Diapositiva 1

INVESTIGACIÓN Y MEJORA EN
HORTÍCOLAS
Jaime Prohens
Instituto de Conservación y Mejora de la Agrodiversidad Valenciana (COMAV)
Universitat Politècnica de València
1. Particularidades de la mejora de hortícolas
-Mercado muy dinámico y diversificado
Lechuga: 576 variedades
-Batavia:
-Batavia roja:
-Batavia verde:
-Maravilla de verano:
-Mantecosa invernadero:
-Mantecosa aire libre:
-Crujiente o Iceberg:
-Romana verde:
-Romana roja:
-Cogollos verdes:
-Cogollos rojos:
-Corte multifoliar:
-Lollo rosa:
-Lollo biondo:
-Tipo Tango:
-Hoja de roble roja:
-Hoja de roble verde:
76
12
20
16
23
44
86
94
4
64
10
9
29
18
2
38
31
1. Particularidades de la mejora de hortícolas
-Mercado muy dinámico y diversificado
Tomate: 776 variedades
-Cal. Grueso:
182
-Corazón de buey:
11
-Cal. Medio:
67
-Marmande:
18
-Cal. Pequeño:
10
-Colgar:
6
-Pera:
50
-San Marzano:
4
-Mini San Marzano:
4
-Cherry:
85
-Cherry pera:
44
-Ramillete Tam. Medio:
45
-Ramillete Pera:
10
-Ramillete mini:
56
-Determinado entutorado: 4
-Determinado rastrero:
44
-Industria:
105
-Portainjertos:
31
1. Particularidades de la mejora de hortícolas
-Competencia muy intensa
1. Particularidades de la mejora de hortícolas
-Alta tasa de renovación de variedades
-Alto valor de la semilla
-Diversificación de tipos
-Acumulación de múltiples resistencias
Lechuga:
LMV
Nasonovia ribisnigri
Bremia lactucae (a múltiples razas [1-28])
Tomate:
Verticillium
Fusarium
Nematodos (varias especies)
ToMV
TSWV
TYLCV
2. Tendencias
-Diversificación
-Resistencias a nuevas enfermedades introducidas
-Variedades con altos contenidos en compuestos bioactivos
-Tipos mini
-Portainjertos
-Semillas para cultivo ecológico
2. Tendencias
-Diversificación
-Resistencias a nuevas enfermedades introducidas
-Variedades con altos contenidos en compuestos bioactivos
-Tipos mini
-Portainjertos
-Semillas para cultivo ecológico
2. Tendencias
-Diversificación
-Resistencias a nuevas enfermedades introducidas
-Variedades con altos contenidos en compuestos bioactivos
-Tipos mini
-Portainjertos
-Semillas para cultivo ecológico
2. Tendencias
-Diversificación
-Resistencias a nuevas enfermedades introducidas
-Variedades con altos contenidos en compuestos bioactivos
-Tipos mini
-Portainjertos
-Semillas para cultivo ecológico
2. Tendencias
El éxito de una nueva variedad depende de la MEJORA INTEGRAL de la misma
Además de nuevos atributos de
Valor Añadido
Debe presentar una buena
combinación de:
-Producción
-Resistencia a enfermedades
-Larga vida
-Calidad
3. Colaboración público-privada
El entorno actual:
-Excelentes grupos de investigación públicos
-> Alto potencial de uso y transferencia de herramientas modernas
-Grupos públicos sufren una reducción de financiación pública
-> Necesidad de grupos de investigación de búsqueda de fuentes
alternativas (incremento de colaboración público-privada)
-Plataformas e instrumentos que facilitan la cooperación público-privada:
-> BIOVEGEN
->CDTI
-Coexistencia de grandes multinacionales de mejora con empresas pequeñas
-> Necesidades diferentes para la colaboración
-Diferentes percepciones sociales de la biotecnología
-> Técnicas que aumentan la eficiencia de selección (OK)
-> Técnicas que aumentan la diversidad (OK si son “convencionales”)
-> Técnicas que aumentan la diversidad (problemas si son OMG)
3. Colaboración público-privada
Principales intereses de empresas en colaboración:
Prestaciones de servicios y recursos:
-Germoplasma
-Nuevas fuentes de resistencia
-Cribados de material
-Material de élite (líneas de introgresión, etc.)
