La agricultura se enfrenta a uno de los mayores desafíos de su historia: producir alimentos suficientes para una población que rozará los 9.700 millones de personas en pocas décadas, en un planeta más cálido, más seco y con fenómenos climáticos cada vez más extremos. En este contexto, los tomates que resisten la sal dejan de ser una curiosidad científica para convertirse en una necesidad muy real en muchas zonas agrícolas del mundo.
Al mismo tiempo, la biotecnología vegetal, la mejora genética clásica y el uso de microorganismos beneficiosos están abriendo un abanico de soluciones para que cultivos tan importantes como el tomate, los cereales o las brásicas sigan siendo rentables en suelos con altos niveles de salinidad y bajo estrés hídrico. Laboratorios de España, Chile y centros internacionales trabajan ya con tomates silvestres, portainjertos, rizobacterias y proteínas de defensa para “blindar” las plantas frente a estos estreses abióticos.
Por qué la salinidad se ha convertido en un problema urgente
El aumento de la temperatura global, la intensificación de las sequías y el uso continuado de aguas de riego con alto contenido en sales están disparando la salinidad de muchos suelos agrícolas. Este fenómeno se ha documentado con especial crudeza en regiones áridas y semiáridas, como el centro y norte de Chile, pero también afecta a áreas mediterráneas de España y otras zonas del mundo donde el agua es cada vez más escasa y de peor calidad.
La salinidad del suelo es uno de los estreses abióticos más dañinos para la productividad agrícola. En cultivos como el tomate, cuando la concentración de sales aumenta, se alteran procesos clave: germinación de las semillas, vigor de las plántulas, crecimiento vegetativo, floración y formación del fruto. Todo esto se traduce en menos kilos por hectárea y una merma en la calidad comercial de los tomates.
En Chile, por ejemplo, se estima que hay en torno a 1.500 hectáreas afectadas por problemas serios de salinidad y altos niveles de carbonatos, sobre todo en zonas con clima árido donde se riega con aguas salinas y se aplican fertilizantes de manera poco ajustada. El Valle de Lluta es un caso paradigmático: allí se han medido conductividades eléctricas de hasta 11,5 dS/m en plantaciones de tomate, valores que cualquier manual consideraría extremos para un cultivo hortícola.
El efecto de la sal sobre las plantas va más allá de “quemar” raíces u hojas. El exceso de sodio y otros iones altera el equilibrio hídrico y provoca un estrés osmótico, pero también genera un fuerte estrés oxidativo dentro de las células vegetales. Por eso la planta responde activando mecanismos de defensa, ajustando la transpiración, modificando el crecimiento de raíces y reorganizando sus reservas de iones como sodio y potasio.
Frente a este panorama, la búsqueda de tomates capaces de rendir bien en suelos salinos no es un capricho de laboratorio, sino una apuesta para poder seguir cultivando en tierras que hoy están al límite o directamente descartadas para producciones intensivas.
Investigación en España: proteínas de resistencia y tomates transgénicos
En España, una de las referencias en este campo es el Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas (CBGP), donde un amplio equipo de investigadores estudia cómo crecen las plantas, cómo interactúan con los microorganismos y de qué forma se adaptan al cambio climático y a las condiciones ambientales adversas.
El objetivo del CBGP es desarrollar soluciones biotecnológicas que respondan a problemas de gran impacto social: reducir los efectos del cambio climático sobre la agricultura, generar cultivos con mayor valor nutricional, aumentar la biomasa disponible para alimentación y energía, y, por supuesto, conseguir plantas más tolerantes a la sequía, la salinidad y las olas de calor.
En sus laboratorios se investiga cómo las plantas perciben y afrontan aumentos de temperatura, periodos largos de sequía y suelos con alta concentración de sales. A partir de ahí, se identifican los mecanismos moleculares y las proteínas de defensa que permiten a ciertas plantas soportar mejor estos estreses ambientales. Una vez detectadas, los científicos crean “pruebas de concepto” en las que generan plantas transgénicas que acumulan esas proteínas o activan de forma reforzada esos mecanismos.
El resultado más llamativo hasta ahora es la obtención de plantas de tomate resistentes a la salinidad, para las que ya se ha solicitado una patente europea. Estas plantas experimentales no se limitan a sobrevivir en medio salino, sino que mantienen un rendimiento y un desarrollo vegetativo aceptables donde otros tomates se vendrían abajo.
