Resultados y avances obtenidos en la biofortificación...
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CIMMYT
H CórdovaG AtlinN. PalaciosK. Pixley
El Salvador
H Deras
HondurasO CruzE Duron
CIATR Urbina
HaitíE Magloire
MéxicoM. Sierra
NicaraguaR ValdiviaG. BrenesA. Pineda
PanamáR GordonI CamargoE QuirozGuatemala
L LariosO SalazarJL Zea
Resultados y avances obtenidos en la biofortificación del maíz en Latinoamérica
1. Maíz de alta calidad proteica: una tecnología madura para combatir desnutrición y pobreza en Centroamérica y el Caribe
– Efectos positivos:• Casi doble contenido de lisina y
tryptofano en el endospermo– Efectos negativos:
• Endospermo harinoso/Textura suave• Seca despacio• Mas pudrición / Mas susceptible
daño gorgojo• Rendimiento menos• Niveles reducidas de metionina
Opaco-2 maíz:
OPACO
– Contiene opaque-2, la mutación natural que aumenta la concentración del lisina y triptofano
– Aproximadamente dobla el valor biológico de la proteína del maíz.
– Tiene genes modificadores que recuperan endosperma dura, moderan los efectos negativos de opaque-2
Opaque-2
El maíz de alta calidad de proteína (QPM)
QPM
Maíz Normal QPM
Lisina(% Prot)
1.6 - 2.6% (prm. 2.0%)
0.2 - 0.6% (prm. 0.4%)Trp (% Prot)
2.7- 4.5% (prm. 4.0%)
0.5 - 1.1% (prm. 0.8%)
Calidad % de Leche
Maíz Normal 39
Maíz o2o2 90
Leche 100
Bressani, et al. 1969b Viteri et al. 1972
Opaco-2 maíz: Nutrición de Niños
Hasta dónde llegamos?1. Los beneficios nutricionales de maíz ACP para alimentación humana
son probadas.
2. Las variedades son iguales o mejores a los materiales comerciales mas avanzadas en rendimiento y otras características agronómicas importantes
3. Hay semilla suficiente de progenitores para apoyar multiplicación en escala grande
4. Como poner la tecnología en los manos de agricultores, y en el alcance de la gente mas pobre de Centroamérica?
5. Tenemos que entender mejor el papel de maíz ACP en alimentación animal
1. Efectos nutricionales: beneficios de QPM en la dieta de niños.
• Nilupa S. Gunaratna – Purdue University• Meta-analice - agrupación de estudios comunitarios in
África, Latino América y Asia en el efecto de QPM en crecimiento de niños con moderado desnutrición y donde maíz es una parte significativa del dieta
• QPM substituido a maíces normales fue asociado un promedio de 8% (95% CI: 4-12%) incremento en la taza de crecimiento en altura
• 10% (95% CI: 4-13%) incremento en la taza de crecimiento en peso
• No hubo bajada en morbididad• Aceptado para publicación
Resumen de la potencial de maíz ACP en producción animal• El análisis en nutrición animal es al fondo un análisis
económico. Hay que preguntar si el uso de dietas con maíz ACP es más rentable que las alternativas.
• En producción de animales de patio, los sistemas evaluadas tienen que ser realistas.
• En producción comercial, ha que incluir los costos reales de almacenamiento y distribución de un grado de maíz separado.
• El ácido amino limitante en aves es metionina, no lisina y triptófano
• En producción animal, QPM tiene su mayor potencial en producción artesanal de cerdos de patio
• Estamos evaluando producción de cerdos con QPM con FIPAH y DICTA en Honduras bajo condiciones realísticas (CIDA-CCLF)
2. Variedades con alta potencial y adaptación amplia:
HIBRIDO Tipo RendAM/AP pMC pPM pAR
