Biotecnología y recursos genéticos en la adaptación de la agricultura al cambio

climático

Pedro J. Rocha S., Ph.D. Coordinador

Área de Biotecnología y Bioseguridad (AB&B) Programa de Innovación para la Productividad y la Competitividad (PIPC)

CEPAL, Chile, 28 de septiembre de 2012 1

Cambio Climático Global

http://www.elcolombiano.com

http://www.indaga.net/noticiascomunitat/images/incendios-forestales-comunitat.jpg

http://www. robertocarballo.com

Impactos del Cambio Climático sobre los Recursos

Naturales

•Sobre las fuentes de agua dulce y mares

– Las inundaciones más frecuentes y devastadoras.

– Las sequías serán extremas (mayor duración).

– Aumento del nivel del mar de hasta 4-6 m.

– Contaminación de acuíferos de agua dulce y manglares.

•Sobre el aire

– Cambios en los patrones de precipitación.

– Eventos climáticos extremos (huracanes, tormentas, ciclos de Niño y Niña más

frecuentes e intensos).

– Aumento de GEI

•Sobre el suelo

– Aridificación y pérdidas de grandes áreas de suelo

•Sobre la biodiversidad

•Sobre Recursos Financieros y Económicos

– Reconstrucción y reparación de infraestructura

•Sobre la sociedad

– Problemas sociales: Migraciones a gran escala

– Problemas de salud pública: (infecciosas, desnutrición, ceguera, etc.)

•Sobre la Seguridad Nacional

– Desplazamientos humanos tanto nacionales como internacionales

http://www. robertocarballo.com

http://www.adn.es/clipping/ADNIMA20081214_2701/4.jpg

http://audioblogs.cienradios.com.ar/mirol/archives/Pobreza.jpg

Impactos del cambio climático sobre la

agricultura

•Disminución de áreas para cultivo.

– Crecientes, inundaciones, avalanchas.

– Sequías, aridificación, erosión del suelo.

•Cambios inesperados en los períodos de siembra y

cosecha.

•Efecto sobre la fisiología de los cultivos.

– Incremento de fase vegetativa.

– Crecimiento rápido de malezas.

•Alteraciones en dinámica de plagas y enfermedades.

• Incremento de costos de labores.

– Adecuación de tierras, sistemas de riego y drenaje.

– Fertilización.

– Control de malezas, plagas y enfermedades.

•Cambios en la productividad.

– Agricultura protegida (Caribe).

– Eventuales incrementos en algunas especies.

– Disminución en cultivos exigentes en agua y temperatura.

•Des-incentiva la inversión y el trabajo en el campo.

– Dificultad en la consecución de créditos a pequeños agricultores.

• Más costoso y mayor riesgo.

http://fundacion-magdalena.gov.co

http://www.fedepalma.org

http://www.elhogarnatural.com http://www.engormix.com

Impactos de la agricultura sobre el cambio

climático

•La agricultura intensiva actual contribuye al cambio climático:

- Responsable del 26% de las emisiones del CO2 del mundo

- Responsable del 80% de la emisión de óxido nitroso debido a la

utilización de fertilizantes nitrogenados.

- Responsable del cambio de la vocación “natural” del suelo

(bosques, selvas, praderas, etc.).

- Fomenta la deforestación (Indonesia, Brasil)

– Uso del fuego como práctica en algunas regiones.

– Impacto del monocultivo sobre la biodiversidad (soya, maíz, etc.).

http://viaorganica.org/medio-ambiente/recomienda-cepal-examinar-nexos-entre-agricultura-y-cambio-climatico/

http://www.momarandu.com/amanoticias.php?a=7&b=0&c=113513 5

“En los próximos 50 años necesitaremos producir una cantidad de alimentos equivalente a la que ha sido consumida en toda la historia de la humanidad” Megan Clark, CSIRO - Australia

Impactos Ganadería y Cambio Climático (CC)

Impactos de: La ganadería sobre el CC El CC sobre la ganadería

Responsable de deforestación, compactación y erosión de suelos

Disminución de áreas de pastoreo - Disminución de productividad

Alteración de disponibilidad y calidad del agua.

- Contaminación por excretas y residuos de sacrificio

Disminución de fuentes de agua - Efecto sobre producción de leche - Mortandad de crías

Emisión de GEI* (CH4, CO2) - Uso del fuego como práctica cultural - 37% de las emisiones del metano

Estrés fisiológico - Cambios en comportamiento

Disminución de la biodiversidad Presencia de enfermedades

• Por cada kilo de alimentación, cada vaca emite entre 15 y 25 g (dependiendo del tipo de alimentación).

• Las emisiones de CH4 de la vacas dependen de la composición de la grasa de la leche.

Ciencia, Tecnología, Innovación, Desarrollo & Institucionalidad

Naturaleza Recursos tangibles

Necesidades

Recurso Intangible

(Conocimiento)

Investigación Básica

Ciencia

Conocimiento tradicional

Tecnología

Industrias y Mercados

Innovación

Desarrollo Impactos

Económico Social

Ambiental

Investigación Aplicada

Rocha, 2009

Institucionalidad

7

Cambio Climático – Agricultura - Tecnologías

Efectos del CC Consecuencias sobre el

cultivo Medidas de CT&I para mitigación y adaptación –

Precisión, Eficacia, Oportunidad

Disminución de áreas de cultivo (por inundaciones, sequías, vivienda, etc.)

