Importancia de las tecnologías limpias, los marcos regulatorios y la institucionalidad para la mitigación y adaptación de la agricultura al cambio climático Pedro J. Rocha S. Biólogo, Ph.D. Coordinador Área de Biotecnología y Bioseguridad Programa de Innovación para la Productividad y la Competitividad VI Congreso Nacional de Ingenieros Agrónomos de Nicaragua Managua, 30 de Agosto de 2012
Presentación en el VI Congreso Nacional de Ingenieros Agrónomos de Nicaragua.
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Importancia de las tecnologías limpias, los marcos regulatorios y la institucionalidad para la
mitigación y adaptación de la agricultura al cambio climático
Pedro J. Rocha S. Biólogo, Ph.D. Coordinador
Área de Biotecnología y Bioseguridad Programa de Innovación para la Productividad y la Competitividad
VI Congreso Nacional de Ingenieros Agrónomos de Nicaragua
Managua, 30 de Agosto de 2012
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
2
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
– Las proyecciones muestran la contracción de la superficie de hielos y de nieve.
En algunas proyecciones los hielos de la región ártica prácticamente
desaparecerán a finales del presente siglo.
– El caudal disminuirá y los niveles de los ríos serán más volátiles.
– Las inundaciones más frecuentes y devastadoras.
– Las sequías serán extremas (mayor duración).
– Disminución de recursos hídricos de regiones secas de latitudes medias y en
los trópicos secos • Menores precipitaciones, disminución de evapotranspiración, y también en áreas surtidas por la nieve y el
deshielo.
– Se verá afectada la agricultura en latitudes medias, debido a la
disminución de agua.
• Sobre los mares
– La contracción del manto de hielo producirá un aumento del nivel del mar de
hasta 4-6 m. en las costas.
– Inundaciones de áreas clave de valor económico, cultural y militar.
– Contaminación de acuíferos de agua dulce y manglares.
– La emisión de carbono antropógeno acidifica el océano (pH ha disminuido 0,1). • Se estima una reducción del pH del océano entre 0,14 y 0,35 en el s. XXI.
– Acidificación progresiva de los océanos tendrá efectos negativos sobre los
organismos marinos que producen caparazón, sobre el crecimiento de algas y
– Pérdida de ecosistemas • El aire más cálido y la disminución de la humedad amenazan los páramos andinos y los pantanos de las alturas. Los
glaciares seguirán derritiéndose.
• Habrá impactos en los ecosistemas de tundra, bosques boreales y regiones montañosas por su sensibilidad al incremento
de temperatura; en los ecosistemas de tipo Mediterráneo por la disminución de lluvias; en aquellos bosques pluviales
tropicales donde se reduzca la precipitación; en los ecosistemas costeros como manglares y marismas por diversos
factores.
– Pérdida de especies • Riesgo de extinción en masa (disminución del número de especies en un lapso relativamente corto).
• Se estima que en los últimos 540 M.A. se han presentado más de cinco y menos de 20 eventos.
“Cinco grandes” extinciones en masa
Otras extinciones en masa
Todos los géneros
Géneros bien definidos
Millones de años
Mile
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Otros Impactos del Cambio Climático
Sobre Recursos Financieros y Económicos
• Recursos públicos limitados que difícilmente podrán mitigar los efectos (por ejemplo, construcción y reparación de infraestructura: represas, puertos, centrales eléctricas, vías, etc.).
• Aumento de la fragilidad de sistemas productivos – Pérdidas de cultivos
• Crisis financieras
Sobre la sociedad
• Problemas sociales: Migraciones a gran escala, competencia irracional por recursos
• Problemas de salud pública: propagación más rápida y extensa de enfermedades (infecciosas, desnutrición, ceguera, etc.)
Sobre la Seguridad Nacional
• Actuará como multiplicador de amenazas
• Aumento de la frecuencia e intensidad de desastres naturales (sequías, incendios forestales, tormentas tropicales) con efecto humanitario y económico.
• Aumento de los desplazamientos humanos tanto nacionales como internacionales por escasez de alimentos y de agua.
• Alta demanda para operaciones de respuesta a emergencias.
• Tensiones internacionales.
• Generación de condiciones que facilitan actividades ilegales, agravando el crimen y la violencia.
