Desarrollo de Líneas con Mayor
Contenido de Hierro y Zinc
I Taller GRISP de Mejoradores de América Latina
y El Caribe
César P. Martínez y Laura Moreno
20-23 Febrero 2012
CIAT, PALMIRA - COLOMBIA

CONTENIDO
• Introducción
• Resumen Proyecto Agrosalud.
• Actividades en ejecución:
1. Evaluación líneas Agrosalud en Colombia y
Nicaragua(Fundación OPEC)
2. 2. Proyecto colaborativo Univ. de
Melbourne,Australia -CIAT. Tesis PhD
• Perspectivas futuras : Harvest Plus

BBC News: 500m children 'at risk of effects of
malnutrition' 15 February 2012
• Half a billion children could grow up physically and mentally
stunted over the next 15 years because they do not have
enough to eat, the charity Save the Children says in a new
report.
Food prices could undo work to reduce child malnutrition, Save the Children warns

Global Micronutrient Deficiency
This map details worldwide severity of the most common micronutrient deficiencies—vitamin A, anemia, and
zinc—using World Health Organization (WHO) children under 5 prevalence data. Severity was coded using a 3-
point weighting system based on levels of public health significance cut-offs (low, moderate, and high).

Zinc Deficiency Among Children Under Age 5, By
Region
Region Prevalence(%) Deaths(‘000) DALYs lost(‘000)
East Asia &
7 15 1,004
Pacific
East Europe &
10 4 149
Central Asia
Latin America &
33 15 587
Caribbean
Middle East &
46 94 3,290
North Africa
South Asia 79 252 8,510
Sub-Saharan
50 400 14,094
Africa
High Income
5 0 2
Countries
Source: Disease Control Priorities in Developing Countries, 2nd edition, 2006,
Tables 28.1, 28.2, and 28.3

Malnutrición en América Latina
Source: FAO – AFP, adapted CEET
Esta región produce un
Malnutrición 30% mas de lo necesitado (FAO)
12.8%
población total
En millones de Personas
54
53 53
51
45
44
1990-92
1990-92 2003-05
2003-05 2005-07
2005-07 2009
2009
10 millones de niños
afectados por malnutrición
PORTAFOLIO 18-sep-09

Prevalencia de Malnutrición Crónica (T/E < - 2 DE) en Niños
Poblaciones Indígenas y Non-indígenas menores de 5 años de edad,
1998-2008 (Céspedes, A. WFP 2009)
Indígenas
80
69.5 No-Indígenas
70 62.0
60
50 46.7 46.5
Percentage %
44.3 43.7
41.5
40 35.7
30
20.0 18.0 19.1 20.0 18.0
20 14.5
10
0
Bolivia ** Mexico* Ecuador Guatemala Panama*** Peru** Belice****
1998 1999 2004 2002 2008 2000 2002
Elaborado por PMA 2008 con datos disponibles de las Encuestas Nacionales de Demografía y Salud.
* Fuente RIVERA et al. Salud Pública Méx. 2003, vol.45, suppl.4, pp. 466-476
** Fuente CEPAL. Hambre y desigualdad en los países andinos. La desnutrición y la vulnerabilidad alimentaria en
Bolivia, Colombia, Ecuador y Perú. Santiago de Chile, 2005.
*** 19.1% se refiere al valor nacional total. Fuente: Encuesta de Niveles de Vida, 2008.
**** 18.0% se refiere al valor nacional total. Fuente: Belize Poverty Assessment Report, 2002.

AGROSALUD ARROZ - CIAT: MEJORAMIENTO AGRONÓMICO Y NUTRICIONAL
DE ARROZ EN AMERICA LATINA
César P. Martínez, Jaime Borrero, Roger Taboada, Jose Luis Viana, Péricles Neves,
Lázaro Narvaez, Violeta Puldon, Angel Adames, y Alejandro Vargas.

Principales Actividades Mejoramiento
en CIAT
 Convencional: Aprox. 11,337 lineas evaluadas Fe y Zn
de 2005 al 2010. Mejores líneas con 5-7 mg/kg of Fe y
20-22 mg/kg de Zinc con buenas características
agronómicas
 Selección Recurrente: Cuatro poblaciones
desarrolladas Primer y segundo ciclos de
recombinación: Mejores lineas S2 con 6.5 - 8.7 mg/kg
de Fe y 20-22 mg/kg de Zinc
 Líneas Parentales: CNPAF-EMBRAPA
Zebu Ligero (10 mg/kg Fe and 36 Zn) y
Chatao Branco (10.6 mg/kg Fe and 30 Zn)

Alimento básico dieta alimenticia en América
Latina tropical y principal fuente calorías y
proteína sectores más pobres (urbano y rural)
Arroz con mayor valor Nutricional
Agronómico Nutrición
Hierro Zinc
2 ppm 17 ppm
 Buen potencial rendimiento
 Tolerancia pricipales enfermedades/pestes
 Buena calidad grano (molineria y
cocción ) 8 ppm 25 ppm

2. Evaluación del contenido nutricional del material existente en los bancos de
germoplasma. Evaluación de variedades locales y líneas avanzadas existentes en
programa, para identificar productos que tengan utilidad inmediata.
Arroz
Línea base
14 N 4667
12 Mean 3.20
Percent
10 Std Deviation
1.26
2007
8 Normal
6
4
2
0
0 0.45 1.05 1.65 2.25 2.85 3.45 4.05 4.65 5.25 5.85 6.45 7.05 7.65
Fe
(mg/kg)
22.5 N 4832
20.0 Mean 14.15
17.5 Std Deviation3.83
15.0 Normal
Percent
2007
12.5 Línea base
10.0
7.5
5.0
2.5
00
1.8 4.2 6.6 9 11.4 13.8 16.2 18.6 21 23.4 25.8 28.2 30.6 33
Zn (mg/kg)

Progreso observado en la distribución contenido de hierro en muestras arroz
pulido en los años 2007, 2008 y 2009 .
14 N 4667
12 Mean 3.20
10 Std Deviation 1.26 Fedearroz 50
16.2 %
Percent
Normal
2007
8
IR - 64
6 10.0 %
4
2
0
14 N 4851
12 Mean 3.92 Fedearroz 50
34.4 %
10 Std Deviation 1.20
Percent
Normal IR - 64
2008
8 22.0 %
6
4
2
0
14 N 1819 Fedearroz 50 83.7 %
IR - 64
12 Mean 5.69 73.9 %
10 Std Deviation 1.21
Percent
Normal
2009
8
6
4
2
0
0.45 1.05 1.65 2.25 2.85 3.45 4.05 4.65 5.25 5.85 6.45 7.05 7.65
Fe (mg/kg)

Progreso observado en tiempo en la distribución del contenido zinc en
muestras arroz pulido analizadas en 2007, 2008 y 2009 .
22.5 IR - 64 N 4832
20.0 85.6 % Mean 14.15
17.5 Fedearro z 5 0 Std Deviation 3.83
15.0 36.7 %
Percent
Normal
2007
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
0
22.5 N 4930
IR - 64
20.0 93.3 % Mean 15.15
17.5 Fedearro z 5 0 Std Deviation 3.56
15.0
Percent
50.8 % Normal
2008
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
0
22.5 88.7 %
IR - 64 N 1854
20.0
Mean 12.99
17.5 Fedearro z 5 0
21.9 % Std Deviation 2.85
15.0
Percent
2009
Normal
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
0
1.8 4.2 6.6 9 11.4 13.8 16.2 18.6 21 23.4 25.8 28.2 30.6 33
Zn (mg/kg)

Población PCTBF3
40
35 N 89
Ciclo 1 Mean 3.46
30
Std Deviation 0.48
25 Normal
20
CICLO 1 15 Fedearroz 50
10
Percent
5
0
40
N 144
35 Mean 6.65
Ciclo 2 Std Deviation 0.57
30 Normal
25
20
CICLO 2 15
10
5
0
2.2 2.6 3 3.4 3.8 4.2 4.6 5 5.4 5.8 6.2 6.6 7 7.4 7.8 8.2 8.6 9.0
Fe (mg/kg)
CICLO 1
CICLO 2

Variedades
Azucena Saavedra -27 IACUBA-30 IDIAP GAB2, 6, 8 y
Santa Cruz 11
Panama- 2010
Bolivia- 2009 Bolivia- 2009 Cuba- 2009 4 nuevas variedades de arroz con mayor
Caracteristicas : Variedad de alto potencial de Cultivar de Variedad de arroz de alto valor nutricional, con el propósito de
rendimiento, buena adaptación, y valor nutricional, para bajos Insumos contribuir a combatir los problemas de
Porte Alto (150 cm) tolerancia a plagas y enfermedades. Es de agua y fertilizante, para pequeños y malnutrición en las zonas de pobreza
Hojas Largas y pilosas recomendada para siembras en secano medianos productores extrema.
Macollamiento Intermedio favorecido y riego del sistema buen comportamiento agronómico en
Panicula expuesta. mecanizado. Puede suplir 18% y 20% rendimiento, adaptabilidad, control de El Instituto de Investigación Agropecuaria de
Floración 99 días más de hierro y zinc a la dieta Boliviana enfermedades y proceso industrial, Panamá (IDIAP) liberó cuatro nuevas
Moderadamente resistente a que las variedades sembradas contiene mayor cantidad de hierro y variedades con mayor contenido de hierro y
Manchado de grano comercialmente por los agricultores en zinc, con un gran impacto social en zinc.
Moderadamente suceptible a este país. Cuba dada su especial significación en
Piricularia la población propensa al padecimiento El contenido de estos micronutrientes
Granos largos, pubescentes, color Paso por todo el proceso de ensayos de anemia. oscilaron entre 3.5 a 4.1 ppm de hierro y de
amarillo paja, con buena apariencia agronómicos en las zonas de Saavedra, 13.2 a 15.5 ppm de zinc para el sistema de
visual y con aroma San Juan, Okinawa, San Pedro, Tiene 30-40% más de hierro y zinc con chuzo,
Guarayos, Yapacaní y el Beni. relación al arroz comercial importado
en Cuba. Entre sus ventajas también Para fangueo se determinó entre 3.7 a 4.0
sobresale la alta adaptación a suelos ppm de hierro y 13.9 a 15.3 ppm de zinc.
salinos
Este germoplasma fue evaluado y
El rendimiento en granos enteros en el seleccionado, bajo los sistemas productivos
molino alcanza valores superiores al tipificados para las zonas de agricultura
58%. rudimentaria a chuzo y por fangueo

Interacción GxE. Contenido Hierro (mg/kg) en arroz pulido y rendimiento
(kg/ha) de 2 líneas élites en 4 localidades. Colombia, 2009A. Fedearroz-FNA
(Fe) (mg/kg)/ Locations Mean Yield
No LINE/VARIETY AIPE MONTERIA SALDAÑA VILLAVICENCIO kg/ha
1 FA316-2-2-V2-MA 4,72 bc 5,13 abc 4,48 bcd 5,98 bc 5,08 d 5112 a
2 FA319-2-3-V4-MA 4,47 abc 5,12 abc 4,03 abcd 6,57 c 5,05 cd 5296 ab
3 FA291-4-4-V1-MA 4,59 abc 4,91 abc 4,68 cd 5,47 bc 4,91 bcd 6125 d
4 FA336-1-1-V5-MA 4,93 c 5,01 abc 4,61 cd 5,04 ab 4,90 bcd 5823 bcd
5 FA305-1-2-V2-MA 4,72 bc 4,71 ab 4,23 abcd 5,32 ab 4,74 abcd 5127 a
6 FA305-4-3-V3-MA 4,17 ab 5,00 abc 4,45 bcd 5,34 abc 4,74 abcd 5355 abc
7 FA316-2-2-V1-MA 4,16 ab 5,50 c 3,55 a 5,53 bc 4,69 abcd 6029 cd
8 FA305-1-5-V1-MA 4,40 abc 4,92 abc 4,20 abcd 4,89 ab 4,60 abc 5121 a
9 FA305-4-3-V4-MA 4,31 abc 4,79 abc 4,40 bcd 4,90 ab 4,60 abc 5228 ab
10 FA285-4-3-V4-MA 4,01 a 4,54 a 4,55 bcd 5,17 ab 4,57 ab 5077 a
11 FA319-2-3-V5-MA 4,58 abc 5,00 abc 3,77 ab 4,82 ab 4,54 ab 5304 ab
12 FA285-4-3-V3-MA 4,36 abc 4,97 abc 3,94 abc 4,12 a 4,35 a 5267 ab
Fedearroz-733 4,64 abc 5,36 bc 4,80 d 5,40 bc 5,05 cd 6125 d
Mean /Location 4,47 a 5,00 b 4,28 a 5,27 c
Significance Level.
Line ns ns ns ** * **
Location ** **
Line x Location ns **
D.M.S (kg/ha) 0,65 0,70 0,81 1,24 0,45 682
Coeficiente var. (%) 8,7 8,5 11,2 14 11,4 15

CONCLUSIONES
Ocho variedades liberadas en Bolivia, Cuba, and Panamá. Varias líneas élites
en etapa final de evaluación/demostración en Colombia, Nicaragua, República
Dominicana y Brazil .
Se encontró interacción GxE significativa con relación a época y sistema de
siembra, fertilidad de suelos, y manejo del cultivo.
Algunas variedades tradicionales con mayor contenido de hierro y zinc fueron
identificadas por CNPaAF- Embrapa.
Varios porductos alimenticios fueron desarrollados para consumo humano en
Cuba y Bolivia.
Busqueda de donantes para la Segunda Fase de AgroSalud.
(2) Bolivia- 2009 Brasil-2011 (2) Cuba 2009-2010 R.Dominicana-2011 (1) Nicaragua-2010

Actividades en Colombia y Nicaragua
• Proyecto INTA. Nicaragua-CIAT. Financiamiento
Fundación OPEC (2010-Julio 2012)
• Evaluación, Multiplicación semilla líneas élites y
Parcelas Demostrativas –fincas agricultores :
• Líneas L 8 (CT 15679-17-1-1-1-4-M) y L9 (CT 15696-3-
4-2-3-3-M)
• Liberación finales 2012
• En Colombia-Fedearroz

Contenido de Hierro y Zinc (ppm) en Arroz pulido en la línea élite
FA336 (LV 730/Azucena)
Fedearroz – Colombia 2011
Fe Zn
Cons. Denominación
(mg/kg) (mg/kg)
101 FA336-1-1-V5-MA-2 6.11 19.33
46 FA336-1-1-V5-MA-2 6.32 19.31
114 FA336-1-1-V5-MA-1 6.41 25.81
95 FA336-1-1-V5-MA-1 6.46 25.20
54 FA336-1-1-V5-MA-2 6.50 19.74
65 FA336-1-1-V5-MA-2 6.69 19.68
81 FA336-1-1-V5-MA-2 6.99 18.93
15 FA336-1-1-V5-MA-1 4.60 26.08
107 FA336-1-1-V5-MA-1 4.83 26.18
40 FA336-1-1-V5-MA-1 4.31 26.49
32 FA336-1-1-V5-MA-1 4.84 26.51
45 FA336-1-1-V5-MA-1 4.33 26.58
7 FA336-1-1-V5-MA-1 5.69 26.71
43 FA336-1-1-V5-MA-1 4.88 26.85
71 FA336-1-1-V5-MA-1 4.72 26.87
68 FA336-1-1-V5-MA-1 4.58 27.15
288 FA336-1-1-V5-MA-2 4.87 28.63
67 FA336-1-1-V5-MA-1 4.79 30.46
Evaluación surco por panícula,
producción de semilla básica.
A.Vargas. FEDEARROZ

Proyecto Colaborativo Universidad de
Melbourne -CIAT
• Tesis Grado PhD. Laura Moreno
• Directores: Alexander Johnson y J.Tohme
• Título: Desarrollo de Variedades
Biofortificadas de Arroz para Combatir
Deficiencias de Hierro (Fe) en Latino América
• Fechas : 2009-2012

Objetivos
 Caracterización molecular de líneas desarrolladas por ingeniería
genética (NAS transformants)en Nipponbare y selección de
variedades de arroz latinoamericanas para un programa de
retrocruzamiento.
 Desarrollo de poblaciones BC2F2 usando las mejores líneas
transformadas portadoras caracter de interés (NAS transformants)
como padres donantes (DP) y las variedades élites como padres
recurrentes (RP).
 Selección de las líneas transgénicas portadoras carácter interés NAS
con el mayor background genético del padre recurrente (RP) .
 Evaluación de los niveles de Fe y Zn en progenies BC2F2
homozigotas

Plan de Trabajo del Proyecto PhD
Selection of Latin American rice
varieties and molecular
Year 1 characterization of high-Fe rice
lines for Introgression breeding
Two rounds of backcrossing for
Year 2 introgression of the high-Fe
trait into rice varieties
Year 3 Assessment of Fe and NA levels in
backcrossed progeny populations

El alto contenido de Fe es un carácter complejo
43 genes están involucrados en el proceso Fe homeostasis en
arroz
Environmental Molecular interactions
interactions
Fe accumulation
Variation due to GxE in the seeds
interactions
Long-distance Fe transport
Fe availability in the soil
Fe uptake

Ingeniería Genética es una estrategia viable para
producir arroz con alto contenido de Fe
Nicotianamine (NA) Seed
Ferritin
Precursor en
biosintesis de
phytosiderophores
Shoot
Transporte Interno
de metales
NA-Fe2+
(Palmer & Guerinot 2009)

El Proceso de Pulido del Grano Causa Pérdidas Altas
del contenido de Hierro y Zinc
Milling
Paddy rice Brown rice White rice
20% Husk 8-12% bran
removal removal
25 ppm Fe 20 ppm Fe 2-4 ppm Fe
70% of Fe lost

Iron and Zinc Biofortification of Rice Endosperm. Johnson, A et al. 2011. PLOS ONE
6(9)

Desarrollo de Arroz con Alto Fe
Sobre-expresión de tres genes de la nicotianamine synthase (NAS)
incrementa el contenido de Fe
The increased iron in polished rice (A) is positively correlated with nicotianamine
content (B)
(Alexander Johnson, personal communicate)

Desarrollo Líneas NAS con Alto Fe
Origen:15 Líneas Alto-Fe NAS
Caracterización Molecular
Southern blots qPCR
Single
copy insert
Determine
Determinación # copias transgene
expression levels
Cuatro Lineas seleccionadas con una copia
y expresión estable del transgene

Selección de 4 Plantas Transformadas con una sola
copia con alto Fe
Nurient content in
brown rice Copy number
Genotype Fe Zn
(mg/kg) (mg/kg) T1 T2
Control A 24 42
Información contenido Fe y Zn
Control B 23 38 (mg/kg) en arroz integral y pulido
35S::NAS1 Q.6 56 59 3 -
% Fe % Zn
35S::NAS1 K 49 71 1 - Genotype
Grain Fe
retained
Zn
retained
35S::NAS1 G 48 63 4 - sample (mg/kg) (mg/kg)
in milled in milled
35S::NAS1 A 48 59 1y2 - Brown 23 35
Control A 20 74
35S::NAS1 S 47 63 1 - Milled 4.7 26
35S::NAS1 L 38 53 1 1 Brown 22 42
Control B 21 81
Milled 4.5 34
35S::NAS1 M 37 57 1 2, 5 y 6
Brown 47 63
35S::NAS1 R 36 56 3y4 35S::NAS1 S
Milled 9.7
21
48
76
35S::NAS2 D 81 95 - - Brown 64 91
35S::NAS2 B 30 84
35S::NAS2 A 64 80 1 1y2 Milled 19 76
35S::NAS2 B 64 91 3 3 Brown 54 68
35S::NAS2 J 26 77
35S::NAS2 H 54 68 1 1 Milled 14 52
4 Brown 51 65
35S::NAS2 F 35 56 - 35S::NAS3 B 19 75
Milled 9.9 49
35S::NAS2 G 34 48 6 -
35S::NAS3 B 51 65 3 3

Cruces Prueba para selección de las
variedades Latinoamericanas
Varieties with the highest spikelet fertility and most desirable traits
Fedearroz-50 Saavedra 27 Esperanza Yara Nutrivarc Nutrivar
Type Indica Indica Japonica Japonica Indica Indica
Released country Colombia Bolivia Bolivia Brasil Nicaragua Nicaragua
Fe (mg/kg)a 5.9 3.52 2.29 4.51
Zn (mg/kg) 14.9 11.2 13.73 14.51
Agronomic characterisitics
Ave. Yield (kg/ha) 7,500 9,600 4,700 3,900 6,800 6,500
Disease resistanceb
Rice blast R MR R MR
White sheet virus (RHBV) R
Sogata (Tagosoides orizicolus) R
Spikelet fertility 4% 9% 10% 15% 13% 8%
a. Increases in Fe and Zn content in white rice achieved through conventional breeding (www.agrosalud.og)
b. R- resistant; MR- moderate resistant.
c. Rice cultivars to be released in 2011

HP-Rice Biofortification:
breeding varieties with more zinc
Photo: D. Marchand

Estrategias Seguidas en IRRI para el Desarrollo
de Lineas con Alto Contenido de Zinc
 Fitomejoramiento
 Mapeo de QTLs asociados on Contenido d e zinc
 Estudios Genotipo X Ambiente
 Prácticas de Manejo del Cultivo
Jessica Rey y Gerard Barry

Resumen Materiales Desarrollados en IRRI Proyecto
Alto contenido Zinc -HarvestPlus (desde 2007)
Materiales Cruces No. de líneas
Lineas Avanzadas
23 71
pedigree
Lineas Recombinantes
13 4000
(RILs)
Lineas Doble Haploides
31 3000
(DH)
Lineas Segregantes 238 10261

Padres con Alto Contenido de Zinc (ppm)
en Arroz Pulido
PhilRice PhilRice IRRI
Genotipos 2007WS 2008DS 2008DS
IR69428-6-1-1-3-3 27.00 25.83 23.67
IR75862-206-2-8-3-B 23.89 23.78 21.00
Joryeongbyeo 20.14 24.00 29.33
IR68144-2B-2-2-2-1-127 19.33 17.22 17.33
IR64 (check) 14.00 12.56 14.44
LSD 5% (diff) 1.82 1.07 1.56

Líneas con Alto Contenido Zinc - Bangladesh
 4 lines with 30ppm grain zinc*
– BR7828-44-1-1- HR 5
– BR7828-44-1-1- HR 6
– BR 7840-46-3-2
– BR 7840-46-3-2-3
 2 lines with 33ppm grain zinc*
– BR7671-10-1-2-13--2
– BR 7840-3-2-4
 Submission to Varietal Release Committee for testing in 2013
o first distribution in 2014

Does foliar Zn spray increase grain Zn?
Zn-sufficient site Zn-deficient site
Genotype >30 ppm Zn in Responsive to >30 ppm Zn in Responsive to
brown rice? foliar Zn? brown rice? foliar Zn?
NSIC222 No No No No
IR64 Almost (+spray) Yes No Yes
IR68144 Yes (+spray) Yes Almost (+spray) Yes
IR83668 Yes No No No
IR91152AC-79 Yes No (no filled grains)
IR83317AC-124 Yes (+spray) Yes No Yes
IR91143AC-4 Yes (+spray) Yes No Yes

Estrategias Actuales y Futuras
 Development of high yielding lines with high Zinc content
 Mapping of genes/ QTLs with large effects and transfer of
QTLs into mega varieties and elite breeding lines
 Determining GXE interaction for grain zinc
 To optimize management practices for obtaining stable and
high zinc content
 High throughput genotyping using SNP markers
 Sharing breeding materials and technology with partners
 Actividades en América Latina Proyecto HP-CIAT en 3-4
paises. Etapa Análisis Socio-económico definir área/paises
prioritarios.