Rodrigo Contreras-Soto ● Director / Profesor Asociado

La sequía representa más del 80% de los daños y pérdidas de los cultivos en todo el mundo. En la zona Central de Chile se han presentado 9 años de sequía ininterrumpida desde el 2010, con un déficit promedio de precipitaciones de 20 a 40%. Esto ha generado que el 88% de los agricultores de la zona central reporten un incremento en la ocurrencia de sequía en sus cultivos, siendo este el principal estrés abiótico asociado a la pérdida de cosechas y suministro sostenible de alimentos. La adaptación o tolerancia al estrés hídrico en los cultivos, está asociada con la modificación de diversas respuestas morfológicas y fisiológicas de las plantas, entre las que se incluyen cambios en el desarrollo del sistema radicular, ajustes en la tasa de crecimiento, inducción del cierre de estomas, ajuste osmótico, activación de enzimas antioxidantes, acumulación de fitohormonas y la regulación transcripcional de muchos genes. La sandía (Citrullus lanatus (Thunb.) Matsum. and Nakai) es una de las especies más cultivadas de la familia Cucurbitaceae, debido a su importancia económica, alto valor nutricional y beneficios para la salud (por ejemplo, antioxidantes, carotenoides, citrulina, flavonoides, vitaminas (A, B y C) y minerales). La producción mundial de sandía para el 2020 fue de 101.62 millones de toneladas aproximadamente, lo que la sitúa como la segunda fruta fresca más producida a nivel mundial. Particularmente en Chile, en el año 2020, la sandía fue la decimotercera fruta más producida (57,382 mil toneladas), siendo la región de O’Higgins la principal productora del país. El cultivo de sandía prospera mejor en áreas cálidas, ya que requiere altas temperaturas (>25°C) para un crecimiento óptimo. Aunque la sandía prefiere un ambiente cálido y seco, es conocida por su alta susceptibilidad al estrés hídrico, por lo que su rendimiento está asociado a la disponibilidad hídrica en la región o áreas en que se cultive. En este sentido, una de las principales estrategias para reducir las pérdidas de producción agrícola en condiciones de estrés hídrico, es el cultivo de variedades de alto rendimiento injertándolas en portainjertos tolerantes a este tipo de estrés, con un sistema radicular eficiente en el uso del agua, como por ejemplo, Lagenaria siceraria. Particularmente, L. siceraria es una especie perteneciente a la familia de las Cucurbitaceae, la cual es utilizada como portainjerto para el cultivo de la sandía, debido a que presenta resistencia a bajas temperaturas y enfermedades transmitidas a nivel de suelo (por ejemplo, Fusarium). Se ha informado que L. siceraria es más tolerante a la sequía en comparación con otras cucurbitáceas, ya que aumenta la absorción de agua y nutrientes del suelo, ayudando al crecimiento de las plantas. Sin embargo, el uso de L. siceraria como portainjerto de sandía para enfrentar el estrés hídrico es limitado o nulo, particularmente existe desconocimiento de los mecanismos moleculares por el cual los portainjertos controlan el crecimiento de las plantas injertadas frente al estrés. Bajo condiciones de estrés hídrico, las raíces son el primer órgano que percibe la falta de agua en el suelo, y comunican esta restricción como una señal de estrés a los brotes. En este sentido, se ha reportado que en injertos de solanáceas y vitáceas el portainjerto induce una reprogramación transcripcional extensa en los brotes, especialmente de genes que participan en la transducción de señales de fitohormonas. Particularmente, el Ácido Abscísico (ABA) desempeña un papel fundamental en la regulación del crecimiento y la defensa de las plantas en situaciones de estrés hídrico, ya que se ha descrito como un integrador central que vincula y reprograma las complejas cascadas de señalización adaptativa en respuesta al estrés hídrico. Sin embargo, ABA no es la única fitohormona involucrada en la respuesta al estrés hídrico, ya que se ha descrito que otras fitohormonas, tales como, ácido salicílico, ácido jasmónico y auxinas, están asociadas a la regulación del crecimiento en condiciones de estrés hídrico, interactuando entre ellos mismos y/o con otros factores. Por lo tanto, considerando lo señalado anteriormente, se plantea la hipótesis de que la tolerancia al estrés hídrico en sandía injertada sobre L. siceraria está relacionada con el aumento en la expresión de genes relacionados con la biosíntesis, metabolismo y señalización de ABA y otras fitohormonas en las hojas del injerto C. lanatus y las raíces del portainjerto L. siceraria, lo cual confiere tolerancia al estrés hídrico en C. lanatus. Cabe destacar que, los resultados generados en este estudio, contribuirán a la comprensión de las respuestas a la sequía en las plantas, asociadas a diferentes fitohormonas, y servirán como un recurso público disponible para futuros estudios de expresión génica, genómicos y funcionales de C. lanatus y L. siceraria.