• Técnico – Desarrollo de materiales con alta plasticidad, tolerantes a sequía, a plagas y
enfermedades, de alta eficiencia fotosintética, adaptados a mayores
densidades de siembra.
– Utilización de tecnología transgénica.
– Utilización de agricultura limpia.
– Uso generalizado de agricultura de precisión.
– Mejora de tecnologías de invernaderos, riego, fertilización y desalinización.
• Productivo – Fortalecimiento de los pequeños emprendimientos.
– Incremento de las inversiones en tecnología y manejo para los grandes
emprendimientos productivos.
– Desarrollo de mercados específicos.
• Financiero – Fortalecimiento de los mercados de cobertura de riesgo con seguros.
– Fortalecimiento de los mercados de bonos de fijación de CO2.
• Energético – Desarrollo de energías alternativas.
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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
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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)
23
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
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- 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)
24
Acciones para mitigación y adaptación al cambio
climático sobre la agricultura
• Técnico – Desarrollo de materiales con alta plasticidad, tolerantes a sequía, a plagas y
enfermedades, de alta eficiencia fotosintética, adaptados a mayores
densidades de siembra.
– Utilización de tecnología transgénica.
– Utilización de agricultura limpia.
– Uso generalizado de agricultura de precisión.
– Mejora de tecnologías de invernaderos, riego, fertilización y desalinización.
• Productivo – Fortalecimiento de los pequeños emprendimientos.
– Incremento de las inversiones en tecnología y manejo para los grandes
emprendimientos productivos.
– Desarrollo de mercados específicos.
• Financiero – Fortalecimiento de los mercados de cobertura de riesgo con seguros.
– Fortalecimiento de los mercados de bonos de fijación de CO2.
• Energético – Desarrollo de energías alternativas.
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• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
26
Hacia una Nueva Agricultura: Escenario Mundial
• Político - Institucional
– Intensificación de procesos de
globalización.
– Desestabilidad social y política.
– Presencia de nuevas realidades
institucionales (vertical a horizontal).
• Económico
– Crisis económicas profundas.
– Nuevos líderes mundiales (CHN, IND, BRA).
– ALC fortalecida.
– Nuevos esquemas de cooperación técnica.
– Cooperación internacional enfocada en
África.
• Social
– Consumidores informados y exigentes.
– TIC, Internet, Redes sociales.
– Demandas crecientes en cantidad y
calidad.
– Inseguridad alimentaria.
• Ambiental
– Cambio climático global.
– Escasez de agua, suelo y recursos.
– Contaminación y deterioro ambiental.
– Pérdida de biodiversidad.
– Catástrofes de mayor impacto.
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Nueva Revolución Agroalimentaria (NRA)
• Se está en un proceso de consolidación de un nuevo paradigma tecnológico en la agricultura. – Agricultura de redes interconectadas, de ADN y software, de
territorios y clusters, de estándares y buenas prácticas, de responsabilidad y flexibilidad.
– Lógica de diversidad vs. Lógica homogenizadora (paradoja).
• La NRA es una Revolución Nano-Info-Bio-Tecnológica y Organizacional con orientación a la innovación
• NRA basada en la precisión: – En el manejo de los recursos productivos.
– En el mejoramiento genético “dirigido”.
– En el consumo (nutrigenómica y alimentos inteligentes).
– En la gestión de la inocuidad y la calidad (envases interactivos).
– En la prevención y control de enfermedades de plantas y animales.
Tomado de: Carlos A. Nobre
Tomado de: Menzel (2007)
http://cursosmasters.com/master-biotecnologia/
28
Nueva Revolución Agroalimentaria (NRA)
• Re-impulso de rendimientos. – Debilitamiento del aumento de los rendimientos de
los principales cultivos.
• Nuevos productos: genéticamente modificados, ingredientes funcionales y insumos de alto valor.
• Producir más y mejores alimentos y productos no alimentarios – Generando menos GEI.
– Usando más eficientemente el agua.
– Ocupando la misma superficie de tierra.
– Respondiendo a nuevos estrés bióticos y abióticos.
– Sometidos a una mayor vigilancia de la sociedad en cuanto a las formas de producción.
