Conocimiento y conservación de recursos genéticos vegetales en la Amazonia colombiana

Guillermo Vargas Avila; Lorena Quintero Barrera; Olga Lucia Rodriguez Acuña; Hernando Perez Eslava, Fernando Garzón Cala32

Los recursos genéticos vegetales comprenden la diversidad vegetal y la variación genética presente en las plantas de uso actual o potencial para la especie humana; incluyen cultivares primitivos, variedades tradicionales cultivadas, cultivares modernos, híbridos y otros materiales genéticamente desarrollados por mejoradores, como también las especies silvestres (incluidas las especies afines a las cultivadas) y especies que podrían proporcionar servicios a la agricultura y al medio ambiente (de Vicente y Fulton, 2003). Estos recursos no son simplemente los genes codificados en el ADN de las plantas útiles, sino expresiones genéticas particulares de los genes que se han reconocido y seleccionado (Martín y colaboradores, 2001).

Con la variación genética las especies vegetales tienen la habilidad de adaptarse a las condiciones cambiantes del medio ambiente, incluidas las nuevas enfermedades, pestes y el clima. Sin embargo, procesos como la deforestación, la praderización, la especialización en un número reducido de especies vegetales para la alimentación, las actividades de urbanización y cambios en las prácticas agrícolas, hacen que gran parte de estos recursos genéticos estén desapareciendo.

La preocupación global por la pérdida de estos recursos originó y promovió hacia 1996 el Plan de Acción para la Conservación y Uso Sostenible de los Recursos Genéticos Vegetales para la Alimentación y la Agricultura. El Plan ha establecido cuatro áreas de actividad prioritarias, que han servido para facilitar la aplicación del Programa 21 y del Convenio sobre la Diversidad Biológica: i) Conservación y Mejoramiento in situ, ii) Conservación ex situ, iii) Utilización de los Recursos Fitogenéticos, y iv) Instituciones y Creación de Capacidad Técnica.

En Colombia estas directrices se han aplicado, con avances importantes en varios Institutos, Universidades y Centros de Investigación, sin embargo hay poco cubrimiento en lo que respecta a las especies potenciales de la región Amazónica, situación originada por la dependencia en los cultivos mayores para la alimentación humana y animal, cuya simplificación de siembra los ha favorecido.

La Región Amazónica debe ser considerada como un área estratégica nacional para el conocimiento y valoración de sus recursos genéticos, es considerada centro de origen de varias especies actualmente cultivadas p.e. ají, cacao, caucho, yuca, y sería posible encontrar nuevos genes o combinaciones de éstos que podrían ser útiles en el mejoramiento de las especies cultivadas, además en la región habitan etnias que durante milenios han domesticado plantas para su subsistencia, no solo para su alimentación, también con potencial nutracéutico y terapéutico e industrial y que permanecen aun desconocidas para el resto del mundo.

2.2.6.1 Situación Actual

El estudio de los Recursos Genéticos Vegetales de la Amazonia Colombiana ha involucrado vínculos con las comunidades de indígenas y colonos, con los cuales se han identificado especies potenciales y la

promoción de éstas en los diferentes sistemas de producción de ellas. Asimismo, factores como el aumento de la deforestación de los bosques y la frontera agrícola producto de la ganadería extensiva y de las áreas de cultivo no lícitos, han permitido identificar un descenso en los recursos existentes en peligro de erosión genética para algunas especies y la necesidad de elaborar estrategias de conservación complementarias, como la constitución de colecciones y bancos de germoplasma.

En la actualidad dentro del Instituto SINCHI el área de Recursos Genéticos Vegetales Amazónicos está guiada por el Plan de Acción Mundial de acuerdo a la capacidad y las políticas institucionales. Se ha logrado identificar especies que actualmente están constituidas en colecciones y bancos de germoplasma.

Dentro de los lineamientos propuestos para el estudio de estos el Instituto adelanta actividades que conducen a su conocimiento de los recursos genéticos vegetales amazónicos, es así que como en la fase inicial en todas las colecciones y bancos de germoplasma se han realizado los estudios de caracterización molecular y evaluación morfoagronómica, y para el caso de especies promisorias se han adelantado análisis bromatológicos y fisicoquímicos (Vargas, 2003), que han permitido clasificar los diferentes, individuos en grupos homogéneos que pueden ser posteriormente tipificados y seleccionados igualmente se ha llevado a cabo procesos de propagación y multiplicación para ser promocionados en los diferentes sistemas de producción y como materiales sobresalientes para los procesos de mejoramiento.

