Experiencias de la biofortificaciónde la papa en el Perú

M. Bonierbale, G. Burgos, W. Amoros, E. Salas

Taller de BiofortificaciónLima-Perú 2010

Biofortificación

- Proceso por el cual a través del mejoramiento se obtienen variedades de un cultivo con mayor valor nutricional.

- Es una estrategia complementaria

- Nutrientes objetivo: Primarios: Hierro y zincSecundarios: Promotores (vit C, carotenoides) & inhibidores (fitatos, polifenoles) de la absorción de micronutrientes.

Ingesta del cultivo (g/ día)

Incremento deseado del nutriente

Concentración del nutriente después

de la cocción, almacenamiento y

procesamiento.

Biodisponibilidad del nutriente

Concentración del nutriente objetivo en el

cultivo

Consideraciones para orientar la Biofortificación

I. Línea de baseContribución de la papa en la dieta de niños y sus madres en comunidades rurales de Huancavelica

II. Evaluación de Germoplasma* Evaluación de micronutrientes en el tubérculo crudo.* Efecto de la cocción en la concentración de micronutrientes* Biodisponibilidad

III. Fitomejoramiento para incrementar el valor nutricional

ExperienciasCIP – HarvestPlus-Papa

◙◙◙

◙ ◙◙

AllatoPongos

Libertadores

Dos de Mayo

Pucara

Pucara

Estudio de consumo

% de Niños <5 años con Desnutricion crónica

HuancavelicaPerú

13

30

40

18

> - 1.00

-1.00 a -1.99

-2.00 a 2.99

< = -3.00

Perc

ent

= - 1.00 to - 1.99

= - 2.00 to - 2.99< - 3.00

> - 1.00

Z-score (talla para edad, retraso de crecimiento)

Categorias de niños (6-35 meses)

2003

Ingesta y composición de variedades locales

• Pesado directo• 6 comunidades• 76 familias• 2 períodos

Ingesta

• 18 variedades • Cocción• Almacenamiento• Procesamiento tradicional

Composición de nutrientes

44

37

32

27

34

35

40

40

4

6

2

1

4

3

5

4

9

12

10

15

1

1

5

3

2

6

2

6

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

MujeresNiños

MujeresNiños

Abu

ndan

cia

Esc

asez

Papa Cereales Otros tubérculos y raícesLegumbres Verduras FrutasAzucares y grasas Carnes HuevosOtros Other

Contribución de la Papa y de Otros Alimentos a la Ingesta total de Energía

22

19

13

11

52

55

58

7

8

2

1

7

4

9

8

5

6

8

5

0

1

1

3

2

4

2

5

1

1

7

6

53

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

MujeresNiños

MujeresNiños

Abu

ndan

cia

Esc

asez

Papa Cereales Otros tubérculos y raícesLegumbres Verduras FrutasAzúcares y grasas Carnes HuevosLacteos Otros

Contribución de la Papa y de Otros Alimentos a la Ingesta total de Hierro

30

31

97

57

48

36

93

49

56

21

84

93

44

23

74

83

0 20 40 60 80 100 120

Energía

Proteína

Hierro

Zinc

Niños EscasezNiños AbundanciaMujeres EscasezMujeres Abundancia

Porcentajes de Mujeres y Niños con Deficiencias en Zn, Fe, Proteína y Energía

(Ingesta < 75% de las Recomendaciones)

100

n

626, 67%

315, 33%

Mejorada

Nativa IB1C5 (72)B3C1 (42)B3C2 (28)LB-A (3)LTVR (81)LTVR-LB (30)Prebreeding (5)TPs parents (6)Local cltvrs (10)World cltvrs (32)

Mejorada

II. Evaluación de la concentración de micronutrientes en el germoplasma de papa

2004-2008

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8N

ativ

es(n

=286

)

Impr

oved

(n=3

15)

Fe (m

g/10

0g F

W)

0.28

0.75

0.23

0.64

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Nat

ives

(n=2

86)

Impr

oved

(n=3

15)

Zn (m

g/10

0g F

W)

0.20

0.58

0.13

0.84

0

10

20

30

40

Nat

ives

(n=6

26)

