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

1. 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)
1
CEPAL, Chile, 28 de septiembre de 2012

2. Cambio Climático Global
http://www. robertocarballo.com
http://www.elcolombiano.com
http://www.indaga.net/noticiascomunitat/images/ince
ndios-forestales-comunitat.jpg

3. 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.
http://www.adn.es/clipping/ADNIMA20081214_2701/4.jpg • 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
http://www. robertocarballo.com • 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://audioblogs.cienradios.com.ar/mirol/archives/Pobreza.jpg

4. 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.
http://fundacion-magdalena.gov.co – 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.
http://www.elhogarnatural.com http://www.engormix.com
•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://www.fedepalma.org

5. 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.
http://viaorganica.org/medio-ambiente/recomienda-cepal-examinar-
- Responsable del cambio de la vocación “natural” del suelo
nexos-entre-agricultura-y-cambio-climatico/
(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.).
“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
http://www.momarandu.com/amanoticias.php?a=7&b=0&c=113513 5

6. Impactos Ganadería y Cambio Climático (CC)
Impactos de:
La ganadería sobre el CC El CC sobre la ganadería
Responsable de deforestación, Disminución de áreas de pastoreo
compactación y erosión de suelos - Disminución de productividad
Alteración de disponibilidad y calidad Disminución de fuentes de agua
del agua. - Efecto sobre producción de leche
- Contaminación por excretas y residuos - Mortandad de crías
de sacrificio
Emisión de GEI* (CH4, CO2) Estrés fisiológico
- Uso del fuego como práctica cultural - Cambios en comportamiento
- 37% de las emisiones del metano
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.

7. Ciencia, Tecnología, Innovación, Desarrollo &
Institucionalidad
Conocimiento
tradicional Institucionalidad
Recurso Tecnología
Intangible Innovación
(Conocimiento)
Desarrollo
Investigación Impactos
Ciencia Aplicada Económico
Industrias y Social
Investigación Mercados Ambiental
Básica
Recursos
Naturaleza Necesidades
tangibles
7
Rocha, 2009

8. Cambio Climático – Agricultura - Tecnologías
Consecuencias sobre el Medidas de CT&I para mitigación y adaptación –
Efectos del CC
cultivo Precisión, Eficacia, Oportunidad
Disminución de Incremento en densidades de
Ingenierías: Agronómica, Civil, Mecánica, Electrónica, Sistemas –
áreas de cultivo (por siembra
mecanización, SIG, sensores remotos, observación satelital-
Biotecnología: Cultivo de Tejidos, Marcadores moleculares,
- Incremento en costos
Fitomejoramiento: Genética, Fisiología & Fitopatología
Biorreactores, Genómica, Bioinformática, Transgénesis
inundaciones,
(insumo tierra) Generación de materiales
sequías, vivienda,
etc.) “compactos”
- Incremento de costos
Mecanización eficiente
Adecuación de (insumos, mano de obra).
tierras - Posible aumento de Uso de métodos de adecuación
emisiones GEI eficientes
Generación de materiales tolerantes
a sequía
- Incremento en costos
(insumo agua, mano de Uso eficiente del agua (evaluación
Disponibilidad de de sistemas de riego)
obra)
agua dulce
Planes de conservación de cuencas
- Conflicto por uso de agua hídricas
Desalinización de agua marina
8
(Rocha, 2009)

9. NRA: Cambio Climático – Agricultura -
Tecnologías
Efectos del CC Consecuencias sobre el cultivo Medidas de CT&I para mitigación y adaptación – Precisión,
Eficacia, Oportunidad
Ingenierías: Agronómica, Civil, Mecánica, Electrónica, Sistemas – mecanización,
- Aumento de costos de producción
Implementación eficiente de Tecnificación
Biotecnología: Cultivo de Tejidos, Marcadores moleculares, Biorreactores,
(insumos, semillas, mano de obra)
Conocimiento riguroso de materiales
Fitomejoramiento: Genética, Fisiología & Fitopatología
Alteración de - Alteraciones fisiológicas (floración,
SIG, sensores remotos, observación satelital-
condiciones polinización, crecimiento vegetativo, Generación de nuevos materiales (mayor
Genómica, Bioinformática, Transgénesis
medioambientales: fructificación, contenido y calidad de eficiencia fotosintética)
humedad, luz (calidad metabolitos)
y cantidad), Uso de agricultura de precisión y SIG
precipitación, vientos,
temperatura. - Pérdidas de biodiversidad Establecimiento de bancos de germoplasma
Generación de materiales tolerantes o
- Aumento de plagas y enfermedades resistentes
conocidas y aparición de nuevas
Desarrollo de sistemas eficientes de diagnóstico
Desarrollo de sistemas eficientes de preparación
- Implementación obligatoria de
de áreas, control de enfermedades, erradicación,
Alteración de la calidad políticas de cero quemas.
etc.
del aire (contenido de
CH4 y CO2) - Revaluación de sistemas animales
Desarrollo de sistemas mecanizados de cosecha
en labores de siembra y cosecha.
9
(Rocha, 2009)

10. 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).

