Sistema Nacional de Germoplasma Vegetal

Los acontecimientos agrícolas históricos han demostrado los riesgos asociados a la dependencia de un acervo genético limitado. Cuando la diversidad genética se restringe, los cultivos se vuelven más vulnerables a plagas, patógenos y cambios ambientales, lo que provoca pérdidas generalizadas de rendimiento y escasez de alimentos. Mantener colecciones de semillas diversas en bancos de genes garantiza que los científicos y mejoradores tengan acceso a un amplio acervo genético, lo que les permite desarrollar variedades de cultivos resistentes a enfermedades y adaptadas al cambio climático. ^{[ 15 ]}

Uno de los ejemplos más conocidos de los peligros de la uniformidad genética es la Gran Hambruna de Irlanda (1845-1852). La dependencia de Irlanda de una sola variedad de patata, que carecía de resistencia a la Phytophthora infestans , provocó pérdidas masivas de cosechas tras el brote de tizón tardío. Sin diversidad genética que proporcionara resistencia, la enfermedad se propagó sin control , causando una hambruna que dejó más de un millón de muertos y obligó a una emigración masiva. A día de hoy, la población irlandesa sigue estando por debajo de su máximo del siglo XIX. Esta catástrofe subraya la importancia de preservar la diversidad de los recursos genéticos para garantizar que los cultivos futuros tengan la resistencia necesaria ante amenazas imprevistas.

Entre las amenazas más recientes se encuentra la aparición de la roya del tallo del trigo Ug99 , identificada por primera vez en Uganda en 1999. Esta cepa altamente virulenta de Puccinia graminis ha demostrado la capacidad de superar los genes de resistencia presentes en muchas variedades de trigo ampliamente cultivadas. Su propagación representa un desafío significativo para la producción de trigo, particularmente en regiones de África y Asia donde el trigo es un alimento básico. El acceso a una colección diversa de recursos genéticos del trigo ha permitido a los investigadores identificar y desarrollar variedades resistentes , lo que subraya el papel fundamental de los bancos de semillas en la lucha contra las enfermedades vegetales emergentes. La roya de la soja , otra enfermedad vegetal devastadora , se introdujo en Estados Unidos en 2004 cuando el huracán Iván transportó esporas del hongo Phakopsora pachyrhizi desde Sudamérica. El patógeno se propaga rápidamente en condiciones ambientales favorables y puede causar pérdidas sustanciales en los cultivos de soja. El desarrollo de cultivares resistentes depende en gran medida de la disponibilidad de recursos fitogenéticos , lo que resalta la importancia de mantener amplias colecciones de germoplasma para mitigar las amenazas agrícolas.

La importancia de salvaguardar los recursos genéticos quedó demostrada durante el Sitio de Leningrado (1941-1944), uno de los bloqueos más largos y brutales de la historia. Científicos del Instituto Vavilov de la Industria Vegetal en la actual San Petersburgo , que alberga una de las mayores colecciones de semillas del mundo, protegieron sus valiosos recursos genéticos de cultivos incluso cuando la hambruna azotaba la ciudad. A pesar del hambre extrema, muchos científicos se negaron a consumir las semillas, reconociendo su valor para las generaciones futuras. Varios científicos incluso murieron de inanición antes que comer las semillas almacenadas, asegurando así la supervivencia de estos vitales recursos genéticos durante la guerra. ^{[ 16 ]} Su sacrificio subraya la importancia crucial de preservar la biodiversidad agrícola , no solo para la seguridad alimentaria inmediata, sino también para la supervivencia a largo plazo de la civilización humana.

Estos ejemplos históricos y modernos ilustran que conservar la diversidad genética de los cultivos no se trata solo de preservar las variedades vegetales, sino que es una salvaguarda necesaria contra el hambre y las enfermedades. Los bancos de genes y los programas de mejoramiento genético constituyen la base para el desarrollo de cultivos resistentes, garantizando la sostenibilidad agrícola y la seguridad alimentaria mundial frente a las amenazas cambiantes.

Con la llegada de los colonos europeos a América, los sistemas alimentarios indígenas fueron desplazados en gran medida por cultivos domesticados familiares para los europeos. Buscando recrear sus tradiciones agrícolas, los colonos introdujeron una variedad de granos, frutas y verduras en el Nuevo Mundo, con el objetivo de cultivar la tierra de maneras que reflejaran las prácticas europeas. Lyman Carrier, en Los comienzos de la agricultura en América , cita una carta de un inglés: ^{[ 17 ]}

"He sembrado en diversos lugares trigo, cebada, centeno, avena, habas, guisantes y semillas de hierbas, granos, huesos de ciruela, nueces, todo lo cual prosperó como en Inglaterra."