Los investigadores del CBGP están convencidos de que la misma tecnología puede trasladarse a otros cultivos más sensibles a la sal que el tomate, como los guisantes, las judías, el maíz, las fresas o las brásicas (col, repollo, brócoli…). Estas últimas son básicas en la dieta diaria y su pérdida de rendimiento por salinidad habría tenido consecuencias importantes en la seguridad alimentaria, de ahí el interés por adaptarlas también.
Sin embargo, trabajar con proteínas de defensa no es tan sencillo desde el punto de vista de la seguridad alimentaria. Muchas de ellas pertenecen a familias en las que también se encuentran proteínas alergénicas. Por eso, dentro del propio CBGP existe un grupo especializado en alérgenos, que analiza con lupa las características que convierten a una proteína en alergénica y evalúa si las nuevas variantes representan o no un riesgo para los consumidores.
El objetivo es garantizar que cualquier solución biotecnológica, por prometedora que sea en términos de resistencia al estrés, cumpla con los estándares de seguridad y no genere nuevas alergias alimentarias. Esta parte, menos vistosa que la creación de plantas transgénicas “estrella”, es absolutamente clave para que estos avances lleguen al campo y al mercado.
Invernaderos de alta tecnología y fenotipado digital
Para desarrollar estos proyectos, el CBGP no solo cuenta con laboratorios de biología molecular y genética, sino también con instalaciones punteras para el cultivo de plantas en condiciones muy controladas. Disponen de alrededor de 1.900 m2 adaptados a ensayos de cultivos, entre los que destaca un invernadero de 1.200 m2 equipado con sistemas específicos de climatización e iluminación.
Dentro de estos invernaderos se ha instalado una infraestructura de fenotipado digital automatizado. Dos módulos tipo P2 (nivel de contención transgénico), completamente climatizados, pueden controlar la temperatura en un rango que va de 10 a 45 ºC, simulando desde noches frías hasta olas de calor intensas. En estos módulos un sistema robotizado registra de forma automática el crecimiento, el uso de agua, el estado hídrico de las plantas y la gravedad de los síntomas de estrés.
Gracias a estas herramientas de fenotipado de alto rendimiento, los investigadores pueden medir con precisión cómo responde cada planta a la salinidad, a la sequía o al calor extremo. No se trata solo de mirar a simple vista si se marchita o no, sino de tener datos continuos y comparables de decenas o centenares de genotipos al mismo tiempo.
Otra pieza clave de estas instalaciones son los rizotrones, unas estructuras con placas transparentes que permiten observar el sistema radicular sin necesidad de arrancar la planta. En ellos se estudia el grosor, la profundidad y la ramificación de las raíces, así como el efecto de distintos niveles de sal o productos biológicos sobre su desarrollo.
Un aspecto interesante es que el acceso a estas plataformas no se limita únicamente a los equipos del CBGP. También están abiertas a proyectos de otros organismos públicos y privados, interesados en abordar los grandes retos de la agricultura del futuro. De este modo se fomenta la colaboración y se acelera la transferencia de conocimiento desde la academia hacia el sector productivo.
Cereales que “respiran” nitrógeno: menos fertilizantes, más sostenibilidad
Además de la salinidad, otro frente abierto en el CBGP es la reducción del uso de fertilizantes nitrogenados en la agricultura intensiva. Aunque estos fertilizantes han sido claves para lograr altos rendimientos en cereales como el arroz, el trigo o el maíz, su impacto ambiental es enorme: contaminación de aguas subterráneas y ríos, degradación de suelos y emisiones de gases de efecto invernadero durante su fabricación y uso.
El investigador Luis Rubio lidera un proyecto, financiado por la Fundación Gates, que pretende conseguir cereales capaces de aprovechar directamente el nitrógeno del aire, algo que hasta ahora solo pueden hacer algunas bacterias gracias a la enzima nitrogenasa. Las plantas no poseen esa enzima de forma natural, de modo que dependen de fuentes de nitrógeno disponibles en el suelo, muchas de las cuales proceden de fertilizantes químicos.
En este trabajo se utilizan bacterias fijadoras de nitrógeno como Azotobacter vinelandii (a menudo asociada a la microbiota de suelos y conocida en el ámbito de la biotecnología) como modelo para transferir los genes responsables de la fijación de nitrógeno a cereales. El objetivo final es que estos cultivos puedan, en cierto modo, “respirar” nitrógeno atmosférico y metabolizarlo para su crecimiento.
Si esta línea de investigación llega a buen puerto, se abriría la puerta a una agricultura mucho más sostenible, con una reducción drástica de los fertilizantes químicos y de su huella de carbono. Además, ayudaría a recuperar suelos degradados y a minimizar la contaminación de ecosistemas acuáticos, especialmente en regiones donde se ha abusado de estos insumos durante décadas.
