PLANT BREEDING AS TOOL TO CHALLENGE CLIMATIC CHANGES IN FORAGE PRODUCTION. A REVIEW = LA MEJORA GENÉTICA VEGETAL COMO HERRAMIENTA PARA AFRONTAR LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS EN LA PRODUCCIÓN DE FORRAJE. UNA REVISIÓN

ABSTRACT Literature was reviewed concerning climatic changes, especially increase in carbon dioxide concentration [CO2] and temperature during the last centuries, and connecting these changes with biochemical pathways in plants, mainly photosynthesis activity and respiration. Plant breeding has been successful in moving the genome of plants for selecting different characteristics, such as high oil and protein of the maize kernel, increase of yield in several crops along different eras, resistance to diseases and pests and adaptation to environmental conditions. Therefore plant breeding is proposed as a tool to challenge the climatic change through development of new varieties with complex traits adapted to future environments, such as higher temperatures and lower rainfall. Utilization of natural or induced polyploidy has demonstrated to be a good aid to increase vigor, yield, resistance to diseases, and adaptation of forage crops to stress. Development of synthetic varieties for forage plants seems to be a good option for achieving breeding goals in cross-pollinated crops. Hybridization between different species and within species is sometimes used for increasing the vigor, the adaptation to environmental stress and the yield of cultivars. Hybrids between two species (e.g., from genus Lolium) produce usually a high rate of aneuploid plants in the F1 generation. Recurrent selection for raising the rate of balanced euploid plants in the F1, F2, F3, F4…generations of the aloploid hybrids is needed for getting stable varieties adapted to the target stress. Commercial hybrid seed is preferred to synthetics provided that the additional yield and features compensate the extra cost of seed production. Results of forage maize hybrids related to the worldwide cultivated “B73 × Mo17” hybrid, which were selected for earliness, are presented. Exploration of new C4 tropical species, such as Teff, likely will help to produce forage in poor watering conditions. The use of 13C isotopic discrimination seems to be a good indicator to breed for water use efficiency (WUE) in C3 plants. Biotechnological tools, such as molecular markers, will facilitate to achieve breeding objectives sooner. Breeding suggestions for development of new varieties in C3 and C4 species adapted to future environments should consider the possible biotic and abiotic stresses generated by the climatic change. Automated phenotyping platforms are used for simulating stress environments. Domestication of wild species may be an alternative for developing a new crop to meet the requirement of environmental change. Crop domestication is a difficult task; however the use of rational strategies, including breeding for reducing the effect of limiting factors and strengthening favorable traits will help to achieve the desired objectives. Use of autochthonous germplasm as base material is crucial for providing genetic variability and genes adapted to environmental conditions. RESUMEN Se reviso la literatura en lo referente al cambio climatico, especialmente al aumento de la concentracion de dioxido de carbono [CO2] y la temperatura durante los ultimos siglos, asi como su relacion con las rutas bioquimicas en plantas, principalmente la actividad fotosintetica y la respiracion. La mejora genetica de plantas ha tenido exito en cambiar el genoma de las plantas seleccionando diversas caracteristicas, tales como alto contenido de aceite y proteina en el grano de maiz, aumento del rendimiento en varios cultivos durante diferentes eras, resistencia a plagas y enfermedades y adaptacion a las condiciones ambientales. Por lo tanto se propone a la mejora genetica de plantas como una herramienta util para afrontar el cambio climatico mediante el desarrollo de nuevas variedades con caracteres complejos adaptados a los ambientes futuros. La utilizacion de la poliploidia natural o inducida ha demostrado ser una buena ayuda para aumentar el vigor, rendimiento, resistencia a enfermedades y adaptacion de cultivos forrajeros a estres. El desarrollo de variedades sinteticas en plantas pratenses parece ser una buena opcion para alcanzar los objetivos de mejora en cultivos de polinizacion cruzada. La hibridacion entre especies y dentro de especies gramineas y leguminosas forrajeras se utiliza para aumentar el vigor, la adaptacion al estres y el rendimiento de las variedades. Hibridos entre dos especies (e.g. del genero Lolium) producen generalmente una alta tasa de plantas aneuploides en la generacion F1. La seleccion recurrente para elevar la tasa de plantas euploides (i.e. con equilibrio cromosomico) en las generaciones F1, F2, F3, F4… del hibrido aloploide es necesaria para obtener variedades estables adaptadas al estres. La semilla hibrida comercial se prefiere a las variedades sinteticas siempre que el incremento del rendimiento y otras caracteristicas compensen el coste adicional de produccion de semilla. Se presentan los resultados de hibridos de maiz forrajero relacionados con el hibrido ampliamente cultivado B73 x Mo17 y seleccionados para precocidad. La exploracion de nuevas especies tropicales C4, tal como Teff, ayudara probablemente a producir forraje en condiciones de sequia y calor. El uso de la discriminacion isotopica 13C parece ser un buen indicador para mejorar la eficiencia en el uso del agua (EUA) en plantas C3. Las herramientas biotecnologicas, tales como marcadores moleculares, facilitaran alcanzar mas pronto los objetivos de mejora genetica. Se sugiere que la mejora genetica durante el proceso de desarrollo de nuevas variedades en plantas C3 y C4 adaptadas a los ambientes futuros debera tener en cuenta los estreses bioticos y abioticos generados por el cambio climatico. La domesticacion de especies silvestres puede ser una alternativa para obtener un nuevo cultivo que cumpla los requisitos del cambio ambiental. Plataformas automatizadas de fenotipado se utilizan para simular ambientes de estres. La domesticacion para desarrollar un cultivo es una tarea dificil; sin embargo el uso de estrategias racionales, incluyendo la mejora genetica para conseguir eliminar factores limitantes y fortalecer los rasgos favorables ayudara a lograr los objetivos deseados. El uso de germoplasma autoctono como material base es esencial para proporcionar variabilidad genetica y genes adaptados a las condiciones ambientales.