1

Arroz Biofortificación: Generalidades y Estrategias

César P. MartínezJaime Borrero C

Segundo Congreso Arrocero CONARROZ San José, Costa Rica Junio 29-30,2006

Un paradigma nuevo:La agricultura como un instrumento para mejorar la

nutrición humana

“Mejorar la salud humana puede lograrse cambiando el paradigma de incrementar no solamente la producción agrícola, a uno que conjugue el

incremento en producción con mejoramiento del valor nutricional de los cultivos ”

Gerald Combs, USDAGerald Combs, USDA

2

Deficiencia de Micronutrientes

“Desnutrición Escondida”

Más de 3.000 millones de personas, casi la mitad de la población humana, no cubren sus necesidades básicas de alimentos y nutrición y están en riesgo de enfermedades, mortandad y baja calidad de vida asociados con deficiencias de micronutrientes

“El hambre y la malnutrición matan a seis millones de niños al año y afectan a 852 millones de personas, denunció la Organización de Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura, FAO. (Noviembre 28 de 2005)

Biofortificación de cultivos para mejorar la

Nutrición Humana

La estrategia de HarvestPlus y AgroSalud, busca tomar ventaja del consumo diario constante de grandes cantidades de alimentos básicos de todos los miembros de la familia, en países en vía de desarrollo incluyendo las mujeres y los niños que son

la mayoría en riesgo de malnutrición.

Fase 1

FrijolYuca MaizArroz Papa Trigo

Fase 2

Plátano Cebada Judías Cacahuete, ManíLentejasMijo Papa SorgoÑame

Nutrientes:

hierroZinc Vitamina A

3

Proyecto CIDA para América Latina:Cultivares biofortificados con Vitamina A, minerales esenciales y calidad proteínica

Meta: Mejorar el estatus nutricional de los pobres en la regiones rural y urbana de América Latina y el Caribe

El proyecto desarrolla genotipos agronómicamente superiores, con alto nivel de micronutrientes en fríjol, arroz, calidad proteínica - Maíz (QPM), betacaroteno en batata, y tecnología de post-cosecha

� Revolución verde incrementó la producción y la productividad

� Poca importancia se ha dado al mejoramiento de la calidad nutricional de granos de arroz.

� Resultado: “hambre oculta” en la población, especialmente en la población más pobre.

� Las regiones donde la población depende del consumo de arroz presentan problemas nutricionales. Los niños, ancianos y mujeres embarazadas, los mas afectados y vulnerables.

� Otras estrategias (suplementación, pastillas) empleadas para combatir la malnutrición no han dado los resultados esperados

América LatinaRealidad

4

� Arroz: alimento básico región tropical, especialmente áreas con problemas nutricionales (LAC: consumo pasó de 10 a 30Kg de 1930 a 1990).

� Suministra mas calorías a la dieta que el trigo, el maíz, la yuca o la papa.

� El arroz es la principal fuente de proteína y calorías de la población más pobre de América Latina, la cual equivale al 40% del total

� 3.5 billones de personas afectadas por deficiencia Fe en el mundo, incluyendo 94 millones en LAC.

Relevancia América Latina

Fortalezas de los Programas Nacionales de arroz en el Proyecto CIDA Biofortificación

Crop Management (GXE)

Strenght Shown by each NAR

CIAT Bolivia Brazil Colombia Cuba Nicaragua Rep.Dom

Mutation Breeding

Biotechnology (markers, anther

culture, transformation)

Recurrent Selection Methods

Traditional Breeding (Crossing, Evaluation/Selection)

ACTIVITY

Post-harvest Technology

Participatory Research

5

Consideraciones para el arroz

�Existe variabilidad genética en el germoplasma? SI

�Es posible combinar alto potencial de rendimiento con mayor contenido de microelementos? SI

�Heredabilidad de los caracteres de interés: poblaciones y localidades.