1980-1990 2000-2009
Maíz 3,0% 1,6%
Trigo 3,3% 0,6%
Arroz 2,5% 0,8%
Fuente: Trejos, IICA 2011
Año Toneladas /ha Tipo de cultivo
1900 1,5 Tradicional
1940 3,5 Híbridos
1975 6 Revolución Verde
2010 12 Transgénicos
2020 42 ó más Transgénicos apilados
Fuente: Rocha 2009, basado en información de Pioneer. 29
Aspecto Revolución Verde Nueva Revolución Agrícola Concepto central Investigación Innovación
Objetivo principal de la investigación / innovación
Aumento de rendimientos y resistencia a plagas y enfermedades
Aumento de rendimientos, mejoramiento de la calidad de los productos y mejor uso de los recursos naturales
Institucionalidad Sistemas Nacionales de Investigación Agrícola
Sistemas Nacionales de Innovación Agroalimentario Reguladores
Enfoque Centrado en la oferta y en la producción primaria
Centrado en la demanda de las empresas y en innovaciones a lo largo de toda la cadena
Actores principales de la investigación / innovación
Instituciones públicas Empresas privadas
Bienes de la investigación/ innovación
Bienes públicos Crecientemente bienes privados y bienes club
Propiedad intelectual Sin importancia Cada vez más central
Tecnología principal Mejoramiento genético convencional
Biotecnología, TICs y nanotecnología
Basado en: Arturo Barrera (2011)
Nueva Revolución Agroalimetaria: Cambio del Paradigma del Desarrollo Tecnológico Agrícola
30
Aspecto Revolución Verde Nueva Revolución Agrícola Tipo de conocimiento relevante
Explícito Explícito y tácito. Creciente relevancia de la gestión del conocimiento
Características de la modernización agrícola
Intensificación de la racionalidad costo – beneficio y del uso de insumos químicos
Diversas trayectorias y modelos. Mejora continua y buenas prácticas agrícolas
Tipo de insumos Crecientemente químicos Crecientemente biológicos. Importancia de la biodiversidad
Medición de desempeño Producción / hectárea Múltiple: Producción / unidad de agua; componente activo/ hectárea; huella de carbono e hídrica
Recurso fundamental Suelo Agua
Tipo de extensión Por oferta: Experto entrega información
Por demanda: Experto y productor construyen las soluciones
Basado en: Arturo Barrera (2011)
NRA: Cambio del Paradigma del Desarrollo Tecnológico Agrícola
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• Mecanización
• Agricultura de precisión. – Sistemas de riego y drenaje.
• Desalinización de agua. – Israel (2009): 0,55 USD/m3
• Agricultura protegida.
• Nanotecnología
• Biotecnología – Acelerar la floración de una planta superior con genes de algas
(Valverde, F. & Romero J.M., 2012)
– Leguminosas permiten por sí misma la entrada de las bacterias nitrificantes. PNAS, 2011
– Identificación del ozono como potente gas para desinfectar suelos.
– Manejo del “reloj molecular” de la maduración.
– Descubrimiento de la adaptación fisiológica de la cebada al cambio climático.
– Análisis sensorial para determinar preferencias de consumo.
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación, Institucionalidad y Agricultura
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
33
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).
• Usa organismos vivos o técnicas moleculares y celulares para proveer de sustancias, alimentos y servicios que suplan las necesidades humanas.
Estos son procesos biotecnológicos…
Uso de hongos y bacterias en la producción de quesos
Mejoramiento genético de especies vegetales por medio de selección y cruzamiento (agricultura)
Uso de levaduras en la producción de pan
Uso de predadores naturales en el control de plagas
Uso de plantas con propiedades medicinales
Uso de abejas para recolectar miel (apicultura)
Uso de microorganismos para degradar materia orgánica
(compost)
Uso de bacterias para fermentación láctica (yogurt)
Uso de levaduras para fermentación alcohólica (cerveza o vino)
….y estos también!
Tecnologías de ADN Nanobiotecnología
Bioreactores (Uso de celulas individuales a modo de “fábricas”
de compuestos)
Cultivo de tejidos vegetales en investigación o producción masiva
de plantas
Cultivo de tejidos animales en aplicación médica e investigación
Reproducción asistida
Producción de vacunas y otros tipos de medicamentos
Cultivos de piel
Clasificación de la Biotecnología por Subsectores de Actividad
Biotecnología Roja (salud
humana y animal)
- Descubrimiento / desarrollo de fármacos - Diagnóstico - Productos terapéuticos - Fabricación de fármacos - Salud animal
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
42
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación, Institucionalidad y Agricultura
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
43
• Se han consolidado las técnicas tradicionales. – Limpieza/desinfección de tejidos
– Embriogénesis somática
– Micropropagación clonal/Regeneración
– Cultivo de anteras
– Criopreservación
– Rescate de embriones
• Herramienta fundamental de investigación agrícola básica y aplicada. – Pre-transgénesis
– Pre-reactores
• Todas las especies que sustentan la alimentación de la humanidad han sido objeto de cultivo in vitro.