A medida que crecía el interés entre los agricultores y los aficionados a la botánica por nuevas plantas y cultivos diversos, el gobierno asumió gradualmente un papel activo en la introducción y exploración de material vegetal, esfuerzos que anteriormente habían sido impulsados ​​por individuos y sociedades agrícolas. Figuras pioneras como John Bartram , Henry Laurens , Benjamin Franklin y Thomas Jefferson desempeñaron un papel clave en la exploración e intercambio de plantas en los inicios de Estados Unidos. ^{[ 25 ] [ 17 ] [ 26 ]} Durante este período, el intercambio de plantas dependía de estadistas y terratenientes adinerados que importaban semillas para su cultivo. Jefferson recibía envíos anuales de semillas de André Thouin , jardinero jefe del Jardin des Plantes en París, para experimentar en su finca de Monticello . ^{[ 27 ]}

Uno de los primeros esfuerzos institucionales, el Jardín de los Fideicomisarios en lo que hoy es Savannah, Georgia , se estableció en 1733 como un sitio experimental para probar la adaptabilidad de las plantas agrícolas al clima americano. ^{[ 27 ]} Se cree que el jardín botánico más antiguo que sobrevive en América del Norte, el Jardín de Bartram fundado en 1728, contiene el último de los tres ginkgos originales introducidos en 1785 a los Estados Unidos desde China, vía Londres. Los Jardines Botánicos Reales de Kew , establecidos por Joseph Banks en la década de 1770, se convirtieron en un centro imperial para la distribución de plantas a las colonias británicas . Con el apoyo de recolectores de plantas como David Nelson y naturalistas como John Ellis , los Jardines de Kew ayudaron a facilitar el traslado de plantas valiosas al Nuevo Mundo. En 1785, John Beale Bordley impulsó la formación de la Sociedad de Filadelfia para la Promoción de la Agricultura, la sociedad agrícola más antigua de los Estados Unidos, para promover los mejores métodos de práctica agrícola científica. ^{[ 26 ]} Estas primeras sociedades agrícolas desempeñaron un papel fundamental en el desarrollo de la agricultura estadounidense, actuando en muchos sentidos como precursoras de las agencias agrícolas estatales y federales. Sirvieron como centros para compartir conocimientos, realizar experimentos agrícolas y facilitar el intercambio de semillas y plantas entre los agricultores.

En 1819, el gobierno de los Estados Unidos reconoció oficialmente la importancia de la introducción de plantas cuando el Secretario del Tesoro emitió una circular que ordenaba a los oficiales navales y funcionarios consulares estadounidenses destinados en países extranjeros recolectar y enviar semillas de plantas útiles de regreso a los Estados Unidos. ^{[ 28 ] [ 29 ]}

«La introducción de plantas útiles, no cultivadas hasta ahora, o de calidad superior a las introducidas anteriormente, es un objetivo de gran importancia para todo estado civilizado, pero más particularmente para uno de reciente organización, en el que el progreso y las mejoras de todo tipo no tienen que enfrentarse a prejuicios antiguos y profundamente arraigados.» – William H. Crawford

Esto marcó el inicio del apoyo federal formal a las industrias vegetales. En 1818, el Congreso otorgó la carta fundacional al Instituto Columbiano para la Promoción de las Artes y las Ciencias con el fin de modernizar las prácticas agrícolas estadounidenses, seguido en 1820 por el establecimiento del Jardín Botánico de los Estados Unidos en Washington, D.C., como una institución nacional de ciencias vegetales.

