APLICACIONES DE LA IRRADIACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA VEGETAL

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Miguel Ángel Salazar Moreno
hace 8 años
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1 APLICACIONES DE LA IRRADIACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA VEGETAL INSTITUTO BOLIVIANO DE CIENCIA Y TECNOLOGIA NUCLEAR CENTRO DE INVESTIGACIONES Y APLICACIONES NUCLEARES J U N I O D E L A P A Z B O L I V I A

2 B O L I V I A Centro de diversidad de plantas cultivables y cultivos nativos Tubérculos, raíces, cereales, leguminosas, frutales, etc. Importancia Resistencia a factores adversos Alta calidad nutritiva Fuente de ingresos Mercado interno y externo

3 Todas y cada una de estas especies son una oportunidad para desarrollar investigación destinada al fitomejoramiento.

4 Biotecnología Es la aplicación de la ciencia y la ingeniería en el uso directo o indirecto de organismos vivos o partes de ellos, en sus formas naturales o modificadas para la producción de bienes y servicios o para la mejora de procesos industriales.

ellos, en sus formas naturales o modificadas para la

5 La biotecnología moderna utiliza diversas técnicas para acercarse a su objeto de estudio: Microbiología Ingeniería genética Biología molecular Bioquímica Genómica Bioinformática Proteómica

6 TÉCNICAS USADAS EN BIOTECNOLOGÍA Cultivo de tejidos: Trabaja a un nivel superior a la célula e incluye células, tejidos y órganos que se desarrollan en condiciones controladas. Tecnología del ADN: Involucra la manipulación de genes a nivel del ADN, aislamiento de genes, su recombinación y expresión en nuevas formas, etc.

7 CLASIFICACION Biotecnología en Salud Humana (Roja). Biotecnología Alimentaria Biotecnología Animal. Biotecnología Industrial (Blanca). Biotecnología Vegetal (Verde). Biotecnología Marina (Azul) Biotecnología Ambiental

8 BIOTECNOLOGIA VEGETAL Es la biotecnología aplicada a procesos agrícolas: Cultivo in vitro de plantas. Producción vegetal asistida por marcadores moleculares Hibridación Producción de biofertilizantes y biopesticidas Transferencia selectiva de genes de un organismo a otro dando lugar a nuevos cultivos vegetales

Producción vegetal asistida por marcadores moleculares Hibridación Producción

9 Objetivos de la Biotecnología Vegetal Alimentos con más vitaminas, minerales y proteínas, y/o menor contenido en grasas. Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos, bacterias, insectos sin la necesidad de emplear productos químicos, lo que supone un mayor ahorro económico y menor daño al medio ambiente. Mayor tiempo de conservación de frutas y verduras. Cultivos tolerantes a la sequía y estrés.

Cultivos más resistentes al ataque de virus, hongos, bacterias, insectos sin la necesidad de emplear

10 APLICACIONES DE LA ENERGÍA NUCLEAR EN LA ALIMENTACIÓN Y AGRICULTURA Generación de energía eléctrica, Salud para el diagnóstico y la terapia, Industria, Hidrología: aplicación de radiotrazadores. Gammagrafía para el control de calidad de gasoductos, oleoductos, Alimentación y agricultura, etc.

Industria, Hidrología: aplicación de radiotrazadores.

11 Las tecnologías nucleares tienen hoy un valor complementario excepcional o sustancial para resolver problemas relacionados con la seguridad alimentaria. Las técnicas nucleares se proponen como auxiliares, y no como sustitutivas, de otras técnicas. El interés se centra en la coordinación y el apoyo a las investigaciones, la aplicación práctica de técnicas y el intercambio de información científica.

Las técnicas nucleares se proponen como auxiliares, y no como sustitutivas, de otras técnicas.