Impr

oved

(n=3

15)

Vit C

(mg/

100g

FW

)

4.2

33.2

4.2

33.2

Hierro Zinc Vitamina C

Rangos de la concentración de micronutrientes en el germoplasma

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

B1C5

(n=7

2)

B3C1

(n=4

2)

B3C2

(n=2

8)

LB-A

(n=3

)

LTVR

(n=8

1)

LTVR

-LB

(n=3

0)

Preb

reed

ing

(n=5

)

TPS

pare

nts

(n=6

)

Loca

l cltv

r (n=

10)

Wor

ld c

ltvr (

n=32

)

Fe (m

g/10

0g F

W)

0.24

0.300.27

0.39

0.23

0.28 0.280.29

0.330.29

0.450.47

0.43

0.36

0.64

0.58

0.480.50

0.470.49

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

B1C5

(n=7

2)

B3C1

(n=4

2)

B3C2

(n=2

8)

LB-A

(n=3

)

LTVR

(n=8

1)

LTVR

-LB

(n=3

0)

Preb

reed

ing

(n=5

)

TPS

pare

nts

(n=6

)

Loca

l cltv

r (n=

10)

Wor

ld c

ltvr (

n=32

)

Zn (m

g/10

0g F

W)

0.180.23 0.21

0.34

0.18 0.14

0.28

0.39

0.230.29

0.52

0.44

0.62

0.51

0.65

0.84

0.67

0.34

0.54

0.39

0

5

10

15

20

25

30

35

B1C

5 (n

=72)

B3C

1 (n

=42)

B3C

2 (n

=28)

LB-A

(n=3

)

LTVR

(n=8

1)

LTV

R-LB

(n=3

0)

Preb

reed

ing

(n=5

)

TPS

pare

nts

(n=6

)

Loca

l cltv

r (n=

10)

Wor

ld c

ltvr (

n=32

)

Vit C

(mg/

100g

FW

)

6.6

8.79.6

13.4

8.1

4.2

14.2

17.7

10.8

16.4

33.2

23.3

29.6

22.2

19.5

28.8

23.7

28.8

24.723.8

Rangos de micronumtrientes en poblaciones distintas de papa mejorada

Hierro Zinc Vitamina C

Cultivares selectos proporcionan casi 4 veces mas hierro que las variedades con bajos niveles

(8.6 mg k-1 fw) 6.881.72

Mayor concentración de hierro

(2.1 mg kg-1 fw) 1.920.48

Menor concentración de hierro

MujeresNiños

Ingesta de hierro de papa (mg/d)

Cultivar

Incremento 3.6 3.6

Nutriente No.genotipos Tipo Rango (*)

8 Mejorado 22 - 2723 Nativo 22 - 30

12 Mejorado 22 - 3110 Nativo 22 - 25

12 Mejorado 100 - 13812 Nativo 98 - 148

Fe

Zn

Vit C

(*)Unidades: Para Fe y Zn mg/kg BS, para Vit C: mg/100g BS

Resumen de clones “Top” con altos niveles de micronutrientes

Efecto del ambiente y de la interacción G x A en la concentración de micronutrientes

A

5

1 0

1 5

2 0

2 5

3 0

3 5

4 0

In y a y a A y m a r a

iron

(mg

kg-1

DW

)

7 0 3 2 7 4

7 0 2 4 5 3

7 0 3 2 6 5

7 0 2 8 1 5

7 0 0 2 3 4

7 0 3 9 8 5

7 0 4 0 2 2

7 0 3 1 6 8

7 0 2 4 6 4

7 0 0 7 8 7

7 0 5 5 4 3

7 0 5 2 8 0

B

0

3

6

9

1 2

1 5

1 8

2 1

2 4

In y a y a A y m a r a

zinc

(mg

kg-1

DW

)

7 0 1 1 6 5

7 0 2 8 1 5

7 0 3 9 8 5

7 0 3 2 6 5

7 0 4 0 2 2

7 0 5 0 0 9

7 0 0 7 8 7

7 0 6 1 9 1

7 0 1 2 7 3

7 0 3 2 6 8

7 0 4 1 4 3

7 0 3 8 9 9

A

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

0 1 0 2 0 3 0 4 0

Ir o n ( m g k - 1 d w )