174 - 310

Cascara = 448 - 908

247 - 520

A. Paddy = 1105 - 2010

225 - 448

A. Integral = 10 -17

(Fe mg/kg)

Localización del Fe en la Planta

cv. Rosemont

Grano

Cascara

Hoja bandera

Tallos

Vainas

Hojas

Raquis

19%

8%

7%

Hoja bandera

Grano

Vainas

Tallos

6

Distribución del Fe en el Grano

Contenido Total de Fe 12 ppmResurreccion et al. 1978

5.64 ppm (47%)

1.96 ppm (14%)

O.48 ppm (4%)

1.32 ppm(11%)

2.88 ppm(24%)

Salvado

Pulido

Sub-aleurona

Aleurona Media

Endosperma

Fuente: Gregorio et al (2000) 21:382

Contenido de hierro de algunas variedades seleccionadas después de diferente tiempo de pulido (tiempo pulido equivale a 15 minutos )

7

HIERRO ZINCGENOTIPO

INTEGRAL PULIDO INTEGRAL PULIDO% PERDIDA

MOLINERIA

Bg90-2 7.2 5.1 29.1 17.3 13.9 19.5

O. barthii 10.4 4.2 60.1 27.9 22.0 21.1

CT13956-29-M-3-M 10.8 3.0 72.1 18.4 11.9 35.3

Fedearroz 50 14.0 4.8 65.9 25.6 16.7 35.0

O. glaberrima 30.4 3.6 88.0 25.0 19.2 23.3

Oryzica 1 13.5 6.1 61.8 16.5 11.0 24.2

Oryzica Llanos 4 13.0 4.9 54.4 20.8 15.7 33.3

P1274-6-8-m-1-3-M4452 12.3 3.2 74.2 13.7 10.5 23.3

O. rufipogon 10.5 6.2 41.3 20.5 15.7 23.6

PROMEDIO 13.2 4.6 59.3 21.4 15.9 26.0

% PERDIDA

MOLINERIA

Efecto del pulido en el contenido de hierro y zinc (ppm) en cultivares de arroz seleccionados.CIAT

BOLIVIA

0

3

6

9

12

15

Fe (mg/Kg)

CIAT

0

3

6

9

12

15

Fe (mg/Kg)

COLOMBIA

0

3

6

9

12

15

Fe (mg/Kg)

NICARAGUA

0

3

6

9

12

15

Fe (mg/Kg)

R. DOMINICANA

0

3

6

9

12

15

Fe (mg/Kg) Integral

Parbolizado

Blanco

Parbolizado fortificado

Blanco fortificado

Fig 1. Contenido de Fe en muestras de arroz colectadas en supermercados y tiendas de diferentes páises

8

BOLIVIA

0

10

20

30

Zn (mg/Kg)

CIAT

0

10

20

30

Zn (mg/Kg)

COLOMBIA

0

10

20

30

Fe (mg/Kg)

NICARAGUA

0

10

20

30

Zn (mg/Kg)

R. DOMINICANA

0

10

20

30Zn (mg/Kg)

Integral

Parbolizado

Blanco

Parbolizado fortificado

Blanco fortificado

Fig 2. Contenido de Zn en muestras de arroz colectadas en supermercados y tiendas de diferentes páises

Fe Zn Fe Zn

Repetición 2 1.4 5.1 7.1 0.1

Paises de A.L. 4 24.7 *** 5.2 ns 1.9 ns 24.0 nsError 113 3.1 7.4 12 20

C.V.(%) 54 16 33 20

Promedios 3.3 17 10.5 21.9*** :Diferencias altamente significativas (P ≤ 0.01) **:Diferencias significativas (0.01 < P ≤ 0.05) ns:Diferencias no significativas (P > 0.05)

Fuente de

Variación

Grados

de

libertad

Arroz Blanco Arroz Integral

Cuadrados medios de los análisis de varianza para arroz blanco y arroz integral en diferentes países de América Latina. 2005.

9

0

5

10

15

20

CIAT

Colombia

Rep.Dominicana

Bolivia

Nicaragua

Zn (mg/Kg)

0

2

4

6

8

CIAT

Colombia

Rep.Dominicana

Bolivia

Nicaragua

Fe (mg/Kg)

a

b

Arroz Blanco

0

5

10

15

Boliv

ia

CIAT

Colom

bia

Rep.