11. Sistemas productivos sostenibles Propósito
(social, económico, ambiental)
Interacción
Decisión política Implementación de políticas Elección del agricultor institucional
Biotecnología: Bioseguridad: Biotecnología:
IICA no está a
mucho más que Expresión de la complemento y
favor o en contra Postulados
transgénesis soberanía de los fundamento de
de una tecnología IICA
países frente a la las diversas
“Ómicas”: Genómica, particular
Proteómica, Metabolómica biotecnología formas de
Bio- (transgénica) agricultura
Transgénesis
informática Tecnologías
limpias
Radio- Marcadores
actividad moleculares limpia transgénica
Tecnología Tecnología No
Aceptación
nuclear transgénica Aceptación
Fermentación Bio-reactor convencional orgánica
Tecnologías
Cultivo in Basada en conocimiento
Hibridación convencionales
vitro tradicional
Conocimiento científicamente validado y tecnologías disponibles Innovación
tecnológica
Otras disciplinas: Ingenierías Derecho Economía Estadística Informática Comunicación
Base científica
Biología celular Fisiología y técnica
Ciencias biológicas: y molecular
Genética Bioquímica Ecología
vegetal
Microbiología
Rocha, 2011. ComunIICA 8(Enero-Julio):23-31 11

12. (Biotecnología ) Biofertilización
(compost)
Control
Fermentación biológico
Crioconservación
Bioreactores
Biocontrol
(productos
naturales)
Biocombustibles
Generación Cultivo Regeneración
de haploides in vitro
Transgénesis Metabolómica
Clonación /
Inducción Limpieza
Micro-
de variación biológica
propagación Proteómica
somaclonal
Transcriptómica
Hibridación
-Fitomejoramiento-
Genómica “Ómicas”
Inducción de
mutaciones
Marcadores
Radioisótopos Moleculares
y Radiación Tipo I: isoenzimas, RFLP,
Tipo II: Basados en PCR (RAPD,
AFLP, SSR) Bioinformática
Tipo III. Basados en secuenciación
(SNP, SSCP)
Técnica de
insecto Estéril 12

13. Área Global de Cultivos Transgénicos en 2011
Área (Millones de ha)
Basado en: James, C. 2011. Executive summary. Global status 13
of commercialized biotech/GM crops:2011. Brief 43.

14. Estado Cultivos Orgánicos 1985-2010
Fuente: Willer, H.; Kilcher, L (Eds.), 2012. The World of Organic Agriculture - Statistics and Emerging Trends 2012. Research 14
Institute of Organic Agriculture (FiBL), Frick, and International Federation of Organic Agriculture Movements (IFOAM), Bonn

15. Estado Agricultura Transgénica en 2011
• Costo estimado de descubrimiento, desarrollo
y autorización de un nuevo evento: 136 M
USD y 13,1 años. (McDougall, 2011) -– Y el de un 140 136
agroquímico 256 M USD y 9,8 años (McDougall,
2010) - 120
• Costo reportado para evento en Brasil: 3,5 M
USD y 10 años. (Fuente: Francisco Aragao, Embrapa). 100
Millones USD
180 80
160
160
60
140
Millardos USD
120 40
100
20
80
3,5
60 0
GM-Priv GM-BRA
40
20 13,2
0,136 0,0035 Basado en:
0 - 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
15
authorisation of a new plant biotechnology derived trait. A consultancy study for Crop
Life International.

16. Avances en Bioseguridad para ALC
Empresa
Formularios
Documentación
Pagos
Técnico
CTNBio (Biológico y
Ambiental)
Evaluaciones
Investigación Análisis de riesgo BIO-
SEGURIDAD
Expertos
Expedientes
Político
Económico (Social,
Ambiental)
Conceptos
SI
Ministro
Implementación
Resolución de
aprobación
16

17. Biodiversidad: Objetos de estudio de la
biotecnología
Recurso Biológico:
BIODIVERSIDAD • “Individuos, organismos o partes de estos,
poblaciones o cualquier componente biótico de
Ecosistemas valor o utilidad real o potencial que contiene el
Organismos y Poblaciones recurso genético o sus productos derivados”
Órganos y Tejidos (CDB, 1992)
Genes
Recurso Genético:
Proteínas
• “Todo material de naturaleza biológica que
Metabolitos
contenga información genética de valor o de
utilidad real o potencial”. (CDB, 1992)
• Incluye recursos fito- y zoo-genéticos y
microorganismos.
17
Rocha, 2009

18. 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.
18
Rocha, 2009

19. Biotecnología y recursos genéticos para la mitigación y
adaptación de la agricultura al cambio climático
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.
19

20. Comentarios Finales
• 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.
20

21. Comentarios Finales
• 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.
21

22. Contactos
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
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