Between 1838 and 1842, William Rich, serving as the official botanist aboard the Wilkes Expedition, embarked on a global voyage to the Pacific with the objective of securing noteworthy agricultural seeds, roots, and plants.^[17] The extensive botanical collections gathered during the expedition led to the construction of a two-section, 50-foot greenhouse behind the Patent Office Building to house and study the specimens—nearly 500 different species and over 1,000 individual plants representing 254 species.^[22]

In July 1838, Congress granted Henry Perrine a parcel of land on Indian Key in the Florida Keys with the explicit purpose of introducing useful tropical plants for cultivation in the U.S. Perrine successfully introduced around 200 tropical plant species; among these, the Key lime stands out for its lasting impact.^[30] After Henry Perrine's death, his original land grant was relocated by his wife to Coconut Grove, Florida.^[31] Today, this site is home to the USDA Agricultural Research Service (ARS) Subtropical Horticultural Research Station, one of the oldest NPGS genebank sites.^[32]

Between 1836 and 1862, the U.S. Patent Office—first under the Department of State and later the Department of the Interior—administered a plant collection and distribution program.^[33]Henry L. Ellsworth, Commissioner of Patents, successfully petitioned Congress in 1839 for $1,000 annually for an Agriculture Division to support farming.^[34][35] These funds were used to collect seeds and distribute them through the U.S. Postal Service.^[36] Ellsworth earned the title "Father of the United States Department of Agriculture" for these efforts. By 1848, the Agricultural Section of the Patent Office was conducting agricultural experiments, procuring agricultural statistics and had distributed 250,000 packages of seeds.^[17][37] Today, the USDA has expanded this mission to include plant breeders and scientists around the world in the public, private, and nongovernmental organization sectors, distributing over 250,000 seed samples annually.^[13]

El Departamento de Agricultura de los Estados Unidos (USDA) se estableció oficialmente en 1862 cuando el presidente Abraham Lincoln promulgó la Ley Orgánica del Departamento de Agricultura. ^{[ 33 ]} Entre los siete mandatos iniciales del departamento se encontraba la recolección, prueba y distribución de semillas y plantas.

"Por la presente se establece en la sede del Gobierno de los Estados Unidos un Departamento de Agricultura, cuyos propósitos y funciones generales serán adquirir y difundir entre el pueblo de los Estados Unidos información útil en temas relacionados con la agricultura en el sentido más general y amplio de la palabra, y obtener, propagar y distribuir entre el pueblo semillas y plantas nuevas y valiosas."

Isaac Newton fue nombrado Comisionado del recién formado USDA. ^{[ 38 ]} Bajo el liderazgo de Newton, se crearon los Jardines de Propagación de EE. UU. para propagar y probar nuevos materiales vegetales y determinar su idoneidad para el cultivo en los Estados Unidos. ^{[ 25 ] [ 17 ]} Esta iniciativa sentó las bases para la introducción y evaluación organizada de plantas. Newton nombró a William Saunders como el primer Superintendente de la División de Jardines y Terrenos Experimentales. ^{[ 22 ]} Saunders tendría un profundo impacto: fue miembro fundador de la National Grange , una de las primeras organizaciones de defensa agrícola en los EE. UU.

En 1871, Frederick Watts se convirtió en Comisionado de Agricultura y amplió significativamente la investigación científica y la colaboración internacional mediante el intercambio de 3450 paquetes de semillas con gobiernos e instituciones extranjeras. ^{[ 17 ]} Estos intercambios incluyeron centros botánicos notables como los Jardines de Kew en Londres, los Jardines Reales de Melbourne en Australia y los Ministerios Imperiales y Reales de Asuntos Agrícolas de Austria-Hungría . Durante este período, el USDA también estableció varias divisiones especializadas para apoyar la ciencia agrícola: Semillas (1868), Botánica (1869), Silvicultura (1880), Pomología (1886), Cultivos de Fibra (1890), Patología Vegetal (1890) y Agrostología (1895). ^{[ 22 ]}

Inicialmente dirigido por un Comisionado, el USDA fue elevado a la categoría de Gabinete en 1889, lo que marcó una expansión significativa de su alcance e influencia. ^{[ 33 ]} En 1897, James Wilson , quien se convertiría en el Secretario de Gabinete con más años de servicio en la historia de los Estados Unidos, dio un paso importante para promover la introducción de plantas en los Estados Unidos. Wilson consiguió 20 000 dólares en fondos federales específicamente para el estudio y la distribución de material vegetal. ^{[ 25 ]}

"...Que veinte mil dólares de la suma así asignada... podrán utilizarse para recolectar, comprar, probar, propagar y distribuir semillas, bulbos, árboles, arbustos, vides, esquejes y plantas raras y valiosas procedentes de países extranjeros para realizar experimentos relacionados con su introducción en este país; y las semillas, bulbos, árboles, arbustos, vides, esquejes y plantas así recolectadas, compradas, probadas y propagadas no se incluirán en la distribución general, sino que se utilizarán para ensayos experimentales, que se llevarán a cabo con la cooperación de las estaciones experimentales agrícolas..."