SaviaLab es la combinación de dos términos: Savia (la energía, elemento vivificador) y Laboratorio (lugar con los medios para realizar investigaciones, experimentos y trabajos científicos y técnicos). SaviaLab es una iniciativa impulsada por la Fundación para la Innovación Agraria (FIA), que busca ser un agente activo en el desarrollo de las comunidades educativas locales, impulsando la innovación temprana con un enfoque silvoagropecuario, para la construcción de una sociedad más analítica y propositiva. Promoviendo formas de vivir que reconozcan y releven las heterogeneidades culturales, ambientales y sociales, favoreciendo prácticas colaborativas en el respeto de la sabiduría y valores tradicionales en un entorno en constante transformación. Buscamos contribuir con las comunidades educativas locales, en el desarrollo y fortalecimiento de habilidades y competencias, que favorezcan y promuevan el bienestar y el desarrollo integral de sus miembros y sus entornos, a través de procesos de innovación temprana con un enfoque silvoagropecuario. SaviaLab se trabajará en grupos de estudiantes quienes desarrollarán un proyecto de innovación a lo largo de toda la experiencia formativa. El avance del proyecto se llevará a cabo a través de la realización de actividades individuales y grupales, así como en clases o salidas a terreno, todas apoyadas con material didáctico en formato hojas de trabajo. Además, cada docente podrá adoptar la metodología a diversas asignaturas o talleres, según su especialidad, y así propiciar el trabajo colaborativo entre docentes. El modelo de innovación propuesto por SaviaLab, comprende un proceso de 2 fases: La fase Formativa seguida de la fase Concurso, espacio en donde los equipos de docentes y estudiantes presentan los resultados de lo desarrollado en la fase Formativa. La fase formativa, considera 6 etapas conducentes al desarrollo de una idea innovadora, las cuales se distribuyen en dos unidades. Cada una de estas etapas plantea desafíos diferentes que adquieren sentido al ser considerados como parte de un proceso mayor: la innovación temprana. En su versión 2024, se ejecutará en un formato híbrido, que considera actividades presenciales y actividades remotas tanto para la Fase Formativa como para la Fase Concurso.

La agricultura es una de las principales actividades económicas de la Región de O’Higgins, con un PIB que alcanza al año 2021 el 12,8% de representación a nivel nacional. El éxito productivo regional depende en gran medida de las condiciones edafoclimáticas que preponderan en las zonas cultivables y/o aptas para la agricultura. Sin embargo, el actual escenario de cambio climático genera una alteración de estas variables climáticas, con cambios evidentes en la variabilidad de las precipitaciones, frecuencia e intensidad de los días cálidos y fríos, y eventos climáticos extremos (heladas, granizo, entre otros). Consecuentemente, el impacto del cambio climático ha modificado y seguirá transformando los sistemas de producción de diversos cultivos a nivel nacional y local, incluyendo el cambio de las zonas productivas. Esta nueva realidad climática requiere de la pronta generación de conocimiento y la capacidad de innovar y desarrollar tecnologías inteligentes para adaptar y asegurar la producción de alimentos. Aunque existe conocimiento de los posibles efectos del cambio climático sobre la agricultura, la literatura indica que la diversidad geográfica y climática de la producción agrícola no permite predecir con precisión los impactos locales del cambio climático en los diferentes cultivos. Por lo tanto, la mejor forma de reducir esta incertidumbre climática es a través del desarrollo de tecnología, el conocimiento y la innovación aplicada para adaptar y asegurar la producción de alimentos. De hecho, la Conferencia de las Partes de la Convención de Cambio Climático realizada en París (COP21), enfatiza la necesidad de avanzar hacia una “agricultura climáticamente inteligente”, es decir, una actividad que entre en sintonía con los cambios globales, con mínima huella ambiental, altamente eficiente en el uso de insumos, resiliente, productiva y sostenible. Este proyecto plantea la construcción de infraestructura climáticamente inteligente como la primera cámara de simulación climática regional, la cual permitirá determinar el impacto de diferentes escenarios de cambio climático en cultivos y variedades de importancia para los agricultores de la Región de O’Higgins de manera anticipada. Se busca responder las interrogantes asociadas a qué cultivos son más idóneos para las distintas zonas geográficas de la Región de O’Higgins, bajo condiciones extremas de temperatura, humedad ambiental y disponibilidad de agua, entre otros aspectos. Con la información generada se desarrollarán directrices tecnológicas y sistemas de bajo costo para la medición de parámetros ambientales, con el fin de brindar a los agricultores soporte para la toma de decisiones a nivel local, y consecuentemente fortalecer la competitividad del sector agrícola de la Región de O’Higgins.

