Investigación Científica
De acuerdo al Estatuto Académico del ECOSUR, dentro de mis actividades principales está la de realizar proyectos de investigación científica.
Los proyectos en los que me he enfocado comprenden cultivos tropicales perennes o de plantación. Principalmente forestales como cedro rojo, caoba, primavera, jícaro, ciricote y maculís. Pero también he realizado algunos trabajos con cultivos industriales como palma africana, Agave tequilana, y cultivos ornamentales como heliconias, gingers, entre otras especies.
A continuación presento varias de las herramientas que aplico en mi labor.
Selección natural y domesticación
En primera instancia de eligen individuos superiores en campo, se hacen índices de sitio o se califican respecto de un ideotipo. Una vez seleccionados los árboles superiores se propagan por semilla o vegetativamente y se evalúan.
Los materiales propagados que se desea evaluar, son establecidos en un mismo ambiente y se mide su desempeño (velocidad de crecimiento, volumen, biomasa, etc.) estando bajo la misma condición ambiental.
Usando los datos de dendrometría derivados de estos ensayos, junto con datos provenientes del análisis genético de los materiales, se puede recomendar el uso de ciertas procedencias para la propagación vía semillas o vía vegetativa. La toma de decisiones educada relativa a cuáles árboles o zonas pueden ser usados como semilleros contribuye a la conservación de la diversidad genética intraespecífica.
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Derivado de estos ensayos se identifican áreas y se establecen rodales semilleros certificables.
Propagación vegetativa y rejuvenecimiento
La propagación vegetativa es una de las maneras más eficientes de mejorar la genética de una plantación. Para el caso de forestales la propagación de individuos superiores brinda la posibilidad de multiplicar rápidamente estos individuos. Al emplear tejidos como propágulos se conserva la integridad genética del material que se expresó en las características agronómicas de interés.
Con el fin de potenciar la propagación vegetativa se tiene que recurrir en ocasiones al rejuvenecimiento de varetas procedentes de materiales adultos. Una de las estrategias para lograr el rejuvenecimiento consiste en la injertación de varetas de material adulto en portainjertos jóvenes. Esta estrategia ha demostrado ser efectiva en muchas especies forestales para establecer huertos clonales.
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Tecnología para establecer huertos clonales y para propagación vegetativa por varetas
Micropropagación de árboles adultos
El cultivo in vitro de tejidos vegetales o micropropagación puede ser empleada para propagar de manera masiva y bajo condiciones controladas aquellos materiales de mayor importancia. Las bondades de esta tecnología permiten la multiplicación rápida y en espacios reducidos de miles o millones de plantas al año. Debido a que las plantas producidas por este método provienen de multiplicación vegetativa, todos los propágulos y plantas derivadas tendrán la misma carga genética.
Empleando herramientas de cultivo de tejidos se logró establecer protocolos repetibles de propagación de individuos maduros combinando injertación con ciclos sucesivos cultivo in vitro. De esta manera la propagación clonal de árboles superiores puede aplicarse de manera masiva ya que se depende de solo pocas varetas de un árbol donante para producir potencialmente millones de plantas con el mismo genotipo en cortos periodos de tiempo.
Un factor clave es la ingeniería para el escalamiento del proceso reproductivo para un buen manejo de una biofábrica de producción de planta.
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Métodos de propagación clonal masiva para el establecimiento de plantaciones comerciales
Embriogénesis somática
Esta herramienta del cultivo in vitro de plantas permite que un tejido produzca embriones artificiales. Con ello, se pueden producir una gran cantidad de embriones con la misma carga genética en tiempos muy cortos. Los embriones después se desarrollan hasta producir plantas completas.
La propagación vegetativa mediante embriogénesis somática es empleada también para reducir costos en los procesos de micropropagación ya que mediante esta vía se elimina mucha de la mano de obra, se reduce el número de contenedores para multiplicar los embriones y con ello se reducen los espacios de laboratorio e incubadores requeridos para el proceso propagativo.
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Desarrollo de semillas artificiales para conservación de germoplasma forestal.
Caracterización genética mediante marcadores moleculares
Analizando el genoma de los árboles, es posible determinar cuáles y cuántos de estos individuos son necesarias incluir en un programa de mejoramiento para que se asegure que se está representando adecuadamente el germoplasma de la población original.
La reforestación o la restauración que se hace sin tomar en cuenta estas variables lejos de ayudar a mejorar los rendimientos o la recuperación de las poblaciones, contribuye de manera muy seria a su erosión genética. Entre más pequeña sea la diversidad genética en una población, se incrementa el riesgo de pérdidas masivas de individuos ante la presencia de plagas, sequías, inundaciones, enfermedades o cualquier otro agobio ambiental o biológico.
Aplicando herramientas como los marcadores moleculares, es posible cuantificar la diversidad de la población original y con ello tomar decisiones adecuadas para un manejo del germoplasma que conserve o incluso incremente su riqueza en la población mejorada.
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Estudios de diversidad genética con planes de manejo de la biodiversidad incluidos en programas de mejora genética.
Estudio del microbioma forestal
Los microorganismos que componen la flora endófita natural de cualquier planta es un componente que ha sido muy escasamente analizado. De la misma manera como nuestro microbioma afecta y modula muchas de nuestros estados fisiológicos, en las plantas muchos fenómenos están ligados al balance que mantienen las bacterias que contienen. Por ejemplo se sabe que muchas bacterias endófitas regulan la producción de fitorreguladores de crecimiento, fijan nitrógeno, regulan positiva o negativamente el desarrollo de fitopatógenos y la producción de alelopáticos; entre muchas otras funciones.
En Agave tequilana, por ejemplo trabajé en la identificación de bacterias, que son capaces de modular el estado fitosanitario de las plantas que lo portan.
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Aislados bacterianos de cepas funcionales para un mejor desempeño de individuos en campo
Estudios sobre el manejo del microbioma vegetal y su impacto en la biodiversidad del suelo y acuíferos relacionados
Ingeniería genética, modificación de cloroplastos y biología sintética
El uso de herramientas biotecnológicas modernas como la ingeniería genética, la trasplastómica, la biología sintética y los nuevos sistemas de edición del genoma de plantas como las nucleasas CRISPR, son particularmente importantes para el mejoramiento genético de especies forestales.
Los esquemas tradicionales de mejoramiento son demasiado lentos e imprecisos. Ello, junto con la carencia de variedades en las que exista una característica deseada como la resistencia a plagasm sequía o calidad de madera, hacen prácticamente imposible el desarrollo de nuevas variedades.
En cambio, con la posibilidad de transferir puntualmente genes de interés, existe la posibilidad de generar variedades resistentes o con nuevas características. Particularmente me encuentro interesado en la generación de árboles de cedro rojo (Cedrela odorata) resistente al ataque del barrenador Hypsipyla grandella.
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Vectores moleculares para la modificación de cloroplastos de especies forestales
Variedades de cedro rojo resistentes al barrenador de las meliáceas