Dom

inican

a

Fe (mg/Kg)

0

10

20

30

CIAT

Colom

bia

Rep.

Dom

inican

a

Boliv

ia

Zn (mg/Kg)

Arroz Integral

10

Estrategias a Seguir

� Evaluación de germoplasma FASE RÁPIDA

� Selección progenitores SEGUNDA FASE

� Mejoramiento convencional

Métodos pedigree, avance generacional rápido, retrocruces

� Mejoramiento poblacional.

� Marcadores moleculares

� Mutaciones

Evaluación de germoplasma

�La semilla cosechada en las dos localidades se envió al laboratorio de calidad de IRRI donde se analizara para estos dos elementos, de igual forma podremos conocer la interacción GXE presente en el contenido de Fe y Zn.

�Introdución de germoplasma elite de los Paises participantes en el proyecto.

�550 materiales del banco de germoplasma del proyecto arroz CIAT, (variedades tradicionales, variedades modernas, líneas elite del Ciat y accesiones del banco de trabajo de América Latina).

11

R2 = 0.1935

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Fe (mg/kg)

Zn (mg/kg)

Evaluación banco de germoplasma – BCF

R2 = 0.1935

5.0

7.5

10.0

12.5

15.0

17.5

20.0

22.5

25.0

27.5

30.0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Fe (mg/kg)

Zn (mg/kg)

Evaluación banco de germoplasma – BCF

12

Fe Zn

No Code Designation Origin mg/kg mg/kg

1 BCF 559 TOX 95-M IITA 5.70 17.0

2 BCF 1021 TOX 1787-MIX-1 IITA 3.90 16.0

3 BCF 1028 TOX 1859-102-4M-4 IITA 7.30 15.0

4 BCF 1034 TOX 1871-15-2 IITA 4.60 15.0

5 268 FL03001-MP-2-1P-3P-M FLAR 5.60 15.0

6 37 FL03724-3P-5-1P-3P-M FLAR 6.00 16.0

7 78 FL03779-4P-9-3P-1P-M FLAR 5.40 18.0

8 112 FL03801-1P-1-1P-2P-M FLAR 5.10 16.0

9 144 FL04052-2P-3-2P-2P-M FLAR 6.00 17.0

Identificación germoplasma elite

Fe Zn

No Code Designation Origin mg/kg mg/kg

1 BCF 80 CIWINI SUR 4.30 15.0

2 BCF 16 B 40 IDN 6.80 18.0

3 BCF 53 CALORO BRA 6.10 15.0

4 BCF 57 CANUTO ECU 6.00 15.0

5 BCF 130 KAO KHAO 2 CIAT 4.20 21.0

6 BCF 368 MUDGO INDIA 6.30 15.0

7 BCF 814 COLUSA, USA 7.10 18.0

8 BCF 820 BALILLA ITA 5.20 19.0

9 BCF 1997 JUMALI NEPAL 5.70 15.0

10 BCF 136 IAC 1246 BRA 5.60 17.0

11 BCF 138 IAC 164 BRA 6.90 17.0

12 BCF 140 IAC 25 BRA 4.90 17.0

13 BCF 932 INIA YERBAL CIAT 5.80 17.0

14 BCF 948 LAGRUE CIAT 5.10 17.0

15 BCF 89 COSTA RICA SUR 3.90 21.0

16 BCF 377 NORIN 22 JPN 7.30 18.0

Identificación germoplasma elite

13

�Mejoramiento Convencional

(F4)

1445(F3)

2672(F2)

1799Introducciones IRRI

(F3)

1693(F2)

366

(F1)

147Cruces Prog. IRRI / Líneas CIAT

Materiales 2005 - I 2005- II 2006 - I

•Cuatro poblaciones con buenas características agronómicas fueron sembradas en dos localidades Aipe-Huila y en CIAT.

• Formación de poblaciones con la introducción de progenitores donantes de Fe y Zn y aplicar el método de selección recurrente.