Frec

uenc

y

I n y a y a

A y m a r a

B

0

5

1 0

1 5

2 0

2 5

0 5 1 0 1 5 2 0 2 5

Z in c ( m g k - 1 d w )

Frec

uenc

y

I n y a y a

A y m a r a

Fe ZnF

requ

ency

Fre

quen

cy

40

35

30

25

20

16

10

5

mg/

kgD

W

24

21

18

15

12

9

6

3

0

mg/

kgD

W

0 10 20 30 40 0 5 10 15 20 25mg/kg DW mg/kg DW

Inyaya InyayaAymara Aymara

Inyaya

AymaraInyaya

Aymara

Journal of the Science of Food and Agriculture. 87 (4): 668-675

Journal Sci Food & Agr. 2007: 87 (4): 668-675

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Crudo Cocción Horno Micro ondas

Vita

C m

g/10

0 g

base

sec

a

group

mg

Vit

C /

100

g b

ase

seca

StnPhuGonChaAdg

160

140

120

100

807260

40

20

Rangos de concentración de vitamina C (mg/100 g, base seca) en papas Nativas (n=277)

75 % retencióncon cocción

Cromatograma de una variedad con alto contenido de carotenoides totales

Cromatograma de una variedad con alto contenido de ß-caroteno

Perfil de carotenoides

AU

0.00

0.05

0.10

Minutes0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00

ZeaxantinaZeaxantinaAnteraxantinaAnteraxantina

703566AU

0.000

0.010

0.020

Minutes0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00 55.00 60.00

ßß--carotenocarotenoLuteinaLuteinaViolaxantinaViolaxantina

705800

Concentraciones de carotenoides totales e individuales en las papas Phureja

(3 grupos formados por análisis de cluster en resultados de 23 accesiones analizadas por HPLC)

Grupo 1703566

704218

705797

Grupo 2703291 706781 703308

Grupo 3705800

705806

706822

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 30

200400600800

1000120014001600

Group 1 Group 2 Group 3

TC, A

nt, V

io, L

ut, Z

ea (u

g/10

0g b

f)

0

5

10

15

20

25

30

BC (

ug/1

00g

bf)

range TC Ant Vio Lut Zea BC

26.7

11.3

5.4 9.4

rango

Journal of Food Composition and Analysis: doi:10.1016/j.jfca.2008.08.008

0102030405060

NP-01-09

NP-01.02

NP-07-03

NP-03-05

NP-03-01

NP-03-02

NP-03-03

NP-08-02

NP-09-05Cac

o 2

cell F

errit

in fo

rmat

ion

(ng

ferr

itin /

g pr

otei

n)

Biodisponibilidad de Fe en papas nativas(ensayo in vitro con células Caco-2)

Form

ació

n de

ferri

tina

(n

gfe

rriti

na/ p

rote

ina)

BlankFeCl3

FeSO4

FeCl3 + A ANP-01

.09

NP-01.09

+ FeC

l3

NP-01.09

+ FeS

O4NP-09

.05

NP-09.05

+ FeC

l3

NP-09.05

+ FeS

O4NP-08

.02

NP-08.02

+ FeC

l3

NP-08.02

+ FeS

O4025

50

75

100

125

150

175

200

225

ngfe

rriti

n/m

g pr

otei

n

La papa mejora la La papa mejora la biodisponibildadbiodisponibildadde hierro de fuentes de hierro de fuentes extrextríínsicasnsicas

