Fitobot: la innovación tecnológica para el fenotipado masivo vegetal

A la hora de buscar y conseguir nuevas variedades, uno de los aspectos más importantes para los obtentores y mejoradores vegetales es el fenotipado. Es el proceso de evaluación del comportamiento de las plantas en determinadas condiciones ambientales, midiendo su respuesta a condiciones de cultivo, resistencia a enfermedades o su tolerancia a estrés. Sin embargo, es una de las tareas que requieren mayores recursos para su ejecución. 

La mejora vegetal o fitomejoramiento es la técnica que se emplea para diseñar la genética de las plantas en beneficio de la Humanidad (Sleper y Poehlman, en Breeding field crops). Permite seleccionar las plantas más vigorosas y resistentes con el fin de que actúen como parentales, es decir, como progenitores, durante cruces dirigidos, de forma que se transmitan esas propiedades a la progenie.

El fenotipado es la última fase del proceso de mejora, en la que se describen y valoran las características o rasgos observables de un organismo, como su morfología, desarrollo, propiedades bioquímicas, fisiología y comportamiento. 

Es el momento de comprobar que las nuevas variedades son más tolerantes frente a situaciones de estrés biótico o abiótico. Todo ello, para proceder a la selección de los individuos más adecuados en los distintos niveles de los programas de mejora genética vegetal.

Una plataforma robotizada para el fenotipado temprano

La compañía almeriense Seeds for Innovation (S4i), perteneciente al grupo de empresas aglutinadas en Beyond Seeds, ha dado un salto cuantitativo y cualitativo para resolver esta necesidad del sector agroalimentario. 

Para ello, ha desarrollado una herramienta denominada Fitobot, que consiste en una plataforma robotizada que permite registrar y analizar las características fenotípicas de las variedades desde una edad temprana, obteniendo toda la información necesaria para un mejor aprovechamiento de los recursos técnicos y económicos, de una manera objetiva y sistemática, de forma que repercuta en una mayor productividad y competitividad del agricultor, una mejor respuesta ante los cambios en el mercado y, en consecuencia, un incremento de la rentabilidad.

Ante la situación de competencia creciente en los mercados internacionales, de estrechamiento de los márgenes de beneficios y de presión por parte de los costes de producción, Fitobot es una técnica revolucionaria que se traduce en un gran aliado del sector agroalimentario para afrontar uno de sus grandes retos: la sostenibilidad económica en el marco de una rentabilidad digna para el productor.

El fenotipado vegetal no solo se aplica a la mejora vegetal. También se puede utilizar para evaluar la respuesta de una variedad a diferentes condiciones de cultivo. Por eso, la plataforma robotizada se ha dotado con varias funcionalidades, o tipos de tareas. 

Las líneas de trabajo que ofrece dependen de las necesidades del cliente y de las respuestas a agentes externos que este busque en las plantas:

• Fenotipado para caracteres de tolerancia a estrés abiótico: este servicio facilita a las empresas de semillas la selección de los mejores fenotipos para el desarrollo de nuevas variedades, evaluando en estadios tempranos de la planta aquellas que presenten un mejor comportamiento frente a condiciones de estrés de tipo abiótico como la salinidad o la sequía.
• Fenotipado para resistencia a enfermedades: está enfocado hacia empresas de semillas que deseen analizar el comportamiento de un conjunto de variedades ante agentes bióticos, como bacterias o virus inoculados, y conocer el posible nivel de resistencia o tolerancia a los mismos.
• Fenotipado diseñado para empresas productoras de fertilizantes, de forma que, ante una muestra normalizada de plantas, deseen evaluar diferentes combinaciones de sus productos y analizar el rendimiento en planta de los mismos para desarrollar fertilizantes, abonos y fitosanitarios mejor adaptados a los cultivos, así como a los nuevos requisitos medioambientales.

Sistema y financiación pioneros

El objetivo de este nuevo servicio de fenotipado masivo que proporciona Fitobot es solucionar el obstáculo que suponen los trabajos de fenotipado y cribado de accesiones en las empresas de selección de semillas. 

Esta herramienta contempla el análisis de especies hortícolas así como de cereales u otras especies de interés comercial y con ello se convierte, por primera vez, en un sistema de fenotipado masivo automático en estadios tempranos del desarrollo de las plantas.