Dentro de los procesos de propagación y multiplicación se han utilizado herramientas como el cultivo de tejidos vegetales in vitro, y su uso en el futuro para la conservación ex situ. Estas técnicas junto con las convencionales ofrecen la posibilidad de conservar especies con semillas recalcitrantes, bajas tasas de propagación vegetativa, susceptibles a ataques de plagas y enfermedades y amenazadas o en vía de extinción. Se han desarrollado investigaciones en el establecimiento y regeneración in vitro en las especies frutales: Borojó, Inchi, Arazá, Anón amazónico (Vargas, 2003) y Copoazú (Hernández et al, 2005), siendo estudios pioneros de especies leñosas de la región amazónica.

Más de cuarenta especies amazónicas e introducidas se encuentran en diferentes procesos de domesticación, conocimiento y multiplicación en los bancos y colecciones de germoplasma ex situ en la estación experimental del instituto Sinchi en el departamento del Guaviare, en el laboratorio de biotecnología en Bogotá y en fincas de agricultores en el departamento del Caquetá, Guaviare, Vaupés y Amazonas. 2.2.6.2 Bancos de germoplasma

Los bancos de germoplasma ex situ e in vivo con los que cuenta el Instituto son de dos tipos: 1) los bancos de germoplasma ex situ, in vivo e in vitro y 2) Los bancos de germoplasma ex situ, in vivo y activos (caso de los materiales de especies con semillas recalcitrantes, establecidos en parcelas de campo y que permanentemente producen semillas como una forma de perpetuar y estudiar la especie los cuales se encuentran en Guaviare y Caquetá).

Estos bancos responden a los requerimientos básicos para su catalogación como tal ya que son producto de una colecta sistemática de semilla sexual de materiales silvestres o cultivados en diferentes localidades de los cuales se posee información del individuo, la especie y sitio (ambiente) de colecta, denominada datos

de pasaporte o entrada. El Instituto Sinchi cuenta con cinco Bancos de Germoplasma Activos in vivo y exsitu.

Ají: Capsicum spp. (L.)

Es una de las especies amazónicas mas reconocidas, su constitución se inició en 1999 con la proyecto cofinanciado por COLCIENCIAS: “Colecta, Caracterización y Conservación de especies promisorias de la Amazonia colombiana pertenecientes al género Capsicum para su conservación y uso”. Hoy el banco de germoplasma cuenta con las 5 especies cultivadas: C. annuum, C. frutescens, C. chinense, C. pubescens y C. baccatum, que en total cuentan 340 accesiones33_{, fueron colectadas en los departamentos de Vaupés,}

Guainia, Putumayo, Amazonas, Guaviare y Caquetá. Las accesiones se mantienen en semilla a 4ºC y -20ºC. La totalidad de las entradas del banco cuenta con caracterización morfoagronómica, molecular por marcadores AFLPs y bioquímica por 5 sistemas enzimaticos (α,β esterasa, peroxidasa, 6-fosfogluconato, glutamato oxaloacetato y la enzima málica).

Los estudios moleculares indicaron la ausencia de materiales duplicados, y no hubo diferenciación de los materiales pertenecientes a las especies del complejo annuum-chinense-frutescens. Actualmente con el fin de evaluar la diversidad genética presente, se están aplicando marcadores moleculares microsatélites en 100 entradas del banco de germoplasma, junto con 50 materiales referencia de otros países.

El uso del cultivo in vitro, ha permitido la evaluación de metodologías para la inducción de germinación de semillas en accesiones cuya multiplicación es necesaria, y donde la propagación vegetativa sería útil para la recuperación de materiales en peligro.

