Proyectos destacados

Producen nuevas variantes de café mediante mutaciones con agentes químicos

Uno de los objetivos del proyecto es establecer metodologías eficientes y aptas de cultivo in vitro en café que permitan el establecimiento de suspensiones celulares de café (Coffea arabica L. Catuaí).

Fuente:

Nombre del proyecto

Producción de nuevas variantes de café (Coffea arabica L.) mediante inducción de mutaciones con agentes químicos

Objetivo general

Generar variabilidad genética en café (Coffea arabica L.) mediante inducción de mutaciones con agentes químicos

Con el desarrollo de este proyecto de investigación, en un futuro los caficultores de todo el país, en especial de las zonas más afectadas por la roya del cafeto (Coto Brus, Pérez Zeledón, Turrialba y Valle Occidental), se podrían beneficiar al contar con variedades de café con resistencia a enfermedades fúngicas.

Objetivos específicos

  • Establecer metodologías eficientes y aptas de cultivo in vitro en café que permitan el establecimiento de suspensiones celulares de café (Coffea arabica L. Catuaí).
  • Desarrollar los procedimientos experimentales para la inducción de mutaciones en suspensiones celulares y semillas de café (Coffea arabica L. Catuaí) mediante agentes químicos.
  • Seleccionar in vitro aquellos posibles mutantes en caracteres asociados con la resistencia a la roya (Hemileia vastatrix)
  • Evaluar las características morfológicas de las plántulas de café regeneradas a partir de las suspensiones celulares y semillas tratadas con el agente químico.
  • Caracterización genética de las variantes de café (Coffea arabica L. Catuaí) generadas por la inducción de mutaciones con agentes químicos mediante RAPD (Amplificación aleatoria de ADN polimórfico).

Descripción del proyecto

El sector cafetalero costarricense ha enfrentado a una serie de problemas, tales como los efectos causados por enfermedades fúngicas (la roya y el ojo de gallo), el cambio climático, los bajos precios internacionales del grano y la antigüedad de los cafetales, que lo ha llevado a una crisis productiva.

En este sentido, la roya del café es la principal causa de la disminución de la cosecha 2013-2014.

Así por ejemplo, los daños provocados por la roya han sido severos y según cálculos del Instituto Costarricense del Café (ICAFE) esta enfermedad afecto cultivos en 60 cantones del país, especialmente en unas 60.000 hectáreas de las 90.000 sembradas en el 2012, lo cual representa un 64% de los cafetales del país.

En el 2013, datos del ICAFE revelaron que fue necesaria la poda de plantas en unas 14.592 hectáreas y renovar unas 5.140 hectáreas, debido al agotamiento de las plantaciones por el ataque de la roya. Lo cual indica que estas 19.732 hectáreas solo podrán recuperar su potencial productivo en el año 2015.

Por otro lado, datos del  Programa Cooperativo Regional para el Desarrollo Tecnológico y Modernización de la Caficultura (PROMECAFE), revelan que Costa Rica tuvo una pérdida de $14 millones en divisas, por la disminución de cosecha en el ciclo 2012-2013 y que en el mismo período se vieron afectados 43.000 caficultores y se perdieron 14.000 empleos en el sector.

Ante esta situación,  los caficultores y las autoridades nacionales han buscado alternativas con el fin de reducir el impacto provocado por enfermedades fúngicas, tal como la roya.

En café, a fin de desarrollar resistencia a la roya se requiere, en primera instancia, generar variabilidad genética (natural o inducida) y a partir de ello, hacer uso de técnicas eficientes que permitan identificar individuos resistentes. Por lo tanto, contar con variabilidad genética es el principal paso dentro de un programa de mejoramiento, la cual permite la selección de cultivares para diversos fines, como tolerancia a factores bióticos o abióticos, mayor rendimiento, contenido de proteínas o aceites, entre otros.

Así, en una primera etapa, se utilizarán las mutaciones inducidas para la generación de variabilidad genética en café. En una segunda etapa del proyecto, las líneas mutantes generadas serán seleccionadas bajo condiciones in vitro empleando como agente de selección un filtrado del hongo Hemileia vastatrix.

La combinación de estas metodologías permitirá obtener plantas resistentes a enfermedades fúngicas, tal como la roya, en un lapso de tiempo relativamente corto, en contraste con el requerido en un programa de mejoramiento convencional.

Las plantas generadas podrán ser transferidas, en una tercera etapa del proyecto, al Instituto Costarricense del Café (ICAFE) con el fin de realizar evaluaciones agronómicas en el campo.

Posteriormente, en una cuarta etapa del proyecto las plantas generadas podrán ser transferidas a los caficultores con el fin de renovar los cafetales con variedades más tolerantes a la roya.

 

Logros destacados

En el segundo año de ejecución del proyecto "Producción de nuevas variantes de café (Coffea arabica L.) mediante inducción de mutaciones con agentes químicos" se ha logrado avanzar en un 71% (esto es al sumar el avance de cada objetivo y dividirlo entre el total de objetivos).

