Plataforma de Fenómica del CIAT

Lo que hacemos

Desde 2011, la Plataforma de Fenómica del CIAT ha permitido a los científicos usar métodos cuantitativos y cualitativos rápidos y sencillos para evaluar el crecimiento y desarrollo de las plantas. Esto facilita la observación detallada y la medición de los diferentes rasgos que resultan de la expresión de características genéticas de las plantas, tanto físicas como conductuales, ya que tal expresión es influenciada por factores ambientales externos.

El objetivo general de la Plataforma es caracterizar el fenotipo de los cultivos para contribuir a la agricultura eco-eficiente.

Gracias a la estrecha colaboración y apoyo de sus socios y colaboradores en todo el mundo, el CIAT ha implementado un conjunto de equipos de alta tecnología en su sede principal – ubicada en Palmira, Colombia – que son operados por investigadores calificados y especializados.

La fenotipificación, el objeto de estudio de la fenómica, es el área de la biología que ayuda a entender la compleja interacción entre el genotipo (la información genética de la planta) y el entorno (las condiciones ambientales y de manejo), ya que estos determinan el fenotipo (características físicas, rendimiento, tolerancia al estrés, etc.).

Cómo lo hacemos

Para monitorear cultivos de una forma eficiente y precisa, la plataforma de fenómica consta de la siguiente infraestructura y equipos: invernaderos movibles, parcelas bajas en nitrógeno, geo-radar, escáner láser terrestre, cámaras infrarrojas, cámaras multiespectrales y drones.

La Plataforma de Fenómica facilita los procesos de evaluación y diagnóstico de los cultivos, reduciendo así el trabajo manual planta por planta a lo mínimo – una tarea que antes tomaba días enteros e involucraba el trabajo de varias personas – para convertirse en una actividad realizada en un corto tiempo usando equipo de alta precisión, desde donde se analizan los datos con la ayuda de software especializado.

Refugios móviles antilluvia

Estas estructuras móviles equipadas con tecnología que controla con precisión el nivel de agua de los cultivos, lo cual es un factor clave para el futuro de la agricultura, en vista de los retos que plantea el cambio climático. Estos invernaderos simplifican la evaluación de la tolerancia a la sequía en las plantas.

El CIAT tiene cuatro refugios móviles antilluvia equipados con sistemas de riego automático, que se utilizan para promover el desarrollo y adopción de sistemas de producción de arroz con un bajo consumo de insumos en América Latina, mediante el mejoramiento genético y tecnologías de manejo avanzado de los cultivos. Los refugios también se usan para llevar a cabo estudios de tolerancia a la sequía en plantas de fríjol.

Parcelas de omisión de nitrógeno

Estas son zonas piloto cuyo fin es la evaluación de los cultivos y su uso de fertilizante. Aquí, los ensayos son especialmente diseñados para evaluar el desempeño y rendimiento de las variedades de arroz en lo que concierne a su eficiencia en el uso de nitrógeno y agua.

Como resultado de la alianza formada en 2008 por la Fundación Africana para las Tecnologías Agrícolas (AATF), Arcadia Biosciences con sede en California, el Recurso Público de Propiedad Intelectual para la Agricultura (PIPRA), los Institutos Nacionales de Investigación Agrícola (INIAs) de Uganda, Ghana y Nigeria en un proyecto financiado por la Agencia de Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID), el CIAT escanea y valida el mejor desempeño de las variedades de arroz, en términos de su eficiencia en el uso de nitrógeno, identificando variedades élite para incluirlas en pruebas en campo en África subsahariana, en donde la producción de arroz está en manos de pequeños productores, que tienen que sobrellevar las condiciones de sequía y suelos salinos, deficientes en nitrógeno.

Geo-radar y escáner láser terrestre, dos instrumentos de teledetección

Con la aparición y las dimensiones de una podadora y un pasado asociado con la detección de objetos enterrados, o la búsqueda de estructuras ocultas, el geo-radar ofrece ventajas para el estudio de características de las raíces de las plantas en múltiples ocasiones durante todo el ciclo de crecimiento, sin tener que cosecharlas o destruirlas.

Entretanto, el escáner láser terrestre cuenta con la emisión activa de una luz láser que puede usarse para calcular biomasa, rendimientos y la estructura de un cultivo.

Este instrumento puede convertirse en una herramienta no invasiva para complementar el geo-radar en la detección de aumentos en el volumen de las raíces en cultivos como la yuca, en el que el Instituto Internacional de Agricultura Tropical (IITA) y el CIAT – dos centros CGIAR hermanos – comparten un interés de investigación para liberar cultivares e híbridos de alto rendimiento, producto de un aumento temprano en el volumen de las raíces.

A través de alianzas con universidades como Texas A&M, y compañías, como IDS North America, el CIAT usa actualmente la teledetección para llevar a cabo un estudio profundo de las características de las raíces para aumentar la productividad de las plantas, en especial aquellas que deben sobrellevar bajos niveles de nutrientes y agua. Estas herramientas permiten múltiples mediciones en el campo en una gran cantidad de plantas durante todo su ciclo de crecimiento.

Drones y cámaras multiespectrales

Los drones son aparatos voladores no tripulados, pequeños y livianos operados por control remoto, equipados con hélices y guiados por GPS, que constituyen elementos claves de la Plataforma de Fenómica. Estos instrumentos permiten a los científicos capturar imágenes de extensas parcelas de tierra desde diferentes ángulos y en minutos, con el fin de monitorear el desarrollo de los cultivos.

Los drones portan cámaras con sensores infrarrojos y multiespectrales que capturan imágenes durante el vuelo, que posteriormente son analizadas y correlacionadas con indicadores físicos y químicos para facilitar la evaluación y diagnóstico fisiológico de los cultivos, así como tomar decisiones en casi tiempo real. Esto ayuda a los mejoradores a seleccionar aquellas variedades que muestran un mejor desempeño bajo diferentes tipos de estreses bióticos y abióticos.

Actualmente, en la sede principal del CIAT, ubicada en Colombia, los drones se usan para sobrevolar ensayos en campos de arroz y yuca para capturar imágenes de las variaciones en color, un indicador clave de los niveles de nitrógeno dentro de la planta y la pérdida de agua. Una tarea que ha sido posible gracias a la alianza entre el Centro y Japón, a través del proyecto Alianza de Investigación en Ciencia y Tecnología para el Desarrollo Sostenible (SATREPS), apoyado por la Agencia de Cooperación Internacional del Japón (JICA) y la Agencia de Ciencia y Tecnología del Japón (JST), así como por colaboradores como el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR) de Colombia, la Federación Nacional de Arroceros (Fedearroz), el Fondo Latinoamericano para Arroz de Riego (FLAR), la Universidad del Valle y la Universidad de Tokio. Todas estas entidades ven esta tecnología como el medio para acelerar el desarrollo de nuevas variedades de arroz.

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