-Mutantes
-Análisis de marcadores moleculares
-Análisis bioinformático
Proyectos de investigación:
-Resistencias a enfermedades
-Mejora calidad
-Fuentes alternativas de arga vida
-Mejora compuestos bioactivos
-Portainjertos
4. Biotecnología y Mejora Genética Vegetal
La combinación de selección natural y artificial durante el proceso de
domesticación de los cultivos trajo consigo:
-La modificación genética de los cultivos
4. Biotecnología y Mejora Genética Vegetal
La combinación de selección natural y artificial durante el proceso de
domesticación de los cultivos trajo consigo:
-La reducción de la diversidad genética (cuello de botella genético)
4. Biotecnología y Mejora Genética Vegetal
La combinación de selección natural y artificial durante el proceso de
domesticación de los cultivos trajo consigo:
-La acumulación de formas locales y diversificación por los órganos
aprovechados
5. El éxito de la Mejora Genética Vegetal
Durante gran parte del siglo pasado este éxito del mejoramiento genético se ha
basado en gran medida en:
-Utilización de recursos genéticos (+ mutantes artificiales)
-Selección e hibridación (+ herramientas de genética mendeliana y cuantitativa)
5. El éxito de la Mejora Genética Vegetal
Durante gran parte del siglo pasado este éxito del mejoramiento genético se ha
basado en gran medida en:
-Utilización de recursos genéticos (+ mutantes artificiales)
-Selección e hibridación (+ herramientas de genética mendeliana y cuantitativa)
Variedades tradicionales
Variedades mejoradas
Erosión
genética
Diversidad
Uniformidad
6. Retos de la Biotecnología Agrícola
-Aumento de la producción
Diferentes escenarios indican que, comparado con el año 2000, para 2010
habrá que aumentar la producción de alimentos entre un 59% y un 99%
6. Retos de la Biotecnología Agrícola
-Agotamiento de suelo cultivable
Existen ya pocas zonas aprovechables, las cuales merecen ser conservadas
6. Retos de la Biotecnología Agrícola
-Restricciones en la disponibilidad de agua
Comparado con valores de 1995, para 2025 se requerirá un incremento en la
disponibilidad de agua de riego de más de un 200%
6. Retos de la Biotecnología Agrícola
-Reducción de la calidad de los suelos (e.g.: salinidad)
El manejo inadecuado de suelos ha provocado la salinización de muchas
tierras de cultivo
Mapa de zonas de
riesgo de salinización
6. Retos de la Biotecnología Agrícola
-Producción sostenible
Una agricultura más sostenible requiere un uso racional de agroquímicos
6. Retos de la Biotecnología Agrícola
-Adaptación al cambio climático
El aumento de temperaturas obligará a la adaptación de cultivos y originará
nuevos estreses
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Las nuevas biotecnologías han permitido un incremento en la eficiencia de los
programas de mejora y variación disponible para el mejorador
Cultivo in vitro
Micropropagación
Doble haploides
Hibridación somática
Rescate de embriones
Selección in vitro
Variación somaclonal
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Las nuevas biotecnologías han permitido un incremento en la eficiencia de los
programas de mejora y variación disponible para el mejorador
Marcadores moleculares
Selección asistida
Mapas genéticos
Huellas genéticas
Listada de Gandía
LPT
P169
P1
I371
R580
MAN
I25
99.0
P2
78.3
LDG
99.9
73.3
85.1
IL1
PAN
59.3
97.8
ZEB
VS8
LBCS
93.3
VS1
LRS
89.5
ANS4
87.4
CS7
LTGS
96.3
VS22
Identificación QTLs
ILn
Líneas de introgresión
CS10
CS23
Manejo germoplasma
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Las nuevas biotecnologías han permitido un incremento en la eficiencia de los
programas de mejora y variación disponible para el mejorador
Transformación genética
Resistencia a herbicidas
Resistencia a plagas
Resistencia a enfermedades
Resistencia a estreses
Mejora del rendimiento
Nuevas ornamentales
Vacunas
Biorreactores
Biorremediación
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Hoy en día estas nuevas biotecnologías nos permiten llevar a cabo la “superdomesticación”
Superdomesticación:
Obtención de un cultivo domesticado con un incremento importante de producción
(u otro atributo) que no podría ser seleccionado sin el recurso a las nuevas
biotecnologías.
Un ejemplo de superdomesticación: El arroz híbrido de alto rendimiento
-Esterilidad citoplásmica o nuclear
-Heterosis
-Identificación de genes y QTLs
-Selección asistida por marcadores
-Aumento de la diversidad
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Hoy en día estas nuevas biotecnologías nos permiten llevar a cabo la “superdomesticación”
Superdomesticación:
Obtención de un cultivo domesticado con un incremento importante de producción
(u otro atributo) que no podría ser seleccionado sin el recurso a las nuevas
biotecnologías.