(CLRCW85/CLRCW97)//CML494 Norm 6.87 0.51 0.04 0.08 0.13(CML502/CLQRCWQ108)//CML491 QPM 6.70 0.52 0.04 0.11 0.12(CLQRCWQ26/CLQRCWQ108)//CML491 QPM 6.56 0.55 0.03 0.09 0.16(CML502/CLQRCWQ26)//CML491 QPM 6.51 0.53 0.02 0.11 0.13(CLQRCWQ10/CLQ6315)//CML491 QPM 6.49 0.50 0.04 0.11 0.13(CLRCW96/CLRCW85)//CML494 Norm 6.77 0.52 0.05 0.09 0.11(CLG2312/CML495)//CML494 Norm 6.76 0.52 0.06 0.09 0.13CML247/CML254 Norm 5.68 0.54 0.05 0.08 0.15Prom test. locales 5.88 0.53 0.04 0.14 0.14
Prom 6.24 0.52 0.05 0.11 0.14DMS 0.49 0.03 0.03 0.06
Promedios de hibrídos triples avanzados: 15 localidades en Centroamérica, México, y Colombia: 2008
Tipo
Rend.Cond. normales
Rend. Bajosequía pMC pPM pAR
QPM 6.14 2.27 4 11 14Normal 6.53 2.99 6 10 13
Promedios de híbridos nuevos blancos ACP y normales a tráves de 15 localidades en México, Centroamérica, Colombia
• Estamos cerca con rendimiento potencial y rasgos defensivos
• Necesitamos mejorar ahora en tolerancia a sequia y baja fertilidad
Promedios de híbridos triples amarillos avanzados: 14 localidades en Centroamérica, México, y Colombia. 2008
Hibrido Tipo Rend pMC pMP pAR(CLRCY044/CLRCY039)//CL02450 Norm 6.06 0.01 0.09 0.09CML451/CL02450 Norm 5.12 0.01 0.10 0.07CL02450Q/CML451Q QPM 5.94 0.02 0.11 0.10(CLQRCYQ49/CLQRCYQ66)//CML165 QPM 5.88 0.07 0.12 0.02(CLQRCYQ66/CLQRCYQ47)//CML165 QPM 5.74 0.08 0.17 0.03CML161/CML165 Norm 4.94 0.06 0.15 0.07
Local Check AverageNorm 4.93 0.04 0.13 0.12
Prom 5.52 0.05 0.12 0.11
LSD 0.63 0.03 0.04 0.07
Tipo Rend
Rend sequía(Zim) pMC pPM pAR
QPM 5.44 2.21 6 14 10
Normal 5.65 1.92 3 10 12
Promedios de híbridos nuevos amarillos ACP y normales a tráves de 14 localidades en México, Centroamérica, Colombia
Promedios de híbridos triples blancos avanzados: 4 localidades en México. 2008
Hybrid Type Rend pMC pPM pARMONSANTO DK 357 Normal 5.79 0.04 0.21 0.11PI0NEER 30F32 Normal 5.78 0.01 0.17 0.21(CLG2312/CML495)//CML494 Normal 5.78 0.04 0.11 0.21(CLQRCWQ116/CML491)//CML503 QPM 5.49 0.00 0.12 0.04
Promedio5.25 0.02 0.14 0.20
DMS 0.56 0.05 0.07 0.13
Promedios de híbridos triples amarillos avanzados: 4 localidades en México. 2008.
Híbrido Rend pMC pPM pAR
CML451/CNL481/CLRCY017 5.84 0.02 0.12 0.11
(CLQRCYQ49/CLQG2508 )//CML165 5.76 0.10 0.12 0.05
CL02450Q/CML451Q 5.74 0.01 0.14 0.08
PIONEER 30F35 4.72 0.00 0.15 0.08
MONSANTO DKB 191 3.95 0.01 0.14 0.02
DMS 1.35 0.04 0.09 0.14
Híbridos L1 L2 L3 L4 L5 Media % ST3041 9505 6934 7926 7115 8293 7955 8830F32 9864 6650 8346 7132 8649 8128 9030K73 8321 8653 8668 6531 5922 7619 8430F96 8309 8720 9457 6066 8697 8250 9130F87 6843 7444 7103 6197 7395 6994 7730F83 7188 7384 7616 5555 6264 6804 7530F35 11565 8771 10548 6827 9952 9533 105MAZORCE DE ORO (T) 11793 8834 10440 6759 7341 9033 100H-INTA 991 7356 6987 7362 6322 6440 6893 76DK-357 6897 6325 7325 6687 5987 6644 73NB-9043 6895 5987 6895 7652 7074 6901 102NB-6 (T) 6356 7562 5689 6354 7723 6737 100NUTRINTA AMARILLO 5682 6354 5621 5234 6097 5798 86NUTRADER 6893 6214 6325 7532 7811 6955 103NB-S 4658 5634 4586 4862 6085 5165 77Media 7875 7230 7594 6455 7315 7294DMS 2038 1088 1715 796 1214 1148
Análisis de Adaptabilidad de Rendimiento de Grano (kg ha-1) de Híbridos y Variedades Mejoradas de Maíz de Grano Blanco y Amarillo. Nicaragua. 2008.
L1: Llano Redondo Esteli, Esteli; L2: La Presa, Esteli; L3: Teotecacinte, Jalapa; L4: El Junco, Jalapa; L5: Santa Rosa, Managua. %ST: Porcentaje Sobre Testigo
Espinoza et al. 2008
Retos técnicos: Producción de semilla• Hemos tenido problemas con producción de híbridos triples
usando la línea CML491 como macho
• Problemas de coincidencia y sensibilidad a calor durantefloración
• Estamos poniendo más enfoque en cruzas dobles otra vez
• F2 x F2 o cruzas entre sintéticos estrechos?
Retos técnicos: Calidad de semilla• En Centroamérica, solamente El Salvador tiene capacidad de
analizar en manera rutina para lisina y tryptófano en el programa de mejoramiento
• Nicaragua esta enviando técnicos para capacitación en CIMMYT
• Hay progreso importante en análisis de bajo costo con NIR
R2 = 0.7571
0.000
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
0.120
0.140
0.000 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100
Evaluación de triptófano con NIR
Natalia Palacios, resultados no publicados
Hay semilla suficiente de progenitores para apoyar multiplicación en escala grande
País Progenitores Semilla híbrida
Semilla VPL
El Salvador 13.6 t 72 t 10 t
Nicaragua 2.8 t 17.7 t 184 t
México 40 t 0.3 t
Guatemala 32.5 t 275 t
Haití 1 t 105 t
Honduras 6 t 30 t
Programas de apoyo tecnológico a pequeños agricultoresBono tecnológico : HondurasIntercambio de semilla EL SalvadorHambre 0, pobreza 0 : NicaraguaEntrega de semilla y fertilizantes : Guatemala Compras por programas de alimentaciónProducción comercial de híbridos sobresalientes y de bajo costo Producción artesanal por productores pequeños
Cómo poner la tecnología en las manos de agricultores?
Maize Biofortification to Help Alleviate Micronutrient
Malnutrition
Kevin Pixley, Natalia Palacios, Raman Babu & many colleagues
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0
10
20
Target in grainBaseline
ProvitA
Zinc
Iron
Current status (CIMMYT) and targets
15
40
60
(μg/g)
Intermediate Targets
ProA = 8
Zn = 31
Fe = 40
LCYE and HydB1 affect the ratio of carotenoids in the pathway
LCYElycopene
δ-carotene
α-caroteneLCYB
HYDb
zeinoxanthin
lutein
HYDE
ABA
HYDb1
LCYB
β-cryptoxanthin
γ-carotene
β-caroteneLCYB
zeaxanthinHYDb
GGPP
Yan et al., in preparation
Harjes et al., 2008
PSYPDSZ-ISOZDS/CRISTO
HYDB1: R2 = 0.23 for BC
LCYE: R2 = 0.58 for pathway ratio
PCR-based (STS) markers
+ +
MAS for LycE MAS for HydBDeep orange ears
High ProvitAmaize!=
Our evolving breeding strategy for ProA
+
• HPLC for carotenoids costs $20-80 per sample• MAS for LycE and HydB would cost ≈ $2-5 per sample
Visual by R. Babu
****
ZnFe
Zn (ppm) in two locations
0
10
20
30
40
50
BatanTlalti
Zn (and Fe)Zn content in maize grain (2 locations)
15
20
25
30
35
40
45
Entries
Zn (p
pm) TL (mean Zn 32.4
ppm)
AF (mean Zn 29.2ppm)
GxE often is significant (P<0.05 or P<0.01)
GxE is practically much less important than E
If people are Zn deficient, they likely live in areas with Zn deficientsoils and the best genotypes will not help.
Looking at agronomic options, e.g. seed coated with Zn fertilizer
Can we enhance Fe bioavailability instead of Fe concentration?
5% Fe bio-availability is typically assumed
Pfeiffer and McClafferty, 2007
(Recall: Interm. target = 40 µg/g)
Summary: Breeding for increasedproA, Zn and Fe concentrations• Provitamins A
– Intermediate target is close at hand– MAS should soon enhance efficiency
• Zn – Maybe enough σ2
G; Huge σ2E
– Proceeding with modest optimism• Fe
– Inadequate σ2G; Huge σ2
E
– Focus on bioavailability?– “On hold”
0 10 20 30 40 50 60
0
10
20ProvitA
Zinc
Iron
15
40
60
Recommendations (KPixley)• QPM is our only ready biofortified product in maize
– Useful per se and as a model for disemination of biofortifiedproducts
– Should be the focus of AgroSalud maize
• Provitamins A– Targets are achievable but not trivial: 5-10 year horizon, at
best– Integrate with HarvestPlus!
• Zn – Proceeding with modest optimism– Equal or greater emphasis on agronomy vs. breeding
• Fe– Forget about it as a short or medium-term objective in maize
Conclusiones• Los beneficios nutricionales son demostrados
• Los mejores híbridos de ACP son iguales a los mejores materiales comerciales.
• Los mejores VPLs rinden toneladas mas por hectárea que materiales usadas por la mayoría de agricultores
• NIR va a reducir el costo de control de calidad
• La validación muestra mucha aceptación por agricultores
• Hay semilla básica en la región
• Para el futuro, podemos poner mas énfasis en MAS para Pro-A• Necesitamos más enfoque en tolerancia a sequía, bajo N.
• Seguimos luchando con producibilidad, pero hay soluciones
• Enfoque en variedades de bajo costo: sintéticos, cruzas dobles
• Vínculos directos y formales con H+ están necesarios para aprovechar de los resultados de investigación más básica en un Fase 2.