Chontaduro: Bactris gasipaes (H.b.K)

Palma cuyos frutos se emplean para la alimentación humana y animal. El mesocarpio del fruto es rico en betacaroteno, y el aceite presenta altos contenidos de ácidos grasos no saturados. El banco se inició en los años de 1984 y 1985 con la colecta de razas nativas34 _{en Putumayo y Amazonas. Este banco se ha}

venido aumentando y consolidando con colectas en los años 1999 y 2000, en Vaupés y Guaviare, de razas que vienen manejando las comunidades indígenas. El banco se encuentra ubicado en parcelas de campo en la Estación Experimental del Guaviare. Los materiales genéticos o razas poseen estudios de caracterización morfoagronómica, bromatológica y fisicoquímica. Actualmente el banco esta conformado por 70 razas amazónicas que suman 400 individuos. La producción de semilla del banco activo ha permitido producir material vegetal para ser incorporado en sistemas agroforestales en aproximadamente 300 fincas de colonos.

Las razas que se encuentran en producción en el banco activo del Instituto responden en los tres grandes grupos de ecotipos Macro, meso y microcarpa según tamaño de frutos y contenido de harina o aceite (Villachica, 1996).

33 Accesión: Muestra de una planta, línea o población mantenida en un banco de germoplasma o programa de mejoramiento para conservación y uso. También, una muestra de germoplasma que representa la variación genética de una población. Conocida también como entrada (Jaramillo y Baena, 2000).

34 Raza Nativa: Población genética y fenotípicamente variable comúnmente desarrollada por selección del agricultor. Se caracteriza por su adaptación a las condiciones del lugar donde se desarrolló. Se mantiene de generación en generación como patrimonio familiar y constituye una fuente de variabilidad genética para el mejoramiento de los cultivos (Baena y colaboradores, 2003).

El banco de germoplasma presenta algunas ventajas competitivas ya que se tiene una alta variabilidad genética producto de la polinización cruzada que ocurre en esta especie por el fenómeno de incompatibilidad entre flores masculinas y femeninas de la misma palma, es decir, es una especie alogama obligada sin ser dioica. Esto da mayor viabilidad a los estudios de propagación y multiplicación vegetativa y micropropagación de los materiales más promisorios del banco activo, con fines de mejoramiento genético de materiales para la producción de frutos y/o palmito.

Inchi: Caryodendron orinocense (Karsten)

Nuez utilizada por las comunidades indígenas en diferentes modalidades: como alimento y como combustible, especie promisoria por sus cualidades de alta producción de aceite rico en ácidos grasos poliinsaturados (caso de linolénico y linoleíco), similar al aceite de oliva; después de extraído el aceite queda como residuo una torta, rica en proteínas, vitaminas y minerales de importancia para consumo humano y animal (Jiménez y Bernal, 1989).

El establecimiento del banco se inició hace mas de 20 años, con la entonces Corporación Araracuara a través de un proyecto financiado por DAINCO-CASAM, y posteriormente a partir del año 1997 ha sido enriquecido con colectas en regiones de dispersión natural de la especie como el pidemonte del Meta, Putumayo, Caquetá y el ecotono guaviarense, con el apoyo de los proyectos: “Consolidación de bancos de germoplasma y producción de material vegetal de especies promisorias como soporte al desarrollo de sistemas productivos alternativos a la sustitución de cultivos ilícitos” , “Caracterización y selección de germoplasma para la selección sexual y asexual de especies nativas promisorias con características fitosanitarias y fenotípicas deseables” financiados por el Programa Nacional de Desarrollo Alternativo PNDA y el proyecto BPIN “Colecta, caracterización de recursos genéticos amazónicos” en el 2006.

En la actualidad el banco está conformado por 55 ecotipos35 _{con edades que oscilan entre 5 y 9 años en}

parcelas de campo en la Estación Experimental del Instituto SINCHI en San José del Guaviare. Los estudios realizados hasta la fecha se refieren a la caracterización molecular para los 55 ecotipos y morfológica de todos los individuos del banco activo, análisis de crecimiento vegetativo, igualmente se han adelantado análisis bromatológicos al 20% de los 300 individuos que lo conforman.

Los análisis moleculares a través de marcadores tipo RAPDs, evidenciaron una posible diferenciación genética de materiales procedentes de los departamentos de Meta y Putumayo. Ninguno de los materiales evaluados evidenció ser duplicado. Con los resultados de los estudios moleculares se plantea enriquecer el banco con materiales de otras regiones amazónicas que las cuales no estan bien representadas con el fin de enriquecer la variabilidad genética del mismo.