Un ejemplo de superdomesticación: El arroz híbrido de alto rendimiento
-Esterilidad citoplásmica o nuclear
-Heterosis
-Identificación de genes y QTLs
-Selección asistida por marcadores
-Aumento de la diversidad
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Hoy en día estas nuevas biotecnologías nos permiten llevar a cabo la “superdomesticación”
Superdomesticación:
Obtención de un cultivo domesticado con un incremento importante de producción
(u otro atributo) que no podría ser seleccionado sin el recurso a las nuevas
biotecnologías.
Un ejemplo de superdomesticación en progreso: El arroz C 4
-Las plantas C4 son un 50% más
eficientes en la fotosíntesis que las C3
-La transformación de C4 en C3 implica
a un importante número de procesos,
habiéndose indicado un mínimo de 8
cambios fisiológicos necesarios para
obtener arroz C4
7. Aportaciones de las nuevas biotecnologías
-Hoy en día estas nuevas biotecnologías nos permiten llevar a cabo la “superdomesticación”
Superdomesticación:
Obtención de un cultivo domesticado con un incremento importante de producción
(u otro atributo) que no podría ser seleccionado sin el recurso a las nuevas
biotecnologías.
Un ejemplo de superdomesticación en progreso: El arroz C 4
-Las plantas C4 son un 50% más
eficientes en la fotosíntesis que las C3
-La transformación de C4 en C3 implica
a un importante número de procesos,
habiéndose indicado un mínimo de 8
cambios fisiológicos necesarios para
obtener arroz C4
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
-Existen numerosas aplicaciones de las nuevas biotecnologías para el
mejoramiento genético. Algunas de ellas, muchas de las cuales están
interrelacionadas, son:
-Organismos genéticamente modificados
Transgénesis
Cisgénesis
-Ómicas (genómica, proteómica, metabolómica, etc.) de cultivos
Análisis masivos de secuencias, proteinas, metabolitos, etc.
-Desarrollo de marcadores moleculares (mayoritariamente básados en la PCR)
AFLPs, SSRs, SNPs, y un largo etcétera
-Identificación de genes y QTLs (incluso de domesticación en especies silvestres)
-Selección asistida por marcadores
-Búsqueda de variantes alélicas
TILLING
EcoTILLING
-Mapeo por asociación
-Bioinformática
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Consiste en la transferencia artificial de un gen natural del mismo cultivo o de
especies relacionadas sexualmente compatibles. El gen a transferir pertenece al
germoplasma primario del cultivo y se ha generado como consecuencia de la
evolución natural.
El auge de la cisgénesis es posible debido a:
1) Disponibilidad de sistemas de transformación libres de resistencia a
antibióticos
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Consiste en la transferencia artificial de un gen natural del mismo cultivo o de
especies relacionadas sexualmente compatibles. El gen a transferir pertenece al
germoplasma primario del cultivo y se ha generado como consecuencia de la
evolución natural.
El auge de la cisgénesis es posible debido a:
2) Aislamiento de genes de plantas cultivadas y especies silvestres
relacionadas, gracias al auge de la genómica moderna.
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
A nivel
legislativo y de
opinión pública,
las plantas
cisgénicas
pueden tener
menos
inconvenientes
que las plantas
transgénicas.
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
No obstante,
difiere de la
introgresión por
cruzamientos en
que la inserción
en el genoma
generalmente
es en un locus
distinto, pero no
difiere de la
mejora por
traslocación
inducida.
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Variedad con translocación inducida
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Variedad con translocación inducida
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Una aplicación de la cisgénesis es para la introducción de genes de resistencia a
Phytophthora infestans en la patata.
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Una aplicación de la cisgénesis es para la introducción de genes de resistencia a
Phytophthora infestans en la patata.
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Cisgénesis
Una aplicación de la cisgénesis es para la introducción de genes de resistencia a
Phytophthora infestans en la patata.
Solanum tuberosum (2n=48)
Solanum bulbocastanum (2n=24)
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
En la actualidad existen varias
plataformas de secuenciación
masiva:
-454
-Solexa
-SOLiD
-Polonator
-HeliScope
Estas técnicas permiten la
secuenciación masiva de
genomas
Sec. convencional
Sec. nueva generación
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
Los costes de secuenciación están disminuyendo de forma exponencial
A. $10,000
B. $100
C. 1$
D. 1 $cts
E. 0.1 $cts
F. 0.001 $cts
G. 0.00001 $cts
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
El número de genomas completos está creciendo de forma rápida
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
El número de genomas completos está creciendo de forma rápida
Especies con la secuencia completa (negro) o casi finalizada (azul)
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
El número de genomas completos está creciendo de forma rápida
Hortícolas:
-Tomate
-Pimiento
-Berenjena
-Pepino
-Melón
-Sandía
-Col
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
Algunas de las aplicaciones de la secuenciación masiva en el mejoramiento
genético incluyen:
-Descubrimiento de marcadores (SNPs, SSRs, etc.)