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Chile es uno de los principales países donde se llevan a cabo diversos programas de mejoramiento genético de plantas. En estos, se evalúa, selecciona y multiplica el germoplasma de diversos cultivos para desarrollar nuevos cultivares y/o variedades vegetales. En ese contexto, durante décadas los fitomejoradores se han centrado tradicionalmente en la selección direccional o artificial de las características de las plantas para obtener mayores rendimientos en ambientes o condiciones particulares. De hecho, la selección artificial ha producido cultivares notablemente productivos que son estables en diversos ambientes y/o localidades. Por otro lado, la capacidad de una planta para modificar su fenotipo en respuesta al medio ambiente (es decir, la plasticidad) se ha propuesto como objetivo de mejoramiento para aumentar la productividad agrícola. Se sabe que la plasticidad del fenotipo corresponde a un rasgo complejo con base hereditaria, y durante la última década varios especialistas han comenzado a estudiarla en diversos cultivos y rasgos. La mayoría de los rasgos incluyen morfología, rendimiento de grano y resistencia a diferentes estreses de tipo abiótico, que son deseables para fines de fitomejoramiento. Específicamente, la plasticidad de los rasgos de la raíz se ha propuesto como un objetivo clave para el desarrollo de cultivos más productivos en ambientes variables, especialmente en condiciones de déficit hídrico. Para dar continuidad al proyecto Fondecyt iniciación 2018-2022, en la propuesta del fondo puente se plantea generar una población de familias de medios-hermanos de Lagenaria siceraria para su evaluación en experimentos de campo en condiciones de déficit hídrico. En este contexto, los objetivos específicos planteados son: Evaluar el porcentaje de injertación en una población de familia de medios hermanos de L. siceraria con variedades de sandía mediante tasas de prendimiento-compatibilidad Caracterizar el sistema de arquitectura de raíces en una población de familia de medios-hermanos de Lagenaria siceraria Para lograr lo anterior, se plantean las siguientes actividades: 1) ingresar material genético de L. siceraria (en forma de semillas) desde Banco de Germoplasma de Japón, 2) multiplicar semillas y generar una progenie de familias de medios-hermanos, 3) injertar estos portainjertos con variedad(es) comercial(es) de sandía y evaluar las tasas de prendimiento-compatibilidad de la injertación y 4) caracterizar los rasgos de la arquitectura del sistema radical en condiciones de riego deficitario. En detalle, los aspectos que pretende abordar el proyecto puente se plantean con el propósito de fortalecer y mejorar la competitividad del PI en término de publicaciones. El desarrollo de estas actividades dará continuidad a la investigación del PI y permitiría aumentar el número e impacto de las publicaciones para una próxima postulación a fondos externos, o en su defecto avanzar con la investigación para no afectar los tiempos de desarrollo de la investigación del PI. Por otra parte, este fondo apoyará la investigación del PI, considerando su reciente postulación al concurso Fondecyt Regular. Finalmente, esta investigación representa una propuesta novedosa que contribuye al estudio de la plasticidad de los rasgos de la raíz y la variación de la arquitectura del sistema radical en una población de familias de medios hermanos de L. siceraria en el contexto de un programa de mejoramiento genético. Además, este trabajo también podrá contribuir con la identificación de genes y alelos que serían relevantes para establecer las diferencias moleculares en las respuestas plásticas de L. siceraria tanto en condiciones de déficit hídrico y normales de riego. De hecho, también se espera que algunas de estas accesiones sean consideradas en futuras investigaciones como portainjertos potenciales para cucurbitáceas en ambientes específicos.