- Incremento en costos (insumo tierra)

Incremento en densidades de siembra

Ingen

ierías: Agro

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ivil, Mecán

ica, Electrón

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Bio

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ica, Bio

info

rmática, Tran

sgénesis

Generación de materiales “compactos”

Adecuación de tierras

- Incremento de costos (insumos, mano de obra).

Mecanización eficiente

- Posible aumento de emisiones GEI

Uso de métodos de adecuación eficientes

Disponibilidad de agua dulce

- Incremento en costos (insumo agua, mano de obra) - Conflicto por uso de agua

Generación de materiales tolerantes a sequía

Uso eficiente del agua (evaluación de sistemas de riego)

Planes de conservación de cuencas hídricas

Desalinización de agua marina

(Rocha, 2009)

8

NRA: Cambio Climático – Agricultura -

Tecnologías

Efectos del CC Consecuencias sobre el cultivo Medidas de CT&I para mitigación y adaptación – Precisión,

Eficacia, Oportunidad

Alteración de condiciones medioambientales: humedad, luz (calidad y cantidad), precipitación, vientos, temperatura.

- Aumento de costos de producción (insumos, semillas, mano de obra)

Implementación eficiente de Tecnificación

Inge

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cánica, Electró

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Ge

nó

mica, B

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form

ática, Transgén

esis

- Alteraciones fisiológicas (floración, polinización, crecimiento vegetativo, fructificación, contenido y calidad de metabolitos)

Conocimiento riguroso de materiales

Generación de nuevos materiales (mayor eficiencia fotosintética)

Uso de agricultura de precisión y SIG

- Pérdidas de biodiversidad Establecimiento de bancos de germoplasma

- Aumento de plagas y enfermedades conocidas y aparición de nuevas

Generación de materiales tolerantes o resistentes

Desarrollo de sistemas eficientes de diagnóstico

Alteración de la calidad del aire (contenido de CH4 y CO2)

- Implementación obligatoria de políticas de cero quemas.

Desarrollo de sistemas eficientes de preparación de áreas, control de enfermedades, erradicación, etc.

- Revaluación de sistemas animales en labores de siembra y cosecha.

Desarrollo de sistemas mecanizados de cosecha

(Rocha, 2009)

9

Biotecnología

“Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos” (CDB, 1992).

Otras disciplinas:

Biotecnología: mucho más que transgénesis

IICA no está a favor o en contra de una tecnología particular

Bioseguridad: Expresión de la soberanía de los países frente a la biotecnología (transgénica)

Biotecnología: complemento y fundamento de las diversas formas de agricultura

Cultivo in vitro

Hibridación

Fermentación

“Ómicas”: Genómica, Proteómica, Metabolómica

Marcadores moleculares

Radio-actividad

Transgénesis

Bio-reactor

Bio-informática

Conocimiento científicamente validado y tecnologías disponibles

Ciencias biológicas: Biología celular

y molecular

Ingenierías Derecho Economía

Genética Bioquímica Fisiología vegetal

Microbiología

Estadística Informática

Sistemas productivos sostenibles (social, económico, ambiental)

Elección del agricultor Implementación de políticas Decisión política

Comunicación

Aceptación No

Aceptación

Tecnologías limpias

Tecnología transgénica

Tecnología nuclear

Tecnologías convencionales

Base científica y técnica

Innovación tecnológica

Postulados IICA

Interacción institucional

Propósito

Rocha, 2011. ComunIICA 8(Enero-Julio):23-31

convencional orgánica

limpia

Basada en conocimiento tradicional

transgénica

Ecología

11

Cultivo in vitro

Clonación / Micro-

propagación

Crioconservación

Generación de haploides

Inducción de variación somaclonal

Radioisótopos y Radiación

Inducción de mutaciones

Marcadores Moleculares

Hibridación -Fitomejoramiento-

Bioreactores

Regeneración

Transgénesis

Fermentación

Limpieza biológica

Tipo I: isoenzimas, RFLP, Tipo II: Basados en PCR (RAPD,

AFLP, SSR)

Tipo III. Basados en secuenciación (SNP, SSCP)

“Ómicas” Genómica

Proteómica

Transcriptómica

Metabolómica

Control biológico

Biofertilización (compost)

Biocombustibles

Bioinformática

Biocontrol (productos naturales)

Técnica de insecto Estéril

(Biotecnología )

12

Área Global de Cultivos Transgénicos en 2011 Á

rea

(Mill

on

es d

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a)

Basado en: James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43.