El propio equipo reconoce, no obstante, que se trata de una meta extremadamente ambiciosa que requerirá décadas de trabajo. Desarrollar cereales autofertilizantes como el arroz, el trigo o el maíz es una de las grandes aspiraciones de la biotecnología moderna, pero también un reto tecnológico de primer nivel que exige integrar genética, fisiología vegetal, ecología microbiana y consideraciones de seguridad ambiental.
Chile: portainjertos, formulaciones antioxidantes y rizobacterias
En Chile, varios grupos de investigación están abordando el problema de la salinidad desde enfoques complementarios. Uno de los trabajos más avanzados es el que impulsa el Grupo de Investigación en Fisiología y Biología Molecular Vegetal de INIA La Cruz, en la región de Valparaíso, junto con universidades nacionales e internacionales.
Por un lado, se ha puesto en marcha un proyecto FONDECYT (1180958) centrado en el desarrollo de portainjertos de tomate tolerantes a la salinidad, a partir del cruzamiento entre tomates cultivados (Solanum lycopersicum) y el tomate silvestre Solanum chilense, una especie local adaptada a ambientes salinos. La idea es no tocar las variedades comerciales de fruto, sino mejorar el “zapato”, es decir, el portainjerto sobre el que se injerta la parte aérea de la planta.
Estos portainjertos cien por cien chilenos permitirán obtener rendimientos aceptables y frutos de calidad en suelos con alta concentración de sales, conservando las características comerciales de los tomates que el mercado ya conoce. Según explica el Dr. Juan Pablo Martínez, los materiales resultantes muestran mecanismos de tolerancia interesantes frente al estrés salino, lo que abre la puerta a ampliar las zonas de cultivo.
Este trabajo se realiza en colaboración con grupos de la Universidad Austral de Chile y la Universidad Católica de Lovaina (Bélgica), con el fin de favorecer el intercambio científico y la cooperación internacional. Según el propio Martínez, se trata de un claro ejemplo de cómo la agronomía aplicada puede responder a los problemas reales del territorio sin renunciar a la investigación de alto nivel.
En paralelo, dentro del proyecto Anillo de Investigación en Ciencia y Tecnología “PASSA” (ACT 192073), un consorcio de INIA La Cruz, la Universidad de Chile y la Universidad Arturo Prat está desarrollando formulaciones para aumentar la tolerancia del tomate a la falta de agua y a la salinidad. El objetivo es ahorrar agua y mantener producciones viables en terrenos afectados por estos estreses abióticos.
Una de estas formulaciones, denominada de forma genérica “biomodulador”, combina compuestos naturales con fuerte capacidad antioxidante, como el ácido lipoico y ciertos carotenoides, con otras moléculas químicas que ya habían mostrado resultados prometedores en ensayos previos de la Universidad de Chile. Al aplicarse de manera foliar, se busca amortiguar el estrés oxidativo provocado por la sequía y la salinidad en las células vegetales.
La otra formulación se basa en rizobacterias aisladas de plantas que crecen en el Desierto de Atacama, un entorno extremadamente árido y salino. Estudios de la Universidad Arturo Prat han demostrado que estas bacterias confieren resistencia a la salinidad a las plantas con las que se asocian, permitiéndoles prosperar en condiciones que serían letales para la mayoría de especies cultivadas.
Además, INIA La Cruz está trabajando con promotores de crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en inglés) obtenidos de su Banco de Microorganismos. En ensayos de invernadero se ha observado que la aplicación de estas rizobacterias a plantas de tomate sometidas a salinidad mejora de forma significativa su crecimiento y vigor.
Se están probando distintos consorcios: uno formado por cepas de Pseudomonas procedentes de ambientes salinos del norte, seleccionadas por el grupo del profesor Ricardo Tejos en la Universidad Arturo Prat, y otro con diversas cepas del género Staphylococcus. A ello se suma una cepa de Bacillus amyloliquefaciens, identificada por el Banco de Recursos Genéticos Microbianos de INIA Quilamapu como tolerante a la salinidad.
Los promotores de crecimiento basados en Bacillus son, de hecho, los bioproductos más extendidos en el mundo por su inocuidad para el ser humano y su eficacia en el control de una amplia gama de plagas y enfermedades, según la cepa utilizada. Se estima que representan cerca del 90 % del mercado global de controladores biológicos.