• Aportes importantes en conservación de diversidad.
Cultivo in vitro de Células y Tejidos Vegetales
44
El ser vivo multicelular y viable más antiguo reportado – Planta completa de Silene stenophylla Ledeb. (Caryophyllaceae) regenerada de tejido placental
(maternal) de frutos inmaduros.
• Frutos provenientes de permafrost (38m)
• Datación C14: 31.800 ± 300 años (Pleistoceno tardío).
Cultivo in vitro de Células y Tejidos Vegetales
Fuente: Yashina, S. et al. 2012. Regeneration of whole fertile plants from 30,000-y-old fruit tissue buried in Siberian permafrost. PNAS 10.1073/pnas.1118386109
45
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Modo de hacer modificación genética de cualquier
especie biológica.
• Organismos modificados genéticamente (OMG) u organismos transgénicos.
• Tecnología de mayor adopción y discusión en la agricultura.
• Introdujo el tema y las acciones de BIOSEGURIDAD.
Transgénesis
Planta Animal
Bacteria Virus
47
Plantas GM
• Son plantas modificadas a nivel de
su ADN mediante la inserción de un
ADN foráneo.
• Son plantas que se diferencian de su
equivalente no transgénico
solamente en la expresión del gen
insertado.
• Son una alternativa para lograr lo
que de manera natural jamás se
hubiera logrado (v.g. arroz dorado).
¿Qué son? ¿Qué NO son?
• A nivel biológico, no son “plantas
imperfectas”.
• A nivel económico, no son “plantas
perfectas”.
– Una planta Round up Ready es
resistente a un herbicida, pero esa única
modificación no le confiere resistencia a
insectos ni a virus, ni la hace tolerante a
sequía, frío, salinidad del suelo, etc.
• No son plantas peligrosas.
– No generan cáncer ni enfermedades.
– No están acabando con el ambiente.
48
Bioseguridad
Bioseguridad (Biosafety)
• Prevención de la pérdida a gran escala de la integridad biológica
• Se enfoca en la ecología y la salud humana – En ecología: se refiere a las formas de vida importadas más allá de los límites de las eco-
regiones
– En agricultura: la reducción del riesgo de introducción de virus o transgenes.
– En medicina: Se refiere a órganos y tejidos de origen biológico o productos de terapia genética y virus para cuyo manejo se debe cumplir con protocolos de contención de laboratorio (medidos como 1, 2, 3 y 4, en orden creciente de peligro).
– En química: v.g. nitratos en el agua, químicos que afectan la fertilidad, pesticidas, etc.
– En exobiología: v.g. la política de la NASA para contener microbios extraterrestres que pudiera estar presentes en muestras del espacio – bioseguridad nivel 5.
Bioseguridad (Biosecurity)
– Concepto que se enfoca en dar respuesta a amenazas hipotéticas (guerra biológica, bioterrorismo, etc.) para lo cual las medidas de bioseguridad son insuficientes.
49
Biosafety ≠ Biosecurity
Bioseguridad
• Convenio sobre la Diversidad Biológica (1992).
• Protocolo de Cartagena sobre Seguridad de la Biotecnología del CDB (2000). – En principio , trata de la definición agrícola, pero algunos grupos buscan que se expanda para
incluir riesgos post-genéticos: nuevas moléculas, formas de vida artificial, robots que puedan competir directamente con la cadena natural de alimentos, nanobiotecnología, etc.
• Protocolo Suplementario Nagoya – Kuala Lumpur sobre Responsabilidad y Compensación al Protocolo de Cartagena sobre Bioseguridad (2010).
CCB&B (Belize, Costa Rica, El Salvador, Guatemala, Honduras, Nicaragua,
Panamá)
CARICOM
R. ANDINA (Bolivia, Colombia, Ecuador,
Perú, Venezuela)
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
53
Área Global de Cultivos Transgénicos en 2011 Á
rea
(Mill
on
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e h
a)
Basado en: James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43.
