Unidad X, Teórico 14
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Curso de Fitotecnia 2012 Cultivos Transgénicos 1 Contenidos • Introducción • Importancia de los cultivos transgénicos en el mundo y en Uruguay • Mejoramiento por transformación genética ¿Cómo se obtienen los cultivos transgénicos? • Rol de la ingeniería genética en el mejoramiento vegetal • Mecanismos de aprobación (bioseguridad) • Flujo génico Interpolinización entre cultivos de maíz en Uruguay 2 Mejoramiento convencional Hibridación sexual • Dentro de la especie, entre especies y géneros • Rescate de embriones • Cambios en ploidía • Ruptura de cromosomas Hibridación somática Mutagénesis natural y artificial F8 - F9 Líneas homocigotas 3 Cultivos transgénicos • Cultivares que portan genes no propios de la especie introducidos en su genoma por transformación genética o ingeniería genética • Genes que confieren características específicas favorables + Genotipo receptor Casete de transgenes Hemicigoto T0 4 Cultivos transgénicos Otras expresiones utilizadas Organismo Vivo Modificado (OVM) Organismo Genéticamente Modificado (OGM) Organismos de Ingeniería Genética (OGE) Ejemplo: “maíz GM” 5 Cultivos transgénicos Hemicigotos (T0) Evento 1 Evento 2 Evento 3 Evento de transformación Cada una de las variantes de la integración del transgen encontradas en plantas regeneradas en un experimento de transformación Los eventos difieren en Posición del transgen en el genoma (cromosoma, brazo, etc) Número de copias del transgen integradas al genoma Nivel de integridad del transgen 7 Importancia de los cultivos transgénicos 8 Principales países y cultivos transgénicos 2011 Rank País Superficie Cultivos GM autorizados (millones ha) 1 Estados Unidos 69,0 Maíz, soja, algodón, canola, remolacha azucarera, alfalfa, papaya, zapallo 2 Brasil 30,3 Soja, maíz, algodón 3 Argentina 23,7 Soja, maíz, algodón 4 India 10,6 Algodón 5 Canadá 10,4 Canola, maíz, soja, remolacha azucarera 6 China 3,9 Algodón, papaya, álamo, tomate, boniato 7 Paraguay 2,8 Soja 8 Pakistán 2,6 Algodón 9 Sudáfrica 2,3 Maíz, soja, algodón 10 Uruguay 1,3 Soja, maíz 29 TOTAL 160,0 25 cultivos, 196 eventos Fuente: ISAAA 2011 9 Cultivos transgénicos en el mundo 10 Principales características • • • • • Resistencia a herbicidas (RR) Tolerancia o resistencia a insectos (Bt) Tolerancia o resistencia a enfermedades Calidad del producto Propiedades nutracéuticas Las principales aplicaciones son Bt y RR 11 Cultivos transgénicos en Uruguay Fuente: en base a encuestas agrícolas MGAP-DIEA 12 Eventos autorizados en Uruguay para producción comercial Año Evento Compañía Característica Soja 1996 RR (CP4 40-3-2) Monsanto Resistencia a glifosato (H) Maíz 2003 Mon810 Monsanto Bt, resistencia a lepidópteros 2004 Bt11 Syngenta Bt, resistencia a lepidópteros Tolerancia a glufosinato de amonio (H) 2011 GA21 Syngenta Resistencia a glifosato (H) 2011 NK603 Monsanto Resistencia a glifosato (H) 2011 TC1507 Pioneer/ DowAgroScience Resistencia a lepidópteros Tolerancia a glufosinato de amonio (H) 2011 Mon810 x NK603 Monsanto EVENTOS APILADOS 2011 GA21 x Bt11 Syngenta EVENTOS APILADOS 13 Mejoramiento por transformación genética ¿Cómo se obtienen los cultivos transgénicos? 1) Construcción del transgen mediante empalmado de secuencias de ADN asociadas a regiones funcionales de diferentes genes utilizando la tecnología de ADN recombinante Ejemplo: CP4 40-3-2 (RR) P35S CTP4 CP4 EPSPS T-nos Promotor Direcciona EPSPS al cloroplasto Resistencia a glifosato Terminador Hemicigotos T0 14 Mejoramiento por transformación genética ¿Cómo se obtienen los cultivos transgénicos? 1) Cisgenesis: variante de la transformación genética en la que todas las partes de la construcción (casete) son provenientes de la propia especie Mejoramiento por transformación genética ¿Cómo se obtienen los cultivos transgénicos? 2) Transformación por aplicación de técnicas in vitro de los ácidos nucleicos • Transferencia natural mediante Agrobacterium tumefaciens u otros vectores • inyección directa de ácido nucleico en células u orgánelos 16 Transformación mediante infección de Agrobacterium tumefaciens Infección de A. tumefaciens en protoplastos o callos Selección de callos con células transformadas 17 Transformación mediante bombardeo de micropartículas 18 Mejoramiento por transformación genética ¿Cómo se obtienen los cultivos transgénicos? 3) Identificación, selección y regeneración de plantas transformadas (eventos) 19 Mejoramiento por transformación genética 4) Selección de plantas transformadas – Se prefiere inserciones simples – Alta expresión – Estabilidad de la expresión Hemicigotos T0 autofecundación Homocigoto para el transgen (T1) Evaluación de la expresión y la estabilidad (T1-T4) 20 Mejoramiento por transformación genética 5) Pre-mejoramiento Líneas puras (autógamas) o líneas endocriadas (alógamas) homocigotas para el transgén • AUTOGAMAS 4-5 retrocruzas de líneas T4 con germoplasma elite para: - transferir sexualmente el transgen, - eliminar genes indeseables del material dador, - verificar la estabilidad y nivel de expresión • ALOGAMAS (híbridos) el transgen se transfiere por retrocruzas a una o las dos líneas endocriadas padres del híbrido autofecundar para homocigosis Fuente: Clara Pritsch 21 22 23 ¿Rol de la transgénesis en el mejoramiento genético? Inserción de genes foráneos al pool genético de la especie ¿Restringido a características de base genética simple? “La diferencia más relevante que tienen las plantas transgénicas es que pueden llevar información genética de organismos muy alejados evolutivamente. Si no fuera por este hecho no habría diferencias sustanciales con plantas mejoradas por cruzamientos, o generadas por modificación de su ADN por métodos químicos o físicos.” Borsani et al. 2010 24 ¿Rol de la transgénesis en el mejoramiento genético? Fuente: www.cus.org.uy 25 Bases genéticas en caracteres cuantitativos • Segregación transgresiva • Heterosis Líneas homocigotas 26 Zanahoria Control Zanahoria Transgénica rice cationic peroxidase (POC1) Wally et al. 2009, EJPP Botrytis cinerea Sclerotinia sclerotiorum ¿Transgénesis para resistencia a enfermedades? Reconocimiento del patógeno y reacciones de defensa en una planta con resistencia completa AVR AVR AVR: producto de un gen de avirulencia en el patógeno R: proteina producto de un gen de resistencia en la planta McDowell, J.M.; Woffenden, B.J. 2003 28 ¿Transgénesis para resistencia a enfermedades? Modelo propuesto para la transgénesis de una resistencia efectiva para otras enfermedades y otros cultivos McDowell, J.M.; Woffenden, B.J. 2003 29 ¿Rol de la transgénesis en el mejoramiento genético? ¿Adaptación a ecosistemas y ambientes específicos? ¿Resistencia a la sequía y otras condiciones de estrés abiótico? ¿Mayores rendimientos? 30 Evolución de rendimientos de maíz en Estados Unidos Fuente: Crow, J. F. Genetics 1998;148:923-928 Copyright © 2007 by the Genetics Society of America 31 Evolución de rendimientos de maíz en USA Variedades pol. abierta Híbridos dobles Híbridos triples Híbridos simples Híbridos simples GM Cooper, 2004 32 Cultivos transgénicos y bioseguridad Análisis de riesgos • Identificación de efectos adversos potenciales • Características del transgen • Especie receptora • Ambiente • • • • • Probabilidad de ocurrencia de efectos adversos Evaluación de las consecuencias Caracterización del riesgo Estrategias para el manejo del riesgo Impacto global (balance riesgos/beneficios) 33 Análisis de Riesgos • Caso a Caso Comunicación de riesgos Gestión de riesgo Evaluación de riesgos Decisiones basadas en consideraciones científicas, políticas y en valores Asesoramiento científico . Fuente: FAO 2007 34 Esquema institucional bioseguridad de cultivos transgénicos en Uruguay Fuente: Borsani et al 2010 35 Análisis de riesgos Riesgos potenciales para el ambiente • Que el propio cultivo transgénico se transforme en una especie invasora o maleza • Efectos sobre organismos no blanco • Existencia de transferencia genética flujo génico Fuente: Borsani et al 2010 36 Análisis de riesgos Riesgos para el ambiente derivados de las prácticas agrícolas • Desarrollo de resistencia en las malezas • Desarrollo de resistencia en las plagas Fuente: Borsani et al 2010 37 Normativa para maíz GM en Uruguay Instalación de un “refugio” con un área de 10% del cultivo lagarta cogollera (Spodoptera frugiperda) 38 Efecto sobre organismos no blanco Número de especies de enemigos naturales para las cuales existe información de efectos debido a cultivos transgénicos con tolerancia a insectos (Fontes et al, 2002; modificado por García y Altieri, 2005). Fuente: Borsani et al 2010 39 Poblaciones de lepidopteros plagas, predadores y trips en cultivos de maíz Bt y sus refugios Zafras 2005-06 a 2008-09, promedio de muestreos de cultivos en el Litoral oeste, Uruguay Fuente: Borsani et al 2010 (Adaptado de Castiglioni et al. 2006, 2007, 2009; Chiaravalle y Aznárez 2008; Castiglioni 2008). 40 Flujo Genético • Existe naturalmente dentro y entre especies cercanas • Para plantas transgénicas Stewart et al (2003) recomienda estudio caso por caso. Asignación de especies según su nivel de riesgo: muy bajo: soja, maní, cebada bajo: maíz, arroz, alflafa moderado: remolacha, canola, trigo, alfalfa, girasol alto: sorgo • Basado en la prevalencia de especies emparentadas como malezas o como poblaciones silvestres. • Dentro de la especie interesa el flujo por etiqueatado Fuente: Clara Pritsch Fuentes • Clases de Clara Pritsch • Clases de Alejandra Ferenczi • Borsani O, Castiglioni E, Chiappe M, Ferenczi A, García F, Pritsch C, Speranza P. 2010. Biotecnología moderna, cultivares transgénicos y proceso de adopción en Uruguay. En: García Prechac et al. Intensificación Agrícola, oportunidades y amenazas para un país productivo y natural. 42