-Identificación de genes/QTLs
-Descubrimiento de alelos y mutaciones
-Genómica comparativa entre distintas especies
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Secuenciación masiva
Ejemplos prácticos de la
utilidad de la secuenciación
masiva:
Confirmación y comparación
de secuencias de líneas cuasiisogénicas y líneas de
introgresión para la detección
de genes y QTLs de interés
agronómico
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
TILLING
La técnica TILLING (Targeting Induced Local Lesions IN Genomes) consiste en
inducir mutaciones y posteriormente detectar dichas mutaciones en genes o
regiones genómicas de interés.
Para ello se siguen los siguientes pasos:
1) Mutagénesis (p.e j. EMS)
2) Extracción ADN y formación de grupos
3) Amplificación por PCR de la región de interés
4) Detección de heteroduplex (p.ej. HPLC desnaturalizante, o el enzima CEL I)
5) Detección de individuos mutantes
6) Secuenciación del producto PCR mutante
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
TILLING
Esquema de la técnica
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
EcoTILLING
La técnica EcoTILLING es una modificación de la técnica TILLING, en la cual no
se inducen mutaciones, sino que se parte de la diversidad natural presente en
variedades locales, materiales de mejora, etc.
Ejemplo práctico de la utilidad de la técnica EcoTILLING:
Cribado de melón y especies silvestres para variantes alélicas del factor de
transcripción eIF4E, implicado en la resistencia al virus MNSV
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
EcoTILLING
Ejemplo práctico de la utilidad de la técnica EcoTILLING:
Cribado de melón y especies silvestres para variantes alélicas del factor de
transcripción eIF4E, implicado en la resistencia al virus MNSV.
En un total de 113 accesiones se encontraron 6 haplotipos, de las cuales sólo
una (H.4), presente en 4 accesiones, no era silenciosa y confería resistencia a
MSNV.
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Líneas de introgresión
Suponen una herramienta muy potente, ya que es un material de élite con
introgresiones pequeñas de una especie silvestre
Líneas de introgresión
RILs
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Líneas de introgresión
Suponen una herramienta muy potente, ya que es un material de élite con
introgresiones pequeñas de una especie silvestre
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Líneas de introgresión
Suponen una herramienta muy potente, ya que es un material de élite con
introgresiones pequeñas de una especie silvestre
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Líneas de introgresión
Suponen una herramienta muy potente, ya que es un material de élite con
introgresiones pequeñas de una especie silvestre
X
X
F1
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Reverse breeding
Consiste en resintetizar parentales para obtener un híbrido
Se basa en la
transformación genética
del híbrido con genes
supresores de la
recombinación
Puede suponer una
auténtica revolución en el
campo de las casas de
semillas, ya que elimina la
“patente física”
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Breeding by design
Consiste en diseñar el genotipo ideal y usar combinaciones de cruzamientos y
selección asistida por marcadores para llegar a ese genotipo ideal
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
Terminator technology
Es una tecnología para producir semilla (o polen) no viable
8. Algunas aplicaciones de las nuevas biotecnologías en agricultura
-Supermachos (p.ej. Espárrago)
http://aesop.rutgers.edu/~asparagus/program/male.html
-Patata diploide
9. Una visión futurista: la síntesis de genomas vegetales
En 2010 se publicó el diseño, síntesis y ensamblaje artificial del genoma de
Mycoplasma mycoides, el cual al ser insertado en una célula de M. capricolum, ha
sido capaz de reproducirse y dar lugar al fenotipo de M. mycoides.
Science (2010).
Vol. 329:52-56
9. Una visión futurista: la síntesis de genomas vegetales
Si los métodos utilizados para la síntesis, ensamblaje y transplante de
cromosomas sintéticos descritos para Mycoplasma pueden ser generalizados,
esto abre la puerta a la creación de cromosomas (o genomas de orgánulos)
sintéticos, en los cuales se pueden combinar genes a voluntad del mejorador.
9. Una visión futurista: la síntesis de genomas vegetales
Si los métodos utilizados para la síntesis, ensamblaje y transplante de
cromosomas sintéticos descritos para Mycoplasma pueden ser generalizados,
esto abre la puerta a la creación de cromosomas (o genomas de orgánulos)
sintéticos, en los cuales se pueden combinar genes a voluntad del mejorador.