54
Países con Cultivos Transgénicos en 2011
Fuente: James, C. 2011. Executive summary. Global status of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43. 55
- América (140Mha = 87,5%) - CAN, MEX, USA (79,6Mha = 49,75%) - Cono Sur (60,4Mha = 37,75%)
47% 32%
15% 5%
Soja Maíz Algodón Colza
0
10
20
30
40
50
59% 15%
26%
TH RI Apilados
• 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
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160
180
Mill
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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
56
Hechos: GM es una tecnología limpia
– Optimiza el uso del suelo (>producción/área).
• Conserva biodiversidad (menor incorporación de áreas no agrícolas y freno a deforestación).
– Reduce la huella ecológica de la agricultura (ISAAA, 2011).
• Reduce el número de plaguicidas y de fertilizantes basados en N (caso soya y fríjol).
• Ahorra combustible y disminuye emisiones de CO2 , (en 2009, retirados 18 Mton CO2 u 8M de carros).
• Tolerancia a la sequía. – Conserva el suelo y la humedad.
– Utiliza bioinsumos.
• Leguminosas (soya y fríjol) aceptan la incorporación de cepas de bacterias nitrificantes altamente eficientes.
– Coexiste la agricultura convencional y la transgénica.
Potencial: Uso de la biodiversidad para identificar genes que confieran mayor tolerancia
a sequía, a salinidad, a mejor absorción de nutrientes y mayor eficiencia fotosintética.
Aporte de los OGM a la adaptación al cambio climático
En la actualidad, los paquetes tecnológicos basados en siembra directa y uso de semillas GM son una herramienta importante de la adaptación al cc.
57
• “Resistencia” a sequía: Habilidad de una planta o un cultivo de elaborar su producto con una pérdida mínima (o incluso produciendo más) en un ambiente de déficit hídrico.
• La tolerancia a la sequía es una característica compleja en la que están implicados alrededor de 60 genes (ACB, 2007) y cuya expresión depende de la interacción de diversos caracteres (Mitra, 2001):
– Morfológicos (precocidad, área foliar reducida, enrollamiento de la lámina foliar, contenido de cera, aristas, sistema de raíces, macollaje reducido, estabilidad de la producción)
– Fisiológicos (transpiración reducida, alta eficiencia en el uso del agua, cierre estomatal y ajuste osmótico).
– Bioquímicos: acumulación de prolina, poliaminas, trehalosa; incremento de la actividad nitrato reductasa e incremento de almacenamiento de carbohidratos).
• La complejidad de la característica hace que el fitomejoramiento tradicional haya obtenido avances limitados.
• Pérdida de hasta 60% de la cosecha de soja y maíz (campaña 2011-2012) en países del cono sur.
Bases técnicas de la tolerancia a la sequía
58
• Se han identificado cientos de genes inducidos por el estrés hídrico en varias especies y se han generado plantas GM.
– Por introducción de genes involucrados en la biosíntesis de osmolitos:
• Prolina (P5CS, Kavi et al., 1995), glicinbetaína (betA y betB), fructano (SacB), manitol-inositol (MT1), trehalosa (TPS1).
– Genes regulatorios:
• Zn finger proteins, NAC TF DREB-factor
• Gen H4HB4: TF de girasol que fue usado en soja, papa, maíz, etc. y resultó en tolerancia a sequía, salinidad y aumento de productividad (Huang et al., 2010, patente USA: 7,786,354 B2, Argentina).
• Pérdida de la función de subunidad ERA1 de la Farnesil Transfereasa genera fenotipo hipersensible al ABA, en consecuencia, tolerancia a sequía.
– Maíz MON-87460 (APHIS, 2011) con rendimientos de 4,4 - 8,2 ton/ha a 4,8 – 8,8 ton/ha (Monsanto-BASF, 2008).
– Trigo GM produce 20% más que sus equivalentes (Australia).
OGM y tolerancia a la sequía
59
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
60
• 37 Mha con agricultura orgánica (AO), incluidas áreas en conversión. – 0,9% de la tierra dedicada a la agricultura
acoge AO.
• Alrededor de 1,6 millones de productores y 80% de ellos en países en vías de desarrollo – Los países con más productores son India
(400.551), Uganda (188.625) y Mexico (128.862).
