Biotecnologia

25/03/2009

El papel del la Biotecnología en el Mejoramiento orientado hacia la resistencia a sequía

Es necesario mejorar la productividad de los cultivos y las ciencias biológicas tenemos algo que hacer allí • 75 millones de personas en el mundo cayeron en hambre en el 2007 • 36 países en el mundo necesitarán ayuda externa para enfrentar el hambre como resultado de malas cosechas, cambios climáticos, conflictos internos o externos, inseguridad y la continua alza de precios de los alimentos a nivel local. "Perspectivas de cosechas y situación alimentaria" FAO 2008

123 millones de niños en edad preescolar están mal nutridos.

Fundamentos de Biotecnología 2009-I Profesora Sonia Cuellar UBV Depto. de Biología

El aumento en la productividad de un cultivo depende de varios componentes

Las limitaciones nutricionales causan deficiencias en el crecimiento, dificultades en el aprendizaje, ceguera y hasta la muerte

Sequía en el mundo

Africa

2,5

América Central y Caribe América del Sur

Productividad (t/ha)

2

AméricaNorte Desarollada Asia Australia

1,5

Europa Argentina

1

Brasil Chile Colombia

0,5

Cuba México

0 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Panamá

Cuellar y Covarrubias 2005

1

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Cómo afecta la sequía a las plantas? •Limitación de la transpiración •Reduce la captura de CO2 •Abate a la fotosíntesis •Aumenta la tasa de foto-respiración •Disminuye el contenido de clorofila •Abate la síntesis de proteínas, •Afecta la actividad de múltiples enzimas •Induce desnaturalización de proteínas •Promueve la acumulación de especies reactivas de oxigeno

Sequía y estrés abiótico ¿Cómo se defienden las plantas? CONGELAMIENTO

Ozono Reconoci miento del estrés

Temperaturas extremas

SEQUIA

Inundación

Sequía

Cambios fisiológicos Sal

SALINIDAD

Dependiendo de: la etapa de desarrollo en que se encuentra la planta que se ve afectada por la sequía, de la duración de la restricción, la intensidad de la misma; la sequía puede causar mucho daño.

Estrategias de las plantas cultivadas frente a la sequía Al rededor del 60% de la productividad de los cultivos en el mundo se pierde por sequía (Bray, 2001)

Transduccion de señales

Metabolismo celular alterado

Cuellar y Covarrubias 2005

Mejoramiento tradicional General variabilidad o usar variabilidad disponible

Respuestas a la sequía: •

De tolerancia: – Ajuste osmótico

•

De evasión: – Ajuste del ciclo de cultivo – Aceleración del llenado del grano – Modificaciones anatómicas

Seleccionar características deseadas

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Dificultades del mejoramiento orientado hacia la resistencia a sequía •La sequía es variable y la respuesta de las plantas es compleja. •La selección debe hacerse en condiciones de sequía y

Marcadores de resistencia usados para seleccionar plantas resistentes a sequía Un marcador de resistencia es un carácter de tipo morfológico, bioquímico o molecular, cuyo patrón de herencia puede ser establecido y corresponde con la resistencia buscada

de riego, eso implica grandes campos experimentales. •Se selecciona por disminución de la productividad, lo que implica que cada paso de selección debe llegar hasta el final del ciclo del cultivo, eso implica mucho tiempo. A menos que …

Se han identificado marcadores asociados con la resistencia a sequía en algunas plantas •Permanecer verde ‘stay green’ (Sorgo) •ASI (maíz) •Temperatura foliar (trigo)

se identifiquen marcadores que sean buenos indicadores de resistencia a sequía

El contenido de almidón en las vainas de dos semanas un marcador de resistencia a sequía en el frijol común

… pero no en todas

El contenido relativo de agua es un marcador de resistencia a sequía en el frijol común ¿La mayor cantidad de agua que puede tener un tejido, qué fracción representa del agua que contiene el mismo tejido en una condición dada?

CRA =

(P. hidratado - P.fresco ) (P.fresco - P.seco)

La sequía promueve acumulación de almidón en vainitas de PV que es una variedad resistente, y no afecta el contenido del mismo en vainitas de C60

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Marcadores moleculares

La tasa de trasnpiración es un marcador de resistencia a sequía en el frijol común

Basados en enzimas de restricción Polimorfismo por longitud de fragmentos de restricción (RFLPs)


En el invernadero

En el campo

Basados en PCR Polimorfismo por amplificación aleatoria (RAPDs). Polimorfismo por amplificación de fragmentos de restricción (AFLPs).


Microsatélites o secuencias cortas repetidas (SSR)


Se puede establecer en cualquier etapa de desarrollo de la planta. PV cierra los estomas al medio día cuando a pasado por sequía intermedia, C60 no

Marcadores moleculares para caracteres de herencia compleja QTLs Fenotipo:

Un gen

Susceptible

Resistente

PP ó Pp

pp

2

3

4 5

6

7

8

9

3 4 P1 5 6 7 8 P2

Ingeniería genética

Reguladores de respuesta Factores de transcripción DRE

Genes candidatos

Proteínas protectoras Hidrofilinas

10

Talla 1 2

Otros aportes de la biología molecular y la biotecnología al mejoramiento

Herencia cuantitativa No. Individuos

Herencia cualitativa

Son independientes del ambiente, lo que permite reducir el número de repeticiones necesarias en los experimentos.

•Varios loci con efecto aditivo •Interacción con el ambiente

Otras moléculas protectoras Trealosa Citoquininas isopenteniltransferesa….

16%

Genes que participan en el metabolismo de almidón o el trasporte de sacarosa

25%

R R

S R

R R R R R S 3%

QTL

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Alternativas modernas para el mejoramiento genético vegetal

Diversidad genética

Exitos de la biotecnología que vale la pena resaltar

Selección de caracteres de interés

Marcadores Moléculares Introgresión en variedades comerciales Selección asistida por marcadores moléculares (MAS)

Selección de genes candidatos Trasformación de plantas Selección y evaluación de líneas transformantes http://www.goldenrice.org/

Evaluación agrícola Evaluación y liberación de variedad mejorada

Otros problemas a enfrentar en relación con la sequía

Consumo de agua y biocombustibles En el 2006 se produjeron 32000 millones de litros de etanol a partir de: caña de azúcar, maíz, remolacha, trigo y sorgo.

El efecto de la infección sobre el comportamiento de los estomas depende del tipo de resistencia y del fondo genético (Prats, 2006)

Hoy los biocombustibles representan sólo el 2% de la gasolina que se consume pero hay políticas a nivel mundial que pretenden cuadriplicar su producción a corto plazo

Ventajas de los biocombustibles (1)Seguridad energética. (2) Balance comercial. (3) Menos gases de invernadero. (4) Desarrollo rural. Desventajas de los biocombustibles (1) Impacto ambiental (30 millones de hectáreas + 180 Km3 de agua). (2) Competencia con los alimentos.

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