Esta asignación marcó el comienzo de un enfoque científico para la introducción de nuevos cultivos, acelerando la misión del USDA de proporcionar a los agricultores estadounidenses variedades de cultivos mejoradas y diversas. En ese momento, las semillas se enviaban casi en su totalidad a los miembros del Congreso para su distribución directa a los agricultores. ^{[ 22 ]} El USDA comenzó a trabajar con las Estaciones Experimentales Agrícolas Estatales (SAES) para evaluar nuevos cultivos en jardines experimentales para su posible incorporación a la producción agrícola de EE. UU. ^{[ 17 ]} El departamento también asumió un papel de promoción de nuevas industrias agrícolas al ayudar a desarrollar mercados para estos cultivos. El comisionado Norman Colman enfatizó el valor de estos esfuerzos, afirmando que "el aumento de la producción de trigo, avena y otros cereales y pastos, debido a la amplia distribución de variedades mejoradas, ha pagado diez veces la cantidad total gastada por el Departamento de Agricultura desde su creación". ^{[ 27 ]} Para 1901, la distribución de semillas a gran escala a los agricultores había pasado a la industria privada y al sistema SAES.

Una lámina a color de The Pears of New York (1921) que muestra varios cultivares .

En 1898, el USDA creó la Sección de Introducción de Semillas y Plantas , que más tarde se integró en la Oficina de Industria Vegetal en 1901. ^{[ 39 ] [ 28 ]} Su misión era introducir semillas y plantas extranjeras que pudieran mejorar la agricultura de los Estados Unidos. ^{[ 40 ] [ 41 ]} El director fundador de la Sección, David Fairchild, lanzó un programa de exploración global, empleando a exploradores agrícolas como Frank N. Meyer , Niels E. Hansen , Wilson Popenoe y Palemon Howard (PH) Dorsett . ^{[ 42 ] [ 25 ] [ 43 ]} Sus materiales recolectados se documentaron en el "Inventario de Plantas Introducidas", un catálogo que asignaba números secuenciales de Introducción de Plantas (PI), un sistema desarrollado por OF Cook que incluía los nombres botánicos y comunes de la planta, el recolector, el origen y una breve descripción. ^{[ 44 ]} Este sistema todavía se utiliza hoy en día en el NPGS, proporcionando un vínculo directo entre la exploración temprana de plantas y la curación moderna de bancos de genes. ^{[ 38 ]} Este enfoque sistemático proporciona continuidad científica al exigir que los científicos de plantas citen cada PI utilizado en sus experimentos. Para 1933, bajo el liderazgo de Fairchild, la Sección había adquirido más de 80 000 accesiones únicas de PI (un registro permanente de una planta genéticamente única de una ubicación geográfica específica). ^{[ 45 ]} Estas introducciones de plantas incluyen trigo duro , higo de Esmirna , arroz japonés , cidra corsa , mango , almendras , palmera datilera , algodón egipcio y alfalfa , por nombrar algunas. ^{[ 46 ]}

Among the most influential plant explorers of the early 20th century was Frank Meyer, who introduced more than 2,500 plant varieties to the United States.^[47] He spent thirteen year traveling through eastern and northern China collecting samples for the USDA.^[48] In recognition of his contributions, the Meyer Medal, awarded by the Crop Science Society of America, honors individuals for outstanding work in plant genetic resources.^[49] Another notable plant explorer was P.H. Dorsett, who, between 1929 and 1930, collected nearly 3,000 soybean accessions from China, Japan, Manchuria, and Korea.^[50] At the time, however, there were no dedicated germplasm repositories for long-term preservation; consequently, none of the original 114 Plant Introductions (PIs) were preserved, as they were all distributed for immediate use. Today, just 24 cultivars derived from Dorsett's PI collections remain a part of the U.S. National Soybean Germplasm Collection.^[48]

As the number of plant introductions increased, the USDA took steps to support their evaluation and integration into U.S. agriculture. The Section was responsible for distributing new plant materials to State Agricultural Experiment Stations and other scientific cooperators for testing.^[51] To further this effort, the USDA established the Laboratory of Plant Life History in 1904, led by W.T. Swingle, and the Office of Dry-Land Agriculture in 1906 to study cultivation practices for new species.^[52] Additionally, a network of Federal Plant Introduction Gardens was created to evaluate, propagate, and quarantine introduced plants.^[53] The first was founded in Miami, Florida in 1898, followed by gardens in Chico, California (1904), Savannah, Georgia (1919), Glen Dale, Maryland (1919), the latter facility being largely used as a quarantine center to prevent the introduction of plant pests.^[54][55] These gardens served as hubs for short-term propagation and national distribution, though they were not designed for long-term maintenance.