La caracterización morfologica mostró que después de 9 años se observa una alta variabilidad genética entre y dentro de ecotipos, los árboles alcanzan una altura promedio de entre 5 y 9 m., una altura comercial entre 1 y 2.5 m., la sobrevivencia es del 90% y solo el 15% de los individuos han iniciado la fase reproductiva, de estos el 90% son femeninos.

35 Ecotipo: Poblaciones de la misma especie que difieren unas de otras por las características fisiológicas y algunas veces morfológicas. Es decir, un grupo de plantas de una misma especie adaptadas genéticamente a un ambiente particular bien definido (Vargas, 2003).

Una vez identificados los árboles femeninos se iniciaron los trabajos de propagación vegetativa por estacas y acodos en forma exploratoria en la estación experimental y de micropropagación por cultivo de tejidos in vitro en el laboratorio de Bogotá con un buen rigor científico, los resultados no son determinantes por ahora, pero permiten generar una expectativa muy importante para la solución al problema de diocidad o diecia de la especie y así mejorar las técnicas y definir los protocolos de propagación asexual como un aporte grande a la domesticación de la especie, con fines comerciales en la producción de aceites en el mundo.

Anones amazónicos: Annona montana (Macf) y Rollinia mucosa (Jacq.) baillon.

Se conocen como guanábana cimarrona y anón amazónico respectivamente, además del aprovechamiento de sus frutos, la especie Rollinia mucosa es conocida por el uso en la medicina tradicional para el tratamiento de tumores.

Este banco activo de germoplasma se estableció entre los años de 1999 y 2002, en la Estación del Guaviare producto de la colecta realizada en diferentes unidades fisiográficas del departamento (tierra firme y vega de rio) y Vaupés. Se tienen caracterizaciones morfoagronómicas de todos los individuos de los 14 ecotipos colectados y análisis bromatológicos de frutos de Rollinia y Annona, con resultados interesantes para futuros programas de mejoramiento por ser especies de una gran producción de frutos y buena adaptación a condiciones de bosque húmedo tropical y aprovechamiento medicinal de la corteza del tallo en el caso de Rollinia.

En la evaluación agronómica se pudo observar que todos los ecotipos de Rollinia mucosa iniciaron la fase reproductiva a los tres años de siembra en sitio definitivo y los de Annona montana a los cuatro años. Con una producción hasta de 35 frutos por árbol y por año. Esta condición ha permitido producir material vegetal a partir de semilla sexual para su incorporación en parcelas agroforestales en fincas de agricultores del Guaviare.

En R. mucosa se ha evaluado la propagación vegetativa in vitro a partir de material juvenil, obteniéndose un protocolo de propagación reproducible. Esta especie no solo es promisoria como frutal, la producción de metabólitos secundarios de interés nutraceútico la hace de interés para trabajos posteriores empleando esta metodología.

Cacao: Theobroma cacao (L)

Especie amazónica generadora de energía, proteínas y minerales. Bebida de gran consumo en Colombia por todos los estratos poblacionales y de gran importancia en la chocolatería mundial.

El desarrollo de la especie en el sistema de producción agroforestal en Colombia representa un reglón sobresaliente en la agroindustria de algunos departamentos del País, más no en la Amazonia en donde se han introducido materiales mejorados con problemas del orden fitopatológico, producto de las condiciones de alta humedad y baja fertilidad de suelos no aluviales en el bosque húmedo tropical.

Con base en esta problemática del cultivo en diferentes subregiones de la Amazonia colombiana, se propuso la colecta de los materiales nativos y/o silvestres para dar inicio al proceso de conocimiento e identificación de la variabilidad genética de la especie en cuanto a la tolerancia y/o resistencia a problemas de enfermedades como la moniliasis.

El Instituto inició el proceso de colecta y establecimiento del banco activo de germoplasma de cacao nativo (silvestre) en los departamentos de Guaviare y Vaupés en los años 1999, 2000 y 2004. En la actualidad cuenta con 25 ecotipos y más de 160 individuos entre T. cacao, T. subicanum y una esterculiaceae del género herrania, los cuales están caracterizados y evaluados morfoagronómicamente. Los individuos de estos materiales genéticos iniciaron la fase reproductiva después de cuatro años, este fenómeno pudo ser bien por efecto del sombrío de dosel (más del 40%) o bien por genética.