• Líderes – Oceania (12,1 Mha), Europa (10 Mha) y
América Latina (8,4 Mha).
– Los países con mayores áreas dedicadas a AO son Australia, Argentina y USA.
Estado Cultivos Orgánicos en 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 61
– No hay detalles sobre plantas medicinales y aromáticas.
• Valor mercado 2010: 59.100 M USD
• Técnicas empleadas – Manejo Integrado de Plagas y Enfermedades. – Control biológico – Bioinsumos. – Fermentación – Reciclaje de materia orgánica
• Biogás, biofertilizantes (compostaje). • Manual del Biogás
Estado Cultivos Orgánicos en 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 62
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
63
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agroalimentaria
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
64
AFLP
RFLP
RAPD
Microsatélites
Marcadores Moleculares
Derivados de PCR 65
• Usos de MM: – Selección asistida y mapeo de genes
• Mecanismo de acción de gen DIO3 (aumenta tamaño de la camada de lechones y fertilidad de la cerda) Coster et al. (2012) The Imprinted Gene DIO3 Is a Candidate Gene for Litter Size in Pigs. PLoS ONE 7(2): e31825.
– Caracterización de biodiversidad
• 21% de las 8.000 razas ganaderas están en peligro de extinción.
• Plan de acción mundial de recursos zoogenéticos (FAO). – Determinación de relaciones de parentesco – Diagnóstico de enfermedades
• “El valor añadido estará en el diagnóstico y no en el fármaco” Steven Burril (BIOCAT, 2001).
– Virus de Schmallemberg (caracterizado en Nov. 2011, Alemania) – MM para el Síndrome Reproductivo y Respiratorio Porcino (PRRS).
– MM y cambio climático • Identificación de mm asociados con mejor digestión de
pastos en rumiantes.
• Estadística
Avances en Marcadores Moleculares
66
Rocha et al., 2007 Rev. UDCA 19(2):51-63
Biotecnología Animal y Mitigación
• Toro Azul Belga (Belgium Blue Bull).
• Demuestra el efecto de el bloqueo del factor anticrecimiento myostatina. Una mutación genética natural
Desactiva las dos copias del gen que codifica para la myostatina (permite el crecimiento del músculos).
Efecto: no produce o produce una forma truncada e inefectiva de myostatina
La ausencia de myostatina también interfiere con la deposición de grasa haciendo individuos “doblemente musculados”, más fuertes y más rápidos.
Fuente: Sweeney, L. 2004. Scientific American. July. p.62-69): Belgian Blue Bull http://www.unp.co.in/f44/belgian-blue-bull-42664/#ixzz18DDevzEp
- Ejemplo de convergencia tecnológica - Disminución de costos por punto de información - Nuevos métodos de análisis - Reproducibilidad - Creación de consorcios
900 30x30
70
Genómica y consorcios de investigación
71
425 autores 109 instituciones
Proteómica
Estructura 3D Proteómica Expresión
Interacciones
BIOINFORMÁTICA
72
Metabolómica
Kim, et al. 2011. NMR-based plant metabolomics: where do we stand, where do we go? Trends in Biotech. 29(6):267-275
73
Interacción de ómicas en Agricultura
Chen, N. et al. 2012. Metabolic network reconstruction: advances in in silico interpretation of analytical information. Current opinion in biotech. 23(1): 77-82.
Bioinformatics
74
• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agrícola
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
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Perspectivas: Biología Sintética
Facchini, PJ et al. 2012. Synthetic biosystems for the production of high value plant metabolites. Trends in Biotech. 30(3): 127-131.
76
• La BS es la aproximación de la ingeniería a la biología.
• El objetivo de la BS es crear nuevos productos (biológicas, aparatos y sistemas) que no están presentes en la naturaleza, más que modificar uno existente.
• BS incluye a la Ingeniería metabólica que rediseña los sistemas biológicos existentes hasta la construcción de nuevas partes.
