Para entender la forma en que los portainjertos interactúan con el suelo que normalmente los rodea, es útil cultivarlos desnudos.

Esa ironía no pasó inadvertida para Gennaro Fazio, que acaba de instalar un sistema aeropónico para el cultivo de cientos de portainjertos desnudos de manzana que son alimentados solo por una niebla rica en nutrientes en la estación de investigación del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos en Geneva, Nueva York.

“Es un sistema realmente limpio que puede ayudarnos a abordar muchas preguntas”, dijo Fazio, un genetista que dirige el programa de mejora de portainjertos de Geneva. Sin suelo y sin las bacterias, hongos, nematodos y otros microbios que lo habitan, es más fácil estudiar qué están haciendo exactamente las raíces y qué genes están activados y orientan su crecimiento.

Por cada portainjerto desnudo en el sistema aeropónico existe una copia genética que crece en el suelo en un experimento aparte y que estudia cómo los diferentes portainjertos interactúan con los organismos del suelo. Esas relaciones podrían explicar por qué algunos portainjertos son más susceptibles a las enfermedades transmitidas por el suelo y por qué otros parecen proporcionarle al esqueje un estímulo nutricional.

Todo esto es parte de un nuevo esfuerzo de investigación de 4.3 millones de dólares y cinco años para acelerar el desarrollo de portainjertos para huertos de manzana de alta densidad —con énfasis en la resistencia a los estreses del suelo y las enfermedades de replantación— además de mejorar su nutrición y horticultura. El esfuerzo, financiado por el USDA y dirigido por la experta en horticultura de la Universidad de Cornell, Lailiang Cheng, involucrará a 13 investigadores que dirigen pruebas de laboratorio y de campo en Nueva York, Washington, Utah, Michigan e Idaho.

“Lo que estamos tratando de hacer es mejorar la productividad del sistema”, dijo Mark Mazzola, patólogo del Laboratorio de Investigación de Árboles Frutales del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos en Wenatchee, Washington. Su papel en el proyecto consiste en observar cómo interactúan los portainjertos con los organismos del suelo, para determinar cómo los agricultores pueden aprovechar la biología que reside en los suelos de los huertos, a fin de poder usar de manera más eficiente la fertilidad que se añade al sistema o reducir patologías.

Hoy en día, la susceptibilidad de los portainjertos comerciales de alto rendimiento a las enfermedades de replantación y los estreses del suelo le cuesta a la industria manzanera de los Estados Unidos unos 300 millones de dólares al año. Mejores portainjertos y una comprensión más profunda de los beneficios ofrecidos por los diferentes portainjertos podría reducir las pérdidas en un 15 por ciento, de acuerdo con la propuesta de la subvención.

“La subvención está diseñada para profundizar en cómo los portainjertos de manzana hacen lo que hacen. Lo que es emocionante para mí es que me ayudará con el programa de mejora y cuando hayamos terminado, ayudará al agricultor a entender cómo pueden aprovechar los portainjertos en su propio campo”, dijo Fazio. “Por ejemplo, una de las características que estamos buscando es la absorción de calcio y la translocación de la variedad. Es un mineral tan importante para enfermedades y trastornos postcosecha”.

La raíz de la investigación

Hace aproximadamente una década, los agricultores comenzaron a notar que Honeycrisp injertada en el portainjertos Budagovsky 9 producía manzanas con menos picado amargo, dijo Dale Goldy, horticultor de Stemilt Ag Services. Esa observación condujo a la discusión por parte de científicos, en una reunión del Proyecto Regional de Investigación de Portainjertos NC-140, sobre cómo B.9 podría transportar más calcio del suelo al árbol y qué otros beneficios de los portainjertos podrían estar pasando desapercibidos.

De esta manera, un equipo de científicos y grupos interesados del sector se unieron para desarrollar un plan para promover la investigación y la mejora de portainjertos apodado “Root2Fruit”, dijo Goldy, quien forma del comité de partes interesadas de este esfuerzo. El objetivo es descubrir las ventajas genéticas que se esconden en el ADN de algunos portainjertos y que durante mucho tiempo han pasado desapercibidas en los programas de mejora centrados en el rendimiento y el tamaño. Una versión de la propuesta centrada en las manzanas finalmente recibió fondos en 2016 y la investigación comenzó este año.
“Todavía no sabemos exactamente qué vamos a averiguar, pero nuestro anhelo es estudiar los portainjertos que tienen beneficios hortícolas y nutricionales”, dijo Goldy. Agregó que Stemilt Growers de Wenatchee, Washington, plantará un huerto de prueba esta primavera como parte del esfuerzo.

El alcance de la subvención de cinco años incluye:

—Explotar los ensayos de campo existentes y plantar otros nuevos para examinar qué portainjertos proporcionan la mejor absorción de nutrientes, cuáles protegen contra los trastornos y cuáles pueden tolerar mayor salinidad y alcalinidad en el suelo.
—Estudiar los beneficios económicos que ofrecen las distintas opciones de portainjertos y las barreras económicas que impiden el establecimiento de nuevos portainjertos.
—Usar el análisis genético para identificar rasgos positivos y desarrollar pruebas de marcadores de ADN para orientar los esfuerzos de mejoramiento vegetal.
—Estudiar cómo los portainjertos susceptibles y resistentes a enfermedades de replantación interactúan con la comunidad microbiana del suelo.

¿Un sistema inmune en el suelo?

Estudiar la comunidad microbiana que rodea las raíces de los huertos puede parecer una cuestión independiente de la mejora de portainjertos resistentes a enfermedades, pero la realidad es que ambas materias pueden estar vinculadas intrínsecamente. En la zona de las raíces (o rizosfera) aparecen organismos entre los que se incluyen muchos patógenos, pero los científicos están aprendiendo que otros organismos protegen contra esos patógenos, como si fuese un sistema inmunológico silencioso para las plantas. Se alimentan de patógenos, producen antibióticos o simplemente compiten con organismos no deseados.

Tomemos en cuenta la enfermedad de replantación o fatiga del suelo. La causa de la enfermedad de replantación —un complejo de hongos y nematodos causantes de lesiones— ha sido debidamente establecida, pero no entendemos igual de bien cómo otros organismos combaten a los patógenos. Se ha demostrado que estimular estos microbios beneficiosos con harina de semillas de mostaza, mantillos y ciertos cultivos de cobertura ofrece un control más duradero de la enfermedad de replantación que la fumigación.

Pero Mazzola cree que algunos portainjertos también estimulan por sí mismos estos microbios beneficiosos. Las raíces de las plantas lo hacen al exudar productos químicos específicos, como azúcares o ácidos.

“Las plantas tienen la capacidad de usar estos organismos rizosféricos como primera línea de defensa. Entonces, la pregunta es: ¿cuáles portainjertos tienen una mejor capacidad para atraer a estas comunidades beneficiosas? Y la siguiente pregunta es, ¿cómo lo hacen?” dijo Mazzola. “Si podemos vincular (esa capacidad) con los marcadores de ADN, eso sería un avance significativo para el programa de mejora”.

En un proyecto relacionado financiado por la Comisión de Investigación Árboles Frutales de Washington, el equipo de Mazzola descubrió que los portainjertos Geneva 41, G.935 y Malling 9 desarrollan comunidades microbianas claramente diferentes. La investigación aún está en marcha, pero las diferencias podrían ser la razón por la que los portainjertos de Geneva tienen una mayor resistencia a la enfermedad de replantación.

La clave para traducir estos hallazgos en los huertos es comprender por qué ciertos portainjertos pueden atraer comunidades beneficiosas y por qué otros son más susceptibles a patógenos como los nematodos causantes de lesiones o el fuego bacteriano causado por la bacteria Erwinia amylovora. Resolver ese rompecabezas implica identificar microbios clave, determinar qué exudan las raíces para atraer o disuadir a los microbios, y luego averiguar qué genes hacen que la planta produzca esos compuestos.

Eso no es fácil, pero es exactamente lo que intentan hacer los experimentos pareados en los laboratorios de Fazio y Mazzola.

La secuenciación de ADN de alto rendimiento ahora les permite a los científicos catalogar todos los microbios presentes en una muestra de suelo, en lugar de simplemente detectar patógenos conocidos y comparar comunidades. En la actualidad, para comprender cómo los portainjertos influyen en esas comunidades, el laboratorio de Mazzola está recogiendo los diferentes químicos que las raíces exudan en el suelo y analizándolos para descubrir su composición y función.

Mientras tanto, el programa de mejoramiento vegetal de Fazio analizará el ADN de cientos de genotipos de portainjertos que se están cultivando en sistemas aeropónicos aislados. Al leer solo el ADN que se traduce en proteínas, Fazio puede averiguar cuáles genes relevantes están activados. Y cada genotipo —genéticamente distinto para cada portainjertos— se empareja con los portainjertos de las pruebas de Mazzola, de manera que, idealmente, se puedan determinar las relaciones entre los genes y cómo las plantas atraen a las comunidades de microorganismos que viven en el suelo.

Este campo emergente de la ciencia es fascinante, pero está muy lejos de obtener resultados en huertos, advirtieron Fazio y Mazzola. Primero, porque los ecosistemas del suelo son increíblemente complejos y variados, y segundo, porque se requiere mucho tiempo para cultivar manzanas y conseguir resultados de laboratorio que sean válidos en el terreno.

“A este esfuerzo le faltan años para llegar al campo y luego le faltarán más años para obtener respuestas porque estamos trabajando con un sistema perenne”, dijo Mazzola. “Los agricultores quieren saber, legítimamente, ¿esto aumenta el rendimiento? Pero deben comprender que lleva tiempo crecer los árboles para demostrar eso”.