícolas estatales, particularmente el Centro Costero de Investigación y Educación de la Universidad Clemson en Charleston. Este legado incluye el desarrollo y lanzamiento de más de 160 variedades de vegetales y líneas de crianza.

En USVL, otras investigaciones actuales del mejoramiento de vegetales involucran el repollo, melón, collard, pepino, vegetales de hojas verdes, pimiento, fríjol verde, patata, y tomate, y problemas de la protección de cosechas tales como el control de malas hierbas y insectos, y el biocontrol de patógenos de plantas.—Por Luis Pons, ARS.

La versión en inglés de "La crianza de verduras se mueve al próximo nivel" ("Vegetable Breeding Steps Up to the Next Level") fue publicada en la revista 'Agricultural Research' de diciembre 2005.