Azucena Madhukar Ketan Lumbu Gundil Kuning Perurutong IR68552-100-1-2-2 IR71703-657-3-1-2

PCT-8CG/1/CG/1 PCT-19 PCT-21 PCT-22

DonantesPoblaciones

� Mejoramiento Poblacional

14

�Mejoramiento poblacional para Fe/Zn

2005

2006

2005

2006

Azucena

Madhukar

Ketan Lumbu

Gundil Kuning

Perurutong

IR68552-100-1-2-2

IR71703-657-3-1-2

PCT-8 PCT-19 PCT-21 PCT-22

F1

F2

PCT-25\0\0\0

PCT-25\0\0\1

x

Donante Fe/ZnPoblaciones

Creación de una Población

Manejo para el mejoramiento Fe/ZnCiclo de selección recurrente

RemanenteSemilla

PCT-25\0\0\1

S11

S11000

Evaluación SemillasLaboratorio

Semilla de Plantas seleccionada por Fe/Zn

PCT-25\Bio\0\1

PCT-25\Bio\1\1 Distribucción NarsBiofortificación

Sel. Plantas Fertiles SoSemilla S1

Multiplicación semillaSeleccionada

Selección

Evaluación

Recombinación

Población mejorada

15

�Multiplicar y distribuir semillas

•Las variedades regionales de amplia adaptación y destacadas en algunas zonas de producción serán enviadas al CIAT para su multiplicación y posterior evaluación en los laboratorios del IRRI (en la actualidad se multiplican la semilla llegada de Nicaragua, República Dom. y Cuba)

AzucenaIR68552-100-1-2-2IR71703-657-3-1-2CT11275-4-M-1-M

16

17

Retos

� Biodisponibilidad de los micronutrientes en el grano.

� Combinación de un alto potencial de rendimiento con alto valor nutricional, resistencia a plagas y enfermedades y calidad molinera.

� Aceptación por parte de los agricultores, consumidores y la industria.

� Alto contenido de Fe/Zn son características invisibles: no pueden ser vistos o saboreados.

� Arroces mas nutritivos deben ser accesibles a los consumidores más pobres a un precio adecuado.

� Incentivos para agricultores y consumidores?

18

Resumen General

� La información presentada indica que tenemos un gran reto.

� La variabilidad genética existente y el conocimiento actual sugiere que puede lograrse.

� Colaboración es elemento clave.

� Enfasis: Producto final y entrega.

Agradecimientos

• Proyecto arroz: James Carabalí, Marc Châtel, Fernando Correa, L.Calvert, G. Trouche

• NARs: Fedearroz, IIA, INTA, IDIAF, ASPAR/CIAT, CNPAF/Embrapa

• Biotechnology Unit :J. Tohme, MC Duque, Mathias Lorieux

• CIDA-Canada y

CIAT core funding

19

Gracias!

http://www.ciat.cgiar.org/riceweb/esp/inicio.htm

Constitución genética de PCT-8

Padres Origen/Cruce Frecuencia(%)

B4353C-Kn-7-0-0-2

BG989

Perla

El Paso 144

Oryzica 3

Oryzica Llanos 4

CAN-IRAT 4/2/1

BG563/BG379-2

IR 930-2/IR 665-31-2-4

Cica 7//Cica 8/Pelita I-1

CR1113/IRAT 122//Colombia 1/P 1274-6-8M

Población índica

----

----

8.33

8.33

8.33

8.33

8.33

8.33

50.00

* CNA-IRAT 4/2/1: Selección en CNA-IRAT 4 ( GPCNA-18)

20

Padres Origen/Cruce Frecuencia(%)

Cypress L-202/Lemont 3.84

Inia Tacuarí 3.84

Jefferson Vista/Lebonnet//Rosemont 3.84

L-202 IR456-3-2 / unknown semidwarf // L-201 3.84

La Grue Bonnet 73/Nova 76//Bonnet 73/3/Newrex 3.84

Lemont Lebonnet // C19881 / P1331581 3.84

Mars C19580 / Saturm 3.84

Newbonnet Dawn / Bonnet 73 3.84

Wells 3.84

Kaybonnet Katy / Newbonnet 3.84

Drew Newbonnet / Katy 3.84

Katy Bonnet73/CI9722//Starbonnet/Tetep/3/Lebonnet 3.84

Millie Lebonnet/L-201 3.84

PCT-6 Indica Population 50

Constitución genética de PCT-19

Constitución genética de PCT-21

Padres Origen/Cruce Frecuencia(%)