El desarrollo del NPGS se desarrolló gradualmente a lo largo de varias décadas. El Arboreto Nacional de los Estados Unidos comenzó a operar en Washington, D.C. en 1927. En 1946, el Congreso aprobó la Ley de Investigación y Comercialización, que proporcionó fondos para desarrollar nuevos cultivos adecuados para diferentes regiones de los Estados Unidos. ^{[ 56 ] [ 57 ]} Como resultado, se establecieron cuatro Estaciones Regionales de Introducción de Plantas: Ames, Iowa (1947); Geneva, Nueva York (1948); Griffin, Georgia (1949); y Pullman, Washington (1952). ^{[ 58 ] [ 25 ]} Sus responsabilidades principales incluían la adquisición de germoplasma vegetal tanto extranjero como nativo, la preservación y evaluación de materiales introducidos, y servir como depósitos críticos para los recursos genéticos de la nación. La misión de cada estación reflejaba las prioridades agrícolas y las condiciones ambientales de su región geográfica. Las Estaciones Regionales se crearon en asociación con las Estaciones Experimentales Agrícolas Estatales (SAES) y el Servicio Cooperativo Estatal de Investigación, Educación y Extensión (CSREES). En virtud de este acuerdo conjunto, la SAES proporcionó terrenos, ayudó a establecer laboratorios, invernaderos y oficinas, mientras que el USDA y el CSREES proporcionaron la mayor parte de la financiación para equipos, operaciones y personal.

Las instalaciones adicionales ampliaron aún más el alcance del Sistema Nacional de Germoplasma Vegetal (NPGS). La Estación de Introducción Interregional (ahora Banco de Genes de Papa de EE. UU.) se estableció en Sturgeon Bay, Wisconsin (1949). La Colección Nacional de Granos Pequeños (1948) en Beltsville, Maryland, se trasladó posteriormente a Aberdeen, Idaho, en 1989. Las principales colecciones de cultivos también se consolidaron en bancos de genes especializados durante este período, incluyendo el algodón en College Station, Texas (1955), la soja de ciclo largo en Urbana, Illinois (1948) y la soja de ciclo corto en Stoneville, Mississippi (1949); las colecciones de soja se han combinado desde entonces con la colección de Urbana, Illinois. En 1955, se fundó otra Estación de Introducción Interregional en Prosser, Washington, como centro de cuarentena vegetal para árboles frutales y ornamentales. ^{[ 59 ]} Esta instalación pasó a formar parte de la Red Nacional de Plantas Sanas en 2008, apoyando el intercambio y la propagación seguros de material vegetal libre de virus. ^{[ 60 ]}

Esta expansión marcó un cambio significativo hacia la preservación a largo plazo del germoplasma vegetal, asegurando que el esfuerzo de los exploradores de plantas anteriores no se perdiera. En ese momento, se estimó que solo entre el 5 y el 10 % de las introducciones de plantas desde 1898 permanecían disponibles en estas colecciones. ^{[ 25 ]} En ese momento, el material de germoplasma se enviaba directamente a los mejoradores e investigadores para sus experimentos, sin obligación de conservarlo más allá de su utilidad inmediata. Como resultado, la mayoría de las accesiones de germoplasma obtenidas antes de 1948 ya no están disponibles; sin embargo, muchas líneas de mejoramiento y cultivares importantes que se desarrollaron todavía portan genes derivados de esas primeras introducciones de plantas. ^{[ 59 ]} Para salvaguardar estos recursos genéticos irremplazables, el Laboratorio Nacional de Almacenamiento de Semillas —ahora conocido como Laboratorio Nacional para la Preservación de Recursos Genéticos (NLGRP)— se estableció en 1958 en Fort Collins, Colorado. ^{[ 38 ] [ 20 ]} A diferencia de las Estaciones Regionales, que se centran en la distribución activa de materiales a fitomejoradores e investigadores, el NLGRP sirve como la principal instalación de almacenamiento de respaldo de la nación .