Actualmente el 90% del material produce frutos y no ha presentado problemas de daño por moniliasis ni ningún otro problema fitopatológico, en parte por el manejo de producción limpia que se viene dando al cultivo (fertilización orgánica y aplicación periódica de caldos trofobióticos como medida preventiva a las plantas de cultivo.

2.2.6.3 Colecciones de germoplasma

Para el caso del Instituto Sinchi en particular, las colecciones de germoplasma se refieren a las especies establecidas inicialmente como cultivo promisorio o especies con un número reducido de procedencia o entradas, las cuales presentan algún grado de variación entre individuos del cultivo o de ecotipos en cuanto a morfología de frutos, hojas, habito de crecimiento de la planta y diferentes tasas de crecimiento vegetativo y/o reproductivo.

Con base en la información de las variables de la caracterización morfológica y evaluación agronómica de los individuos en cada especie o cultivo, se realizaron análisis de componentes principales (ACP), utilizando el procedimiento FACTOR (METHOD= PRINCIPAL), del paquete estadístico SAS (Statistical Análisis System). Esta metodología estadística que permite reducir la dimensionalidad de un conjunto de datos correspondientes a un grupo de variables que presentan un diferente grado de correlación o asociación, generan un conjunto de variables nuevas no correlacionadas las cuales se denominan componentes principales (CP), que son combinaciones lineales de las variables originales.

Con un número reducido de componentes principales se puede representar adecuadamente la variabilidad existente en las variables originales; para este estudio y para cada una de las especies involucradas se seleccionó el grupo de componentes principales (características), que acumularan como mínimo el 85% de la variabilidad en el conjunto de datos original.

Con los componentes principales seleccionados para cada una de las especies se efectuó un análisis de conglomerados, mediante el procedimiento CLUSTER (algoritmo de WARD) del paquete estadístico SAS, con el propósito de clasificar los individuos en grupos homogéneos con base en las variables de la caracterización morfológica y agronómica, registradas e incorporadas en los respectivos análisis. De esta forma se consolidaron los grupos homogéneos independientes como un morfotipo para cada cultivo o especie. En la estación experimental de acuerdo al número de individuos evaluados para cada cultivo se tienen de seis a catorce morfotipos diferentes, es decir, una importante variabilidad fenotípica, que permitirá el desarrollo de procesos de mejoramiento de especies amazónicas con algún grado de domesticación.

En este tipo de germoplasma el Instituto cuenta con 6 colecciones de especies frutales y una forestal que se describen a continuación:

Copoazú: T. grandiflorum (Wild ex Spreng) Schum

Se incorporó a la estación experimental en el Guaviare como un cultivo amazónico promisorio por sus características potenciales de aprovechamiento de pulpas y coberturas para chocolatería. La siembra se inició en 1984 a partir de materiales en donación procedentes del departamento del Vaupés, Belem do para (Brasil) e Iquitos (Perú).

A partir de los tres años de edad hasta los diez se caracterizaron morfológicamente en su componente vegetativo y reproductivo cada uno de los individuos del cultivo. Una vez estabilizada la producción de frutos se realizaron las evaluaciones agronómicas, producción y productividad por planta, la cual ha alcanzado hasta 30 frutos por árbol por año, con un peso promedio que oscila entre 700 y 1500 gramos.

Con base en el análisis de conglomerados de las variables morfológicas y agronómicas de los 250 ejemplares, se consolidaron doce grupos homogéneos o morfotipos que representan la variabilidad fenotípica de la colección.

En cuanto a las caracterizaciones moleculares por medio de marcadores moleculares RAPDs y AFLPs, los resultados no mostraron diferenciación genética de los materiales por procedencia, evidenciando así que el germoplasma inicialmente fue establecido como una colección de trabajo, así como necesidad de enriquecer el banco con nuevos materiales colectados en la región amazónica.

Ya consolidada la colección de germoplasma, se han adelantado análisis bromatológicos de los morfotipos