El aumento de los recursos tecnológicos y la automatización de los procesos agrícolas ha contribuido en gran medida al desarrollo de nuevas tecnologías que permiten caracterizar y evaluar el fenotipo de las plantas. Específicamente, las tecnologías de fenotipado de plantas son muy importantes para acelerar los programas de mejoramiento en cultivos agronómicamente importantes, y contribuyen en el proceso de selección para el desarrollo y posterior lanzamiento al mercado de nuevas variedades y cultivares. Los sistemas de visión unidimensionales (1D) y bidimensionales (2D) han sido una parte integral de la implementación exitosa de la automatización agrícola y la robótica en los procesos agrícolas. Sin embargo, las técnicas basadas en imágenes en 2D son insuficientes para investigar las estructuras espaciales de las plantas. En este sentido, la reconstrucción por medio de imágenes 3D de plantas y la adquisición de su información espacial es una forma alternativa eficaz para resolver estos problemas. En este sentido, el objetivo del presente proyecto es obtener de forma automática la estructura tridimensional del sistema de arquitectura de raíces de una planta e identificar parámetros morfológicos asociados con dicha estructura. Para ello se propone construir un prototipo, a partir de cámaras de bajo costo, para la reconstrucción automatizada de la estructura 3D de plantas, junto con la posterior detección y medición de los rasgos morfológicos de esta misma.

El cromatógrafo permite evaluar aspectos tan importantes como la calidad de la fruta, cantidad y tipos de azúcares que tiene, o algunos compuestos nutricionales que puedan ser de valor en la investigación y en la valorización de los productos agrícolas

Chile is one of the principal producer and exporter country of fruit and vegetable crops in the southern hemisphere. In both fruit and vegetable crops there are an increasing concern about agriculture sustainability that includes the evaluation and implementation of practices with lower environmental impact. In this context, and considering the modern vegetable crop production, the use of rootstocks is being considered an essential component due to their ability to adapt a particular cultivar to diverse environmental conditions and/or cultural practices. In agriculture, rootstocks have been used since over 2000 years ago. Specifically, in cucurbits, the most grafted vegetable crops are watermelon, melon and cucumber. For watermelon, Lagenaria siceraria (bottle gourd) has been used in different countries as one of the main rootstocks. Considering the recent agricultural scenario, in which drought represent the major risk that impacts negatively the production of major and minor crops, the rootstocks development and the understanding of the role of key root traits would help to assist breeders for drought tolerance landraces selection. In fact, the effects of water regime or deficit on root system development of bottle gourd is not well understood, in addition, the underlying phenotypic and genotypic variability of bottle gourd with respect to root system architecture parameters has not been welldocumented. A crucial component of roots is their architecture, which refers to the spatial-temporal extension of the entire root system in the soil, the root system architecture (RSA). RSA traits, or phenes, has been shown to be important in agricultural systems, in fact, it is considered relevant for improve selection in fruit and vegetable rootstocks breeding programs. Understanding the contribution of specific RSA traits to root system function is critical, and plays a pivotal role in crop performance because it allows the identification of keys traits that contribute in desired functions, and consequently could be considered for developing crops with more efficient roots. In this proposal it is hypothesized that, landraces of Lagenaria siceraria shows high phenotypic and genotypic variation for RSA traits like Root Growth Angle (RGA) and Roots System Depth (RSD). In turn, these phenes are positively correlated with drought tolerance and therefore useful to develop rootstocks with this characteristic in Lagenaria siceraria. In addition, it is also hypothesized that selected L. siceraria rootstocks are able to confer to grafted varieties of watermelon (Citrullus lanatus) an enhanced tolerance to drought. For that, the main goal is to evaluate the root system architecture as parameter of selection for drought tolerance in different Lagenaria siceraria landraces and in grafted plants of watermelon (Citrullus lanatus). The specific goals are: 1. To assess the phenotypic and genotypic variation of Lagenaria siceraria landraces by using root system architecture parameters and genotyping-by-sequencing through SNP markers; 2. To determine the root system architecture parameters that help into the selection of Lagenaria siceraria under drought stress condition; 3. To characterize the response to drought stress of watermelon grafted onto Lagenaria siceraria landraces under field conditions after the selection through the root system architecture parameters. To reach this goals it is proposing the phenotypic characterization of root traits (phenes) in Lagenaria siceraria landraces in a greenhouse under drought stress condition. The genotypic variation of bottle gourd will be studied by using Genotyping-by-sequencing, principal component analysis and genetic relatedness (identityby-state). A multivariate statistical analysis will be implemented to select key root phenes which will be used to evaluate the selection of L. siceraria in a rootstock breeding program. These root phenes will be characterized in grafted plants of watermelon into L. siceraria under field conditions by using the shovelomics phenotyping method. This proposal expects to contribute with the knowledge of genotypic and phenotypic variation in bottle gourd for root system architecture traits, and to identify the possibilities that offers the key root phenes to screen rootstocks for drought tolerance. These results would be relevant for the selection and breeding of cucurbits rootstock with better tolerance to drought. It is also expected that some of these Lagenaria siceraria landraces will be important rootstock for watermelon under semi-arid conditions of Chile.

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