Experiencias de la biofortificaci贸n de la papa en el Per煤 M. Bonierbale, G. Burgos, W. Amoros, E. Salas
Taller de Biofortificaci贸n Lima-Per煤 2010
Biofortificaci贸n - Proceso por el cual a trav茅s del mejoramiento se obtienen variedades de un cultivo con mayor valor nutricional. - Nutrientes objetivo: Primarios: Hierro y zinc Secundarios: Promotores (vit C, carotenoides) & inhibidores (fitatos, polifenoles) de la absorci贸n de micronutrientes. - Es una estrategia complementaria
Consideraciones para orientar la Biofortificación Ingesta del cultivo (g/ día) Concentración del nutriente objetivo en el cultivo Incremento deseado del nutriente
Concentración del nutriente después de la cocción, almacenamiento y procesamiento.
Biodisponibilidad del nutriente
Experiencias CIP – HarvestPlus-Papa I. Línea de base Contribución de la papa en la dieta de niños y sus madres en comunidades rurales de Huancavelica II. Evaluación de Germoplasma * Evaluación de micronutrientes en el tubérculo crudo. * Efecto de la cocción en la concentración de micronutrientes * Biodisponibilidad
III. Fitomejoramiento para incrementar el
valor nutricional
Estudio de consumo % de Niños <5 años con Desnutricion crónica
Perú
Pucara
Huancavelica
Allato Pongos
◙ ◙◙ ◙
◙◙ Libertadores Pucara
Dos de Mayo
Percent
Z-score (talla para edad, retraso de crecimiento) > - 1.00 > - 1.00 = - 1.00 toa --1.99 1.99 -1.00
40
30
2003 18
-2.00 a 2.99 = - 2.00 to - 2.99 < = -3.00 < - 3.00
13
Categorias de niños (6-35 meses)
Ingesta y composición de variedades locales Ingesta • Pesado directo • 6 comunidades • 76 familias • 2 períodos
Composición de nutrientes • 18 variedades • Cocción • Almacenamiento • Procesamiento tradicional
A b u n d a En cs ia casez
Contribución de la Papa y de Otros Alimentos a la Ingesta total de Energía
Niños Mujeres Niños Mujeres
27
40 32
1 4 40
37
0
Papa Legumbres Azucares y grasas Otros
10
2 5
35 44
20
6 34
30
Cereales Verduras Carnes Other
40
50
15
60
10 3
80
6 5 2
12 4
70
3
1 6
4
9 90
12 100
Otros tubérculos y raíces Frutas Huevos
A b u n d aEn sc ci a s e z
Contribución de la Papa y de Otros Alimentos a la Ingesta total de Hierro
Niños Mujeres Niños Mujeres
11
58
1 8
13
55
2
19
0
10
Papa Legumbres Azúcares y grasas Lacteos
52 20
30
Cereales Verduras Carnes Otros
40
9 8
53
22
5 3 5
50
7 60
70
8
12
4
6 14 1 7
80
6 7
5 02 1 90
100
Otros tubérculos y raíces Frutas Huevos
Porcentajes de Mujeres y Niños con Deficiencias en Zn, Fe, Proteína y Energía (Ingesta < 75% de las Recomendaciones) 83
Zinc
49
93
57 74 84
Hierro
93 97
Niños Escasez Niños Abundancia Mujeres Escasez Mujeres Abundancia
23 21
Proteína
31
36 44
Energía
48
56
30 0
20
40
60
80
100 100
120
II. Evaluaci贸n de la concentraci贸n de micronutrientes en el germoplasma de papa 2004-2008
