Download Una contribución al mejoramiento de cultivos desde la

Una contribución al mejoramiento de cultivos desde
la Ingeniería Genética
¿Tolerancia a sequía o aumento de productividad?

¿Qué hacemos en el IAL?

Biología Molecular Vegetal

Dr. Daniel Gonzalez ([email protected])

Enzimología Molecular de plantas y bacterias

Dr. Alberto Iglesias ([email protected])

Biotecnología Vegetal

Dr. Raquel Chan ([email protected])

Biosíntesis de ARN pequeños


Dr. Pablo Manavella ([email protected])
Gene Discovery y transformación de cultivos
La regulación de la expresión génica
Señales de reconocimiento, percepción y
transducción
Control transcripcional
Modificación de la
expresión génica
Inducción
Modificación
P
Degradación
Ub
A
B
C
A
B
TFIID
TATA
P
C
ARN polimerasa
GEN
Adaptado de Yamaguchi-Shinozaki y Shinozaki, 2005
Expresión génica
Adaptado de Raven y Johnson, 2002
Adaptado de Raven y Johnson, 2002
Los factores de transcripción HD-Zip
HD-Zip son proteínas que sólo existen en plantas
Metodología utilizada para determinar la función del
gen :”gene discovery”
q RT-PCRs
Preparación de
ARN
Clonado del
ADNc
Preparación de
ADN genómico
Northern blots.
Fluorometría e
histoquímica
Selección de
transformantes
Clonado del promotor
Análisis del fenotipo
Clonado de
35S+HAHB4
Promotor + GUS
Promotor + ADNc
Transformación
de Arabidopsis
thaliana
microarreglos
Científicos y mejoradores vienen
buscando hace mucho tiempo tecnologías
de tolerancia a estrés hídrico
La tolerancia se evaluó siempre en condiciones
severas
La mayoría de las tecnologías involucran vías dependientes de
ABA
Las vías de respuesta dependientes de ABA producen cierre
estomático y pérdida de productividad
Los promotores inducibles parecen no haber podido solucionar
el problema
¿Tolerancia a estrés o
aumento de la
productividad?
HaHB4
Helianthus annuus HomeoBox 4
Plantas de Arabidopsis transformadas con
35S::HaHB4 o PrH4::HaHB4
WT
T
WT
T
24 hs después de regarlas
Dezar et al., Transgenic Research 2005
HaHB4 reprime genes involucrados en la síntesis y
percepción de etileno
Percepción de etileno
Síntesis de etilieno
Manavella et al., Plant Journal 2006
Las plantas transgénicas retrasan el ingreso a la
senescencia
Manavella et al., Plant Journal 2006
HaHB1
Helianthus annuus HomeoBox 1
AtHB13
Arabidopsis thaliana HomeoBox 13
HaHB1 confiere
tolerancia a
congelamiento
Cabello et al, Plant Journal 2012
Las plantas que expresan HaHB1 (35S::HaHB1) o
AtHB13 (35S::AtHB13) son también tolerantes a sequía
WT
TG-A
Tratamiento:
estrés
severo
aplicado a plantas de 30 días
Las plantas transgénicas
toleran major el estrés que
los controles.
Fotografía ilustrativa de plantas
de 5 semanas sometidas a estrés
hídrico severo y luego regadas
TG-B
TG-C
Cabello and Chan, Plant Biotechnology Journal 2012
WT
H1 A
H1 B
H1 C
Tolerance
%
19
90
80
68
SD
2
5
5
4
WT
PR2 A
PR2 B
PR2 C
Tolerance
%
23
62
50
44
SD
2
5
5
4
WT
GLU A
GLU B
GLU C
Tolerance
%
20
69
62
46
SD
2
5
5
4
Cabello et al, Plant Journal 2012
WT
A13 3
A13 D
A13 E
Tolerance
%
19
93
44
36
SD
2
5
5
4
WT
PR4 A
PR4 B
PR4 C
Tolerancia
%
19
72
59
47
SD
9
4
4
4
WT
PrH1:H1
A
PrH1:H1
B
PrH1:H
1C
Tolerance
%
25
83
75
70
SD
4
2
4
2
Las plantas transgénicas que expresan HaHB1 (35S::HaHB1) o su homólogo
AtHB13 (35S::AtHB13) son tolerantes a sequía induciendo los genes PR2,
PR4 y GLU, que a su vez confieren tolerancia a sequía
Mecanismo de
tolerancia de las
plantas
transgénicas que
expresan
HaHB1
(35S::HaHB1) o
AtHB13
(35S::AtHB13)
Cabello y Chan, Plant Biotechnology Journal 2012
HaHB11
Helianthus annuus HomeoBox
Factor de tolerancia a estreses
múltiples
35S::HaHB11
Tolerancia a estrés hídrico
Ensayo ilustrativo hecho con plantas de 25 días del genotipo
35S::HaHB11 estresadas durante 15 días. La fotografía fue tomada
durante el ensayo y la table muestra el % de supervivencia de cada
genotipo. El análisis estadístico corresponde a 64 plantas por
genotipo.
Cabello et al. Patente 2013
Cierre estomático de las plantas 35S::HaHB11 crecidas en
tierra durante el estrés hídrico
Ensayo realizado con plantas de 25 días sometidas a estrés hídrico severo durante
15 días. W1 es el peso de las hojas deshdratadas y W2 el peso de las hojas
rehidratadas. La aperture estomática fue estimada por observación microscópica.
Cabello et al. Patente 2013
Elongación de raíces de plantas transgénicas y controles
Cabello
et al.unpublished
Patente 2013
Cabello
and Chan,
Tolerancia a waterlogging
Phenotype in
standard
growth
conditions
Las plantas de 21 días transgénicas (TG-A, B, -C y salvajes (WT) crecidas en suelo
fueron sumergidas durante 6 días. La
fotografía fue tomada 6 días después de la
recuperación.
HaHB11 confiere tolerancia a inundación de suelos
Cabello et al. Patente 2013
HaHB11
Tolerancia a inundaciones
Plantas de 21 días de tres líneas transgénicas (TG-A, -B, -C) y salvajes (101)
crecidas en suelo e inundadas durante 6 días. La fotografía fue tomada
después de 6 días de recuperación
Cabello et al. Patente 2013
35S::HaHB11
Cabello et al. Patente 2013
Cabello et al. Patente 2013
Productividad
como peso de
semillas de
plantas
crecidas en
condiciones
normales
Las plantas transgénicas 35S::HaHB11 tienen una roseta mayor y producen más
semillas
A: plantas de 40 días de edad
B: plantas de 50 días de edad
C: peso de semillas de plantas cosechadas
Experimento hecho con 12 plantas de cada genotipo crecidas en condiciones normales de irrigación
Aumento del contenido de almidón
Contenido de almidón al final del día
Plantas de 3 semanas de edad.
A- ensayo cualitativo con lugol.
B- Cuantificación de almidón
Cada punto representa el promedio de 3 rosetas
Aumento de productividad después de una
inundación de suelos (waterlogging)
Productividad medida como peso de semillas después de un
experimento de inundación de 6 días
Modelo de acción de HaHB11
Cabello and Chan, resultados no publicados
HaHB4.2
cultivos
en
Dezar et al., Transgenic Research 2005
Presentación de patentes
Ensayos en invernáculo
Maíz
Eligio Morandi et al., resultados no publicados
Área foliar después del ensayo de estrés hídrico
Maíz
Eligio Morandi et al., resultados no publicados
Soja, tecnología HaHB4.2
line 2: gm a7H
Trigo
Ensayo con plantas de trigo hecho en cámara de cultivo en
condiciones muy estresantes
Trigo
Diciembre 2009
Villalonga- Buenos Aires
Plantas de trigo bien regadas. La diferencia de productividad es
dependiente de a línea. La línea A12 produce un 38 % que las líneas
transformadas null
Trigo
Diciembre 2009
Monte Buey- Córdoba
Cuando el rendimiento es muy bajo, la diferencia entre transgénicas y
controles es mayor
Construcción UBI::HAHB4.2
Trigo 2011/2012
Villalonga
30% aumento de productividad
05/08/2014
Tecnología HaHB4.2
Soja 2011
Monte Buey
23% aumento de productividad
05/08/2014
Tecnología HaHB4.2
Maiz 2011
Charata
35% aumento de productividad
05/08/2014
Tecnología HaHB4.2
Transformación de cultivos
soja
maíz
Transformación de cultivos
soja
maíz
Muchas gracias
Conformación del grupo de
investigación
 Investigadores
 Raquel Chan
 Karina Ribichich
 Julieta Cabello
 Javier Moreno
 Post-doc
 Jorge Giacomelli
 Guillermo Moreno Piovano
 Doctorandos
 Matías Capella
 Jesica Raineri
Investigadores y becarios que
han participado en el pasado
 Investigadores
 Daniel González
 Estela Valle
 Doctorandos
 Claudia Palena
 Gabriela Gago
 Pamela Ribone
 Mariana Tioni
 Apoyo
 Pablo Manavella
 Celeste Mora
 Carlos Dezar
 Manuel Franco
 Federico Ariel
 Agustín Arce
 Delfina Ré
¿Cómo lo percibe la sociedad?