Cypress L-202/Lemont 3.84

Inia Tacuarí 3.84

Jefferson Vista/Lebonnet//Rosemont 3.84

L-202 IR456-3-2 / unknown semidwarf // L-201 3.84

La Grue Bonnet 73/Nova 76//Bonnet 73/3/Newrex 3.84

Lemont Lebonnet // C19881 / P1331581 3.84

Mars C19580 / Saturm 3.84

Newbonnet Dawn / Bonnet 73 3.84

Wells 3.84

Kaybonnet Katy / Newbonnet 3.84

Drew Newbonnet / Katy 3.84

Katy Bonnet73/CI9722//Starbonnet/Tetep/3/Lebonnet 3.84

Millie Lebonnet/L-201 3.84

PCT-8 Indica Population 50

21

Padres Origen/Cruce Frecuencia(%)

IET13652 INDIA 3.57

C15 VIETNAM 3.57

SPR88090-30-1-2-2 3.57

ITA406 IITA 3.57

SPR87036-7-1-1-2 3.57

IR65469-161-2-2-3-2-2 IRRI 3.57

IR72102-3-115-1-3-2 IRRI 3.57

IR70183-74-1-1-1 IRRI 3.57

PSB RC 68 IRRI 3.57

PSB RC 70 IRRI 3.57

IR68835-93-2-B-1-1-1 IRRI 3.57

IR70177-76-2-1-1 IRRI 3.57

IR69504-48-SRN-2-UBN-1-2 IRRI 3.57

IR70169-3-2-1-2 IRRI 3.57

PCT-6 Indica Population 50

Constitución genética de PCT-22

No Code Fe Zn

Sobre Parc Entry Designation Origin mg/kg mg/kg

1 18 BCF 559 TOX 95-M IITA 5.70 17.0

2 45 BCF 1021 TOX 1787-MIX-1 IITA 3.90 16.0

3 47 BCF 1028 TOX 1859-102-4M-4 IITA 7.30 15.0

4 48 BCF 1034 TOX 1871-15-2 IITA 4.60 15.0

5 192 268 FL03001-MP-2-1P-3P-M FLAR 5.60 15.0

6 193 37 FL03724-3P-5-1P-3P-M FLAR 6.00 16.0

7 194 78 FL03779-4P-9-3P-1P-M FLAR 5.40 18.0

8 195 112 FL03801-1P-1-1P-2P-M FLAR 5.10 16.0

9 198 144 FL04052-2P-3-2P-2P-M FLAR 6.00 17.0

10 219 BCF 80 CIWINI SUR 4.30 15.0

11 317 BCF 932 INIA YERBAL CIAT 5.80 17.0

12 322 BCF 948 LAGRUE CIAT 5.10 17.0

13 368 BCF 16 B 40 IDN 6.80 18.0

14 381 BCF 53 CALORO BRA 6.10 15.0

15 382 BCF 57 CANUTO ECU 6.00 15.0

16 390 BCF 89 COSTA RICA SUR 3.90 21.0

17 405 BCF 130 KAO KHAO 2 CIAT 4.20 21.0

18 435 BCF 368 MUDGO 6.30 15.0

19 439 BCF 377 NORIN 22 JPN 7.30 18.0

20 492 BCF 814 COLUSA, USA 7.10 18.0

21 494 BCF 820 BALILLA ITA 5.20 19.0

22 521 BCF 1997 JUMALI 5.70 15.0

23 228 BCF 136 IAC 1246 BRA 5.60 17.0

24 229 BCF 138 IAC 164 BRA 6.90 17.0

25 231 BCF 140 IAC 25 BRA 4.90 17.0

26 T BCF1530 Fedearroz 50 COL 3.62 19.7

27 T IR68552-100-1-2-2 IRRI 8.12 23.2

28 T BCF 11 AZUCENA,BCF 11,ACC 15 PHL 3.78 21.2