Mejorada
n
Nativa 315, 33%
Mejorada
626, 67%
I
B1C5 (72) B3C1 (42) B3C2 (28) LB-A (3) LTVR (81) LTVR-LB (30) Prebreeding (5) TPs parents (6) Local cltvrs (10) World cltvrs (32)
Rangos de la concentraci贸n de micronutrientes en el germoplasma 1.0
40 0.84
Zn (mg/100g FW)
0.4
0.2
0.28 0.23
0.58 0.6 0.4 0.2 0.20
0.0
33.2
30
20
10
0.13
0.0
4.2
4.2
0
Natives (n=286)
Improved (n=315)
33.2 Vit C (mg/100g FW)
0.8
0.6
Natives (n=286)
Fe (mg/100g FW)
0.64
Improved (n=315)
0.75
Vitamina C
Improved (n=315)
0.8
Zinc
Natives (n=626)
Hierro
35
0.2 0.39
0.28
0.18 0.29
0.23 0.21 0.18 0.14
0.0
20
15 17.7
13.4
10
0.23 8.7
5
World cltvr (n=32)
0.34
23.7
Local cltvr (n=10)
0.44
28.8
TPS parents (n=6)
0.39
23.8
Prebreeding (n=5)
0.8
LTVR-LB (n=30)
0.0 0.34 0.52
25
28.8
LTVR (n=81)
30
LB-A (n=3)
0.84
B3C2 (n=28)
1.0
B3C1 (n=42)
0.23
0.4
0.62
Vit C (mg/100g FW)
Zinc
B1C5 (n=72)
0.28 0.33 0.29 0.29 0.51
World cltvr (n=32)
0.36 0.54
Local cltvr (n=10)
0.39
0.6 0.65
TPS parents (n=6)
0.28 0.47 0.45
Prebreeding (n=5)
0.67
LTVR-LB (n=30)
0.64
LTVR (n=81)
0.6
LB-A (n=3)
Hierro
B3C2 (n=28)
0.58
B3C1 (n=42)
0.50
Zn (mg/100g FW)
0.8
B1C5 (n=72)
0.43
World cltvr (n=32)
0.48
Local cltvr (n=10)
0.30
TPS parents (n=6)
0.4
Prebreeding (n=5)
0.27
LTVR-LB (n=30)
0.24
LTVR (n=81)
0.47
LB-A (n=3)
0.49
B3C2 (n=28)
B3C1 (n=42)
0.2
B1C5 (n=72)
Fe (mg/100g FW)
Rangos de micronumtrientes en poblaciones distintas de papa mejorada Vitamina C 33.2
29.6
24.7 22.2 23.3
19.5
14.2 16.4
9.6 10.8
6.6 8.1 4.2
0
Cultivares selectos proporcionan casi 4 veces mas hierro que las variedades con bajos niveles Ingesta de hierro de papa (mg/d)
Cultivar
Ni帽os
Mujeres
Menor concentraci贸n de hierro (2.1 mg kg-1 fw)
0.48
1.92
(8.6 mg k-1 fw)
1.72
6.88
Incremento
3.6
3.6
Mayor concentraci贸n de hierro
Resumen de clones â&#x20AC;&#x153;Topâ&#x20AC;? con altos niveles de micronutrientes Nutriente Fe Zn Vit C
No. genotipos
Tipo
Rango (*)
8
Mejorado
22 - 27
23
Nativo
22 - 30
12
Mejorado
22 - 31
10
Nativo
22 - 25
12
Mejorado
100 - 138
12
Nativo
98 - 148
(*)Unidades: Para Fe y Zn mg/kg BS, para Vit C: mg/100g BS
Efecto del ambiente y de la interacci贸n G x A en la concentraci贸n de micronutrientes Fe
25
20
Frecuency
Frecuency
15
10
5
5
0
0 0
0
10
20
30
40
0
10
15
20
-1
-1
mg/kg DW
mg/kg DW
25
25
24 24 A
21 21
30 30
703274
18 18
703265
25
702815
25
700234 703985
20 20
704022 703168
16 15
702464 700787 705543
10 10
705280
Inyaya In y a y a
Aymara A y m a ra
zinc (mg kg DW)
702453
mg/kg DW
35 35
B 701165 702815
15 15
703985
12 12
704022
99
700787
703265
-1
-1
5
10 30 40 0 5 . 87 10 (4): 668-675 15 20 Journal of20the Science of Food and Agriculture Z in c ( m g k dw ) Ir o n ( m g k dw )
40 40
mg/kg DW
Inyaya Aym ara Aymara In y a y a
Frequency
Frequency
Inyaya Ay m ara Aymara
10
55
B
20
In y a y a
15
iron (mg kg DW)
Zn
25
A
705009
706191 701273
66
703268 704143
33 00
703899
Inyaya In y a y a
Aymara A y m a ra
Journal Sci Food & Agr. 2007: 87 (4): 668-675
mg Vit C / 100 g base seca
Rangos de concentraciรณn de vitamina C (mg/100 g, base seca) en papas Nativas (n=277)
V ita C m g /100 g b ase seca
80
160 140 120 100 80 72 60 40 20
70
Adg
Cha
60
Gon group
50
ร
40
75 % retenciรณn con cocciรณn
30 20 10 0 Crudo
Cocciรณn
Horno
Micro ondas
Phu
Stn
Perfil de carotenoides Cromatograma de una variedad con alto contenido de carotenoides totales Anteraxantina
AU
0.10
Zeaxantina
0.05
0.00 0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
703566
30.00 Minutes
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
Cromatograma de una variedad con alto contenido de Ă&#x;-caroteno AU
0.020
Violaxantina
Luteina
Ă&#x;-caroteno
0.010
0.000 0.00
705800
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00 Minutes
35.00
40.00
45.00
50.00
55.00
60.00
Concentraciones de carotenoides totales e individuales en las papas Phureja
704218
705797
1600 1400
Grupo 705800 3
30 26.7
25
1200 1000
20
800 600
15 11.3
10
400
9.4
5.4
200 0
Grupo Group 11 TC
703291
705806
5 0
rango range
B C (u g /1 00g b f)
Grupo 1 703566
T C , A n t, V io , L u t, Z ea (u g /100g b f)
(3 grupos formados por anรกlisis de cluster en resultados de 23 accesiones analizadas por HPLC)
Grupo Group 33
Grupo Group 22 Ant
Vio
706781
706822
Lut
Zea
BC
703308
Grupo 2 Journal of Food Composition and Analysis: doi:10.1016/j.jfca.2008.08.008
C a c o Formaci贸n 2(ngc eferritina ll F e rde r/ proteina) it ferritina in f o r m a t io n ( n g f e r r it in / g p r o t e in )
Biodisponibilidad de Fe en papas nativas (ensayo in vitro con c茅lulas Caco-2)
60 50 40 30 20 10 0 -0 P N
-1 0 9
-0 P N
.1 0 2
-0 P N
-7 0 3
-0 P N
-3 0 5
-0 P N
-3 0 1
-0 P N
-3 0 2
-0 P N
-3 0 3
-0 P N
-8 0 2
-0 P N
-9 0 5
0
k l3 O4 A A n a C S + Bl Fe Fe l3 C Fe
N NP PN 01 -01 P- .0 .0 01 9 9 .0 + F 9 + eC Fe l3 SO N N 4 P- P N 09 09 P- .0 .0 09 5 5 .0 + F 5 + eC Fe l3 SO N N 4 P- PN 08 08 P- .0 .0 08 2 2 .0 + F 2 + eC Fe l3 SO 4
ng ferritin/mg protein
La papa mejora la biodisponibildad de hierro de fuentes extrĂnsicas 225
200
175
150
125
100
75
50
25
III. Mejoramiento para elevar los niveles y biodisponibilidad de micronutrientes en la papa Incrementar los niveles y disponibilidad de micronutrientes en la papa
Objetivo de Mejoramiento Nutricional (OMN) Cantidad de hierro que debería tener la papa para tener un impacto biológico medible Cantidad de papa consumida 800 g /día
OMN
Cantidad de hierro a aumentar según biodisponibilidad del hierro de la dieta 10 % de biod Fe
4 mg / d
OMN: La papa debería aumentar su contenido de hierro hasta 38 mg / K para tener impacto biologico
* Clones y Parentales Mejorados
x Papas Nativas Selectas
Poblaci贸n de base para caracter铆sticas nutricionales, de resistencia y calidad culinaria
Grupo I
Stocks Para Estudios GenĂŠticos Grupo II 703825 Gon
703421 Stn
X
702815 Stn
X
703291 Phu
703825 Gon
704393 Gon
703168 Gon
703831 Gon
703352 Gon
701165 Phu
303846
303835 303845
303828 303842
303826 303841
303832
Heredabilidad para Hierro, Zinc y Vitamina C Regresion Padre - Progenie Hierro
Zinc
0.54
Offspring_Zn (mg/100g,FW)
0.50 0.48 0.46 0.44
Regression 95% C I
0.42 S R-Sq R-Sq(adj)
0.40 0.37
0.38
0.39
0.40
0.41
0.42
0.0298906 33.9% 25.6%
0.43
Y = 0.18 + 0.42 X
0.34
0.32 Regression 95% CI
0.30
S R-Sq R-Sq(adj)
0.28
0.44
0.250
Midparent_Fe (mg/100g,FW)
22 offspring_Ascorbic acid (mg/100g,FW)
Offspring_Fe (mg/100g,FW)
0.36
Y = 0.18 + 0.70 X
0.52
Y = 4.77 + 0.70 X
18 16 14 Regression 95% C I
12
S R-Sq R-Sq(adj)
10 10
11
12
13
0.300
0.325
0.350
0.375
Midparent_Zn (mg/100g,FW)
Vitamin C
20
0.275
0.0081189 93.0% 91.9%
14
15
16
17
1.63281 53.2% 46.6%
18
Midparent_Ascorbic acid (mg/100g,FW)
19
0.400
Predicted Selection Gains (e.g., Vitamin C content, DM basis) Gs= 12.88 mg/100g DW
Percent Porcetaje de poblaciﾃｳn
30,0 25,0
Theoretucal distribution of the progeny of selected individuals
Base Population Huﾃ｡nuco 2005
20,0 15,0
5% individuals selected
10,0 5,0
X=69.4
0,0 15,5
23,3
31,1
38,8
46,6
X1=40.2
54,4
62,1
X2=53.1
mg Ascorbico/ C/ 100g DW mgAcVitamin 100g
69,9
77,7
85,4
93,2
Where: X2
=
X1
+ [(k) (ﾏパ) (h2)]
Ganancia genĂŠtica realizada por mejoramiento â&#x20AC;&#x201C; fase inicial 2005 1.20
Fe (mg/100g,FW)
1.20
0.90
0.88
Mean =0.49 +0.07 N=28
0.65 0.60 0.55 0.50 0.49 0.45 0.40 0.35
Mean =0.60+0.13 N=16 Cycle 0
0.80 0.72
28 progenitores ( cultivares Stn, Gon, phu): 16 familias
0.64 0.60 0.56 0.48 0.40 0.32
Cycle 1
0.00
0.00
0.90
0.90
Zn (mg/100g,FW)
2007
Mean=0.38+0.08 N=28
Mean=0.50+0.07 N=16
16 progenitores selectos - 32 familias
0.65 0.60
0.60
0.55 0.50
0.50
0.45 0.40
0.40 0.38
0.35
0.30 0.20
0.00
0.00
0
1
Selection Cycle
2
Incrementar los niveles y disponibilidad de micronutrientes en la papa
El contenido promedio de hierro en la papa es 19 mg/k, los mejoradores indican que es posible aumentar el promedio hasta 48 mg / k
Conclusiones hasta la fecha • La papa es una fuente significativa de hierro y zinc • Los parámetros géneticos encontrados demuestran que es posible incrementar los niveles de micronutrientes en la papa • Es posible tener impacto biológico donde el consumo de papa es alto
Collaboraciones Collaboraciones
Minerales Waite Analitycal Services Univ. of Adelaide Australia
Nutrici贸n Estudio de Consumo
Gob. de Espa帽a AgroSalud Fdn McKnight
Carotenoides
Univ. Est. Campinas Brasil
Univ. Est. Paulista Brasil
Biodisponibilidad PSNL/ USDA Ithaca NY