Es el único proyecto con DNI almeriense que ha obtenido financiación procedente del Programa Neotec 2020, un plan de concurrencia competitiva para pymes innovadoras, promovido por el Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial (CDTI), dependiente del Ministerio de Ciencia e Innovación, cuyo objetivo se centra en apoyar la puesta en marcha de nuevos proyectos empresariales que requieran el uso de tecnologías o conocimientos desarrollados a partir de la actividad investigadora y en los que la estrategia de negocio se base en el desarrollo de tecnología.

¿Cómo funciona?

La plataforma de fenotipado masivo Fitobot funciona de manera integrada con el software de gestión y mejora genética vegetal NOAH Plant Breeding. Los datos que genera son analizados por un módulo específico de inteligencia artificial capaz de reconocer los patrones de crecimiento radicular y la velocidad de crecimiento de la parte aérea, además de hacer evaluaciones en los patrones de coloración de las hojas.

Toda esta información se almacena, de forma automática, en la ficha de cada una de las accesiones evaluadas en el ensayo mediante la plataforma de NOAH. De esta forma, los mejoradores vegetales pueden tener acceso en tiempo real a los datos de fenotipado y a los análisis del software de inteligencia artificial para tomar las decisiones que necesiten a la hora de realizar la selección de las accesiones, lo que optimiza y agiliza el proceso a gran escala.

Los algoritmos reconocen los patrones de crecimiento radicular, la velocidad de crecimiento de la parte aérea y los patrones de coloración de las hojas.

Un proyecto multidisciplinar y colaborativo

Fitobot es un proyecto multidisciplinar liderado por Seeds4i, que cuenta con la colaboración técnica de la infraestructura e ingeniería del Grupo Cellbitec: participan Agrointec, que se encarga del desarrollo del módulo robótico; y Bullsoft Solutions, que se dedica a la integración del software y del módulo de inteligencia artificial, completando el sistema. 

El responsable científico, Edgar García-Fortea, destaca que “el desarrollo de las tecnologías ómicas supone el presente y el futuro de la ciencia, en general, y no es diferente en el caso del fitomejoramiento. El fenotipado supone una de las partes con un mayor margen de tecnificación en los procesos de mejora vegetal, siendo en muchas ocasiones un trabajo tedioso que genera datos subjetivos. Por ello, el diseño de una plataforma que contribuya al desarrollo de la fenómica es un reto que requiere una respuesta inmediata para poder adaptar y seleccionar nuestras variedades a los retos de cambio climático que cada vez tienen un impacto mayor en nuestra agricultura y en nuestra forma de vida como sociedad”.

Miguel Ángel Ruiz, ingeniero industrial considera que “gracias al trabajo del equipo de ingenieros de Agrointec va a ser posible, en breve, prestar servicios de fenotipado masivo para empresas productoras de semillas y fertilizantes, además de implantar este sistema robotizado en grandes compañías, mediante proyectos llave en mano”.

Con el desarrollo de Fitobot, “continuamos con la apuesta por ir dotando a la plataforma NOAH de nuevas herramientas que permitan la asistencia a breeders, técnicos e investigadores en la toma de decisiones en sus trabajos diarios”, señala Alfredo Sánchez-Gimeno, consultor senior de la plataforma.

La herramienta es un paso adelante en la tecnificación de los procesos de mejora vegetal.

El Grupo Beyond Seeds

El grupo empresarial Beyond Seeds ha desarrollado una forma de entender la investigación y la innovación, enfocando ambas hacia algo simple y a la vez mágico. Es la razón de ser que persigue un grupo de empresas biotecnológicas dedicadas a la investigación científica en el ámbito de las ciencias de la vida.

El conjunto de las empresas que lo integran se complementa en su actividad. Cellbitec busca aquellas moléculas con poder para tratar enfermedades; Agrointec trabaja por el uso y aplicación de tecnologías, productos y protocolos que mejoran propiedades de las semillas; Nanointec, por la aplicación de nanotecnología a la captura de esas moléculas extraídas de la semilla; Seeds4i, hacia la utilización del ADN de la célula vegetal para generar una nueva generación de plantas; y Bullsoft Solutions, por el uso de la fuente de información que se genera de los datos para desarrollar nueva genética vegetal.