13

Estado Cultivos Orgánicos 1985-2010

Fuente: Willer, H.; Kilcher, L (Eds.), 2012. The World of Organic Agriculture - Statistics and Emerging Trends 2012. Research Institute of Organic Agriculture (FiBL), Frick, and International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM), Bonn

14

• Costo estimado de descubrimiento, desarrollo y autorización de un nuevo evento: 136 M USD y 13,1 años. (McDougall, 2011) -– Y el de un agroquímico 256 M USD y 9,8 años (McDougall, 2010) -

• Costo reportado para evento en Brasil: 3,5 M USD y 10 años. (Fuente: Francisco Aragao, Embrapa).

Estado Agricultura Transgénica en 2011

160

13,2

0,136 0,0035 0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

Mill

ard

os

USD

Basado en: - James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43. - McDougall, P. 2011. The cost and times involved in the discovery, development and authorisation of a new plant biotechnology derived trait. A consultancy study for Crop Life International.

136

3,5

0

20

40

60

80

100

120

140

GM-Priv GM-BRA

Mill

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USD

15

Avances en Bioseguridad para ALC

16

Empresa

CTNBio

Formularios Documentación

Pagos

Conceptos

Evaluaciones Análisis de riesgo

Expertos Expedientes

Ministro

Resolución de aprobación

SI

Investigación

Implementación

Técnico (Biológico y Ambiental)

Económico

BIO- SEGURIDAD

Político (Social,

Ambiental)

Biodiversidad: Objetos de estudio de la

biotecnología

Ecosistemas

Organismos y Poblaciones

Órganos y Tejidos

Genes

Proteínas

Metabolitos

Recurso Biológico:

• “Individuos, organismos o partes de estos, poblaciones o cualquier componente biótico de valor o utilidad real o potencial que contiene el recurso genético o sus productos derivados” (CDB, 1992)

Recurso Genético:

• “Todo material de naturaleza biológica que contenga información genética de valor o de utilidad real o potencial”. (CDB, 1992)

• Incluye recursos fito- y zoo-genéticos y microorganismos.

BIODIVERSIDAD

Rocha, 2009 17

Biodiversidad

• Representa un potencial para el desarrollo de nuevos productos y servicios de interés comercial e industrial.

• El aprovechamiento de este potencial depende del conocimiento acelerado de la biodiversidad y de la capacidad de transformar dichos elementos y el conocimiento en productos.

- El hemisferio americano tiene 7 de los 17 países megabiodiversos del planeta.

Bioprospección

• Exploración sistemática y sostenible de la biodiversidad para identificar y obtener recursos genéticos y bioquímicos que tienen el potencial de ser aprovechados comercialmente.

• Hay que pasar de los almacenes de granos y tubérculos a los de genes y metabolitos.

Rocha, 2009 18

Biotecnología y recursos genéticos para la mitigación y

adaptación de la agricultura al cambio climático

19

Apoyo a programas de fitomejoramiento

• Identificación y conocimiento de genes, proteínas y metabolitos.

• Conservación de germoplasma y bancos de genes.

• Uso de genes.

• Selección y multiplicación de materiales promisorios.

• Resultados esperados:

– Materiales tolerantes a sequía, a la salinidad, con mayor eficiencia fotosintética, con nuevas características (agronómicas, organolépticas, farmacéuticas, etc.)

Sistemas de diagnóstico

• Detección de plagas y enfermedades (virales, causadas por fitoplasmas, etc.)

• En tiempo real y sin síntomas evidentes.

• Producción de “vacunas” en plantas.

• Materiales GM resistentes a virus (Virus del mosaico dorado en fríjol -Embrapa, 2011).

Generación de nuevos materiales

• Biocombustibles de algas y demás microorganismos.

Nanobiotecnología

• Biosensores.

• Sistemas de entrega de biocidas, nutrientes, etc.

• El cambio climático global es una realidad.

• Se deben implementar acciones de mitigación y adaptación que involucren a los recursos genéticos existentes y a la biotecnología.

• La tecnología y la innovación son importantes pero no exclusivas para tales propósitos. Es indispensable incluir a la institucionalidad.

• La biotecnología es un vehículo para el aprovechamiento sostenible de la biodiversidad y una manera de enfrentar las consecuencias del cambio climático. – La biotecnología no es solo transgénesis, es una “caja de herramientas (técnicas)

poderosas”: Cultivo de tejidos, bio-reactores, marcadores moleculares, “ómicas”, bioinformática, transgénesis, control biológico, etc.

Comentarios Finales

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• Para adaptar la agricultura al cambio climático, los recursos genéticos deben salir de su entorno natural, pasar por los centros experimentales (investigación) y llegar a la empresa y a los consumidores (innovación).

• Promover la inversión en la creación de empresas y en el desarrollo de productos y servicios de base biotecnológica a partir de la biodiversidad.

• Desarrollar medidas y mecanismos institucionales que faciliten la interacción de los diferentes agentes que intervienen en el desarrollo proyectos y negocios biotecnológicos.

Comentarios Finales

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Contactos

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IICA Sede Central http://www.iica.int

PIPC Arturo Barrera, M.Sc.

E-mail: Arturo.Barrera@iica.int

AB&B Pedro Rocha, Ph.D.

E-mail: Pedro.Rocha@iica.int