Biología Sintética y Biocombustibles
Mielenz JR. 2011. Biofuels from protein. Nature Biotechnology. 29(4): 327-328. Ducat DC, Way JC, Silver PA. 2011. Trends in Biotechnology 29(2): 95- 103 77
Aplicaciones de la nano-biotecnología en agricultura
Adaptado en: : Ghormade V. et al. 2011. Biotechnology Advances 29: 792-803
Químicos
Entrega de biocidas
Biopesticidas Vegetales
Microorganismos Enzimas/inhibidores
Entrega de fertilizantes
Químicos Biofertilizantes
Micronutrientes Reguladores de
crecimiento
Entrega de ácidos
nucléicos
ADN ARNi
Estructura del suelo
Remediación Unión de suelo
Nanoarcillas naturales
Degradación de pesticidas
Reducción catalítica Reducción fotocatalítica
Nano- sensores
Detección de: Residuos de biocidas
Enfermedades
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• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación, e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agrícola
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011
• Estado de la agricultura orgánica
– Marcadores Moleculares
– Genómica, “ómicas” y bioinformática
– Biología Sintética y Nanobiotecnología
• Consideraciones Finales
Contendio
79
• La biotecnología es una caja de técnicas poderosas que permitirá adaptar la agricultura al cambio climático y mitigar sus impactos.
– Mitigación (disminución de gases efecto invernadero): Tecnologías limpias
– Adaptación: Plantas GM tolerantes a la sequía, a la salinidad.
• La biotecnología, por definición, es una tecnología limpia.
• La agricultura orgánica usa prácticas biotecnológicas. – Dos no son aceptadas por norma: Transgénesis y Radiación Ionizante.
• La BTG de mayor poder de análisis es la genómica-bioinformática.
– Los consorcios de investigación en genómica son la regla.
Reflexiones Finales
80
• La BTG de mayor adopción e impacto (económico y ambiental) es la transgénesis.
• Los países son soberanos en determinar la introducción o no de OGM. – Aspectos técnicos, de bioseguridad, de derechos de propiedad intelectual deberán
tenerse en cuenta.
• Los países deben contar con marcos regulatorios en bioseguridad y políticas de desarrollo de la biotecnología.
• La sobre-regulación en bioseguridad lleva a potenciales pérdidas comerciales (oportunidad, producción, rendimiento, mercados).
Reflexiones Finales
81
• Durante 16 años consecutivos NO se ha reportado efecto nocivo alguno de los cultivos GM sobre la salud humana.
– No se ha encontrado que generen cáncer.
• Países con prohibición total de cultivos OGM deben contar con leyes muy claras y precisas y un eficiente y costoso sistema de evaluación, seguimiento y control.
– La dinámica del mercado mundial hace que no sea posible garantizar que un país sea libre de transgénicos.
– La tendencia a tolerancia cero a OGM en algunos países de Europa cuesta 2.500 millones de euros al año.
• Los extremos en las leyes que consideran a la biotecnología y bioseguridad pueden traer consecuencias negativas para el desarrollo científico, tecnológico, económico y ambiental de un país.
• El evento transgénico más esperado en la actualidad es la liberación comercial de maíz y soja tolerantes a la sequía.
Reflexiones Finales
82
• Algunos países megabiodiversos propenden por el uso de su biodiversidad mediante biotecnología con fines comerciales.
– Falta de claridad en el acceso a recursos genéticos es una barrera para el desarrollo de la Btg con fines comerciales.
• La tecnología es importante pero no exclusiva ni suficiente para atender a las demandas de la humanidad. Es indispensable el balance entre múltiples elementos:
– Conocimiento científico y técnico.
– Estrategias de comunicación.
– La institucionalidad, las decisiones políticas y la normativa.
– Articulación con mercados rentables (balance público-privado).
– Interés del usuario final.
Reflexiones Finales
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• Cada actor de la sociedad tiene un papel relevante para el desarrollo de la NRA y la respuesta de la agricultura al cambio climático.
– INIAs, Universidades, CDT desarrollan investigación y hacen difusión, son instrumentos esenciales para el desarrollo tecnológico de los productores agropecuarios de un país.
– El fitomejorador tradicional y el agrónomo son fundamentales para la aplicación real en el campo de los avances tecnológicos.
– Las asociaciones y los productores definen la tecnología a emplear.
– El gobierno (a través de sus Ministerios y reguladores) dan los marcos y lineamientos para hacer que el sistema funcione.
– El IICA …
Reflexiones Finales
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• Reflexiones Introductorias – Humanidad, Innovación e Institucionalidad
• Nueva Revolución Agrícola
• Avances en Biotecnología – Cultivo in vitro de Células y Tejidos
– Transgénesis y Bioseguridad • Estado de la agricultura transgénica en 2011