Los ensayos de campo y de invernadero en Chile se están realizando sobre dos tipos de tomate: una variedad híbrida comercial indeterminada y una variedad local llamada Poncho Negro, típica del Valle de Yuta y de la zona de Azapa, en la región de Arica y Parinacota. En todos los casos se comparan plantas control con otras expuestas a más sal para generar un estrés marcado, y se analiza el efecto de las distintas formulaciones.
Según subraya el Dr. Martínez, el uso de rizobacterias y bioproductos basados en microorganismos puede reducir parte del empleo de productos químicos en agricultura, acercándose a una producción más limpia y sostenible. Estos bioproductos se basan en recursos biológicos renovables y tienen, en general, un impacto ambiental muy bajo, aunque todavía hace falta generar mucha más información sobre desarrollo y formulación para optimizar su uso.
Esta línea de trabajo es especialmente valiosa porque las soluciones se diseñan pensando en la realidad del agricultor chileno: se ensayan dosis, momentos de aplicación y combinaciones de productos que luego puedan trasladarse de forma directa a la práctica cotidiana, sin exigir al productor cambios drásticos en su forma de trabajar.
El tesoro genético de los tomates silvestres
Más allá de la biotecnología avanzada o de los bioproductos microbianos, una fuente de soluciones a la salinidad está en los parientes silvestres del tomate cultivado. Investigadores del Instituto Boyce Thompson han estudiado con detalle Solanum pimpinellifolium, el pariente silvestre más cercano al tomate doméstico, caracterizado por tener frutos pequeños tipo cereza pero una enorme diversidad genética y una gran resistencia al estrés.
En este trabajo se expusieron distintas líneas de S. pimpinellifolium a varios niveles de estrés salino, tanto en invernadero como en campo, utilizando técnicas de fenotipado de alto rendimiento muy similares a las descritas en el CBGP. El análisis permitió observar una variación enorme en la forma en que estas plantas afrontaban la salinidad, desde individuos que prácticamente no resentían el estrés hasta otros que sufrían pérdidas de rendimiento considerables.
Uno de los resultados más llamativos fue que el vigor general de la planta (su capacidad de crecer rápido y con fuerza) era un factor decisivo en su tolerancia a la sal. Las plantas más vigorosas soportaban mejor el estrés, lo que sugiere que seleccionar por vigor podría mejorar de forma indirecta la tolerancia a la salinidad en programas de mejora.
También se encontró que rasgos como la tasa de transpiración, la masa de los brotes aéreos y la acumulación de iones (especialmente sodio y potasio) en los tejidos se correlacionaban con el rendimiento bajo estrés salino. Curiosamente, mientras la transpiración era clave para explicar el rendimiento en invernadero, en condiciones de campo el factor que mejor se relacionaba con el rendimiento era la masa aérea de la planta.
Quizá lo más sorprendente fue comprobar que la cantidad total de sal acumulada en las hojas no era tan determinante para el rendimiento como se había asumido. Este hallazgo cuestiona algunas ideas clásicas sobre la tolerancia a la salinidad, que se centraban casi exclusivamente en limitar la entrada o acumulación de sodio en los tejidos aéreos, y abre nuevas líneas de trabajo orientadas a otros mecanismos de adaptación.
El estudio, publicado en The Plant Journal, permitió identificar genes candidatos que no se habían asociado antes a la tolerancia al estrés salino. Estos genotipos concretos pueden utilizarse como donantes de alelos en programas de mejora para introducir tolerancia a la sal en tomates cultivados y en otros cultivos afines.
En conjunto, esta investigación refuerza la idea de que los parientes silvestres de las plantas cultivadas son un auténtico banco de soluciones frente al cambio climático y a las nuevas condiciones ambientales. A partir de estos materiales, y combinando técnicas clásicas de mejora genética con herramientas modernas de genómica y fenotipado, se puede acelerar la creación de variedades agrícolas más resilientes.
La convergencia de todas estas líneas de trabajo —tomates transgénicos tolerantes a la sal, portainjertos locales, bioproductos basados en rizobacterias, cereales que aprovechen el nitrógeno del aire y el uso intensivo de la diversidad de tomates silvestres— apunta hacia un modelo de agricultura mucho más resistente frente al cambio climático y a la degradación de los suelos. Aunque todavía faltan años para ver algunas de estas innovaciones masivamente en los supermercados o en las fincas, el camino está claramente trazado: integrar biotecnología, ecología microbiana y mejora genética para seguir cosechando tomates jugosos allí donde la sal y la sequía parecían haber ganado la partida.