Incrementar los niveles y disponibilidad de micronutrientes en la papa

III. Mejoramiento para elevar los niveles y biodisponibilidad de micronutrientes en la papa

Objetivo de Mejoramiento Nutricional (OMN)Cantidad de hierro que debería tener la papa

para tener un impacto biológico medible

Cantidad de papa

consumida

Cantidad de hierro a aumentar según biodisponibilidad del hierro de la dieta

OMN

800 g /día

10 % de biod Fe

OMN: La papa debería aumentar su contenido de hierro hasta 38 mg / K para

tener impacto biologico

4 mg / d

Papas NativasSelectas

PoblaciPoblacióón de base para n de base para caractercaracteríísticas nutricionales, de sticas nutricionales, de resistencia y calidad culinariaresistencia y calidad culinaria

x

*

Clones y ParentalesMejorados

303832

303826

303841

703421Stn

702815Stn

703291Phu

703825Gon

704393Gon

X

Grupo I

703168Gon

703831Gon

703352Gon

701165Phu

703825Gon

X

Grupo II

303842

303845

303846

303828

303835

Stocks Para Estudios Genéticos

Midparent_Ascorbic acid (mg/100g,FW)

offs

prin

g_A

scor

bic

acid

(m

g/10

0g,F

W)

19181716151413121110

22

20

18

16

14

12

10

S 1.63281R-Sq 53.2%R-Sq(adj) 46.6%

Regression95% CI

Y = 4.77 + 0.70 X

Midparent_Fe (mg/100g,FW)

Off

spri

ng_F

e (

mg/

100g

,FW

)

0.440.430.420.410.400.390.380.37

0.54

0.52

0.50

0.48

0.46

0.44

0.42

0.40S 0.0298906R-Sq 33.9%R-Sq(adj) 25.6%

Regression95% CI

Y = 0.18 + 0.70 X

Midparent_Zn (mg/100g,FW)

Off

spri

ng_Z

n (m

g/10

0g,F

W)

0.4000.3750.3500.3250.3000.2750.250

0.36

0.34

0.32

0.30

0.28

S 0.0081189R-Sq 93.0%R-Sq(adj) 91.9%

Regression95% CI

Y = 0.18 + 0.42 X

Heredabilidad para Hierro, Zinc y Vitamina CRegresion Padre - Progenie

Hierro Zinc

Vitamin C

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

15,5 23,3 31,1 38,8 46,6 54,4 62,1 69,9 77,7 85,4 93,2

mg Ac Ascorbico/ 100g DW

Porc

etaj

e de

pob

laci

ón

X1=40.2

Base PopulationHuánuco 2005

Predicted Selection Gains(e.g., Vitamin C content, DM basis)

5% individualsselected

X=69.4

X2=53.1

Theoretucal distributionof the progeny of

selected individuals

X2 = X1 + [(k) (σp) (h2)]Where:

Gs= 12.88 mg/100g DW

mg Vitamin C/ 100g

Perc

ent

Zn (m

g/10

0g,F

W)

0.90

0.60

0.50

0.400.38

0.30

0.20

0.00

0.90

0.65

0.60

0.55

0.50

0.45

0.40

0.35

0.00

Mean=0.38+0.08N=28

Mean=0.50+0.07N=16

0 1 2Selection Cycle

Fe (

mg/

100g

,FW

)

1.20

0.90

0.650.600.550.500.490.450.400.35

0.00

1.20

0.88

0.80

0.72

0.640.600.56

0.48

0.40

0.32

0.00

Mean =0.60+0.13N=16

Mean =0.49 +0.07N=28

Ganancia genética realizada por mejoramiento – fase inicial

2005 2007

Cycle 0

28 progenitores ( cultivares Stn, Gon, phu): 16 familias

Cycle 1

16 progenitores selectos - 32 familias

Incrementar los niveles y disponibilidad de micronutrientes en la papa

El contenido promedio de hierro en la papa es 19 mg/k, los mejoradores indican que es posible aumentar el

promedio hasta 48 mg / k

Conclusiones hasta la fecha

• La papa es una fuente significativa de hierro y zinc

• Los parámetros géneticos encontrados demuestran que es posible incrementar los niveles de micronutrientes en la papa

• Es posible tener impacto biológico donde el consumo de papa es alto

CollaboracionesCollaboraciones

Waite Analitycal ServicesUniv. of Adelaide

Australia

Univ. Est. CampinasBrasil

Univ. Est. PaulistaBrasil

Nutrición

Estudio de Consumo

PSNL/ USDAIthaca NY

Biodisponibilidad

Minerales Carotenoides

AgroSalud

Gob. de España

Fdn McKnight