12 Rayos Cósmicos: 0,001-0, nm Rayos Gamma: 0,1-0,001 nm Rayos X :10 0,1 nm Ultravioleta: nm Visible: nm Infrarojo: nm Microonda: nm Ondas de Radio: nm

380-780 nm Infrarojo:780 300 000 nm Microonda: 300 000 1

13 Rayos X: en Hospitales, Clínicas dentales, Aeropuertos. Radiación U.V.: para esterilizar aire, superficies en hospitales y laboratorios además de superficies en alimentos. Descontaminación del agua. Formación de Vitamina D. Rayos infrarrojos: Acción calorífica que origina dilatación de vasos sanguíneos, mayor irrigación, terapia lumbago, distensión y articulaciones. Microondas. Ondas de telecomunicaciones

Descontaminación del agua. Formación de Vitamina D.

14 Tipos de Radiaciones

15 TIPOS - ACELERADORES DE ELECTRONES - MAQUINAS DE RAYOS X - IRRADIADORES DE RADIOISOTOPOS ( ) FUENTES - COBALTO 60 (1,17 y 1,33 MeV) Vida media 5,27 a - CESIO 137 (0,66 MeV) Vida media 30 a

16 Radioisotopos utilizados Radioisótopo Yodo 13 Tecnecio 99 Iridio 192 Samario 153 Carbono 14 Fósforo 32 Cesio 137 Cobalto 60 Vida media 8.05 días 6.04 h 74 días 1.95 días 5730 años días 30 años 5.27 años

17 MUTACIONES INDUCIDAS POR RADIACIONES GAMMA Mutación. Es una alteración en la secuencia de ADN. Puede ser desde un pequeño evento como la alteración de un solo par de bases nucleotídicas hasta la ganancia o pérdida de cromosomas enteros. Puede ser causada por daños producidos por químicos, por radiación o por errores durante la replicación y la reparación del ADN.

Puede ser desde un pequeño evento como la alteración de un solo par de bases nucleotídicas

18 Categoría de las mutaciones. Mutaciones inducidas y espontáneas. Mutaciones inducidas: Surgen después de un tratamiento con agentes mutagénicos. a) Agentes físicos: Rayos X, Rayos Gamma, Neutrones. b) Agentes Químicos: EMS (Ethyl Metano Sulfonato), MNU (Methyl Ethyil nitroso urea), Azida de sodio (NaN 3 ). Mutaciones espontáneas: Surgen de forma natural.

a) Agentes físicos: Rayos X, Rayos Gamma, Neutrones.

19 Mejoramiento de Cultivos por medio de la irradiación Objetivo Desarrollo y aplicación de técnicas rápidas y eficientes de mejoramiento varietal a través de mutaciones Actividades Principales Desarrollo de técnicas de inducción a la mutación Mejora de técnicas de detección de mutación, tanto genotípica como fenotípica. Desarrollo de metodologías de mejoramiento varietal acelerado

Principales Desarrollo de técnicas de inducción a la mutación Mejora de técnicas de detección

20 Mutación Inducida Vs Mutación espontanea La aparición de mutaciones espontáneas son ínfimas alrededor de 1 en un millón, sin embargo con la mutaciones inducidas puede incrementarse hasta 1 en 100. (Borojevic 1984). La tecnología de irradiación, a través de la mutación inducida ha logrado obtener variedades mejoradas en cebada, quinua, trigo y amaranto en Perú. En México se está trabajando con otro pseudocereal nativo que es la Chía y en Uruguay con la soya. Venezuela y Cuba está trabajando con frutales como el banano y cítricos (naranja). Se ha tenido avances exitosos en algodón y flores, por lo que la tecnología en este campo podría ser una alternativa para acrecentar la calidad de los productos agroexportables. Otras especies manipuladas son el tarwi, ajos, fríjol, Dosis menores a 0.5 kgy son ideales para conseguir estos efectos.

En México se está trabajando con otro pseudocereal nativo que es la Chía y en Uruguay con la soya. Venezuela y Cuba está trabajando con frutales como el banano y cítricos (naranja).

21 MUTACION CEREALES: Quinua, Cebada, Trigo, Kiwicha, Arroz. LEGUMINOSAS: Tarwi, frijol. OTROS: Ajo, Algodón, Flores RESULTADOS Rendimiento Resistencia a enf. y plagas Precocidad Resistencia a heladas Salinidad Finura y textura de harina. Color