Así, el objetivo 1 se cumplió en un 100% (esto es al sumar el avance de cada meta y dividirlo entre el total de metas). Los segmentos de hoja de café cv. Caturra y Catuaí se cultivaron en los medios de inducción de callo embriogénico descrito por C20 reportado descrito por Albuquerque et al. (2009) (tratamiento 1) y los medios de cultivo C + E reportado por van Boxtel & Berthouly (1996) (tratamiento 2).

En ambos tratamientos se observó la formación de callo primario o no embriogénico en la mayoría de los explantes. A los 23 días (entre semana 3 y 4) posterior al inicio del experimento, se observaron los primeros explantes con formación de callo.

La formación de callo se presentó en las zonas de corte de los explantes y se caracterizó por ser compacto-cremoso. A las 16 semanas, se determinó el porcentaje de explantes con formación de callo presente en los diferentes tratamientos; para el tratamiento 1, la variedad Caturra presentó un 100% de explantes con formación de callo y la variedad Catuaí obtuvo menor porcentaje con 88,18%.

De igual manera, para el tratamiento 2, la variedad Caturra obtuvo mayor porcentaje de explantes con formación de callo (93,33%), en comparación con la variedad Catuaí que presentó un 86,45% de explantes con formación de callo para el mismo tratamiento 2 (Anexo 2).

En cuanto a la proliferación de los callos embriogénicos y el establecimiento de una suspensión celular, los callos embriogénicos se cultivaron en los medios de cultivo descritos por van Boxtel & Berthouly 1996, Silva et al. 2000 y Teixeira et al. 2004.

Se obtuvo un mayor peso fresco y seco al utilizar el medio de cultivo descrito por Teixeira et al. 2004. Asimismo, las suspensiones presentan una coloración amarillenta y un aspecto disgregado (Anexo 3).

Para el objetivo 2 se ha logrado avanzar en un 100%. Así, se estableció un protocolo para la inducción de mutaciones en suspensiones celulares y semillas de café.

Específicamente, semillas de café de la variedad Catuaí fueron tratadas con una solución de azida de sodio (0, 50, 75, 100 y 125 mM) por 4, 8 y 12 h. Se obtuvo que una dosis entre 50 y 75 mM de azida de sodio reduce en un 50% el porcentaje de germinación, así como la emergencia, el peso fresco de las plantas y la longitud aérea de la planta y la raíz (Anexo 4).

Por otro lado, las suspensiones celulares de café cv. Catuaí fueron tratadas con una solución de azida de sodio (0, 2.5, 5, 7.5 y 10.0 mM) por 15 min. Se observó que una dosis entre 2.5 y 5.0 mM de azida de sodio reduce en un 50% la sobrevivencia de los callos embriogénicos (Anexo 5).

Para el objetivo 3 se ha logrado avanzar en un 50%. Así, se colecto, aisló y creció el hongo Hemileia vastatrix mediante la inoculación en plantas y hojas desprendidas de café siguiendo la metodología descrita por Granados (2015) (Anexo 13). Se inocularon embriones zigóticos mutados con los extractos del hongo Hemileia vastatrix utilizando tres métodos: inoculación mediante microgota, aspersión e inmersión en una solución de roya y se evaluó la severidad de la enfermedad causada en los mutantes de café.

Sin embargo, hemos enfrentado problemas de contaminación por otros hongos distintos a Hemileia vastatrix. Para solventar este inconveniente, se propone purificar el hongo aislado utilizando un sistema de inoculación in vitro (Anexo 10)

Para el objetivo 4 se ha logrado avanzar en un 40%. Así, se evaluó las características morfológicas de 66 plántulas de café regeneradas a partir de semillas tratadas con el agente químico azida de sodio.

Se observaron las siguientes anormalidades: plantas con tallo doble, con tallo diferenciado, con hoja acorazonada, hoja delgada y plantas con tres nudos (tres hojas) (Anexo 11).

Finalmente, en el objetivo 5 se ha logrado avanzar en un 67 % y se cuenta con un protocolo para la extracción de ADN de café a partir de material liofilizado (Anexo 6).

Asimismo, se optimizaron las condiciones de reacción de PCR para la amplificación del ADN extraído mediante la utilización de los imprimadores tipo RAPD.

En este sentido, se evaluaron 30 diferentes imprimadores utilizando ADN extraído de plantas de café tratadas y no tratadas con azida de sodio. Los diferentes imprimadores generaron productos de PCR con un tamaño entre los 200 a los 1500 bp (Anexo 7).

Por otro lado, se ha logrado que tres estudiantes tanto de la UCR como del Instituto Tecnológico de Costa Rica (ITCR) lleven a cabo sus trabajos finales de graduación con el fin de obtener el grado de bachiller y licenciatura.

Asimismo, los resultados del proyecto se han presentado en eventos nacionales e internacionales.

Población beneficiaria

Con el desarrollo de la presente propuesta de investigación, en un futuro los caficultores de todo el país, en especial de las zonas más afectadas por la roya del cafeto (Coto Brus, Pérez Zeledón, Turrialba y Valle Occidental), se podrían beneficiar al contar con variedades de café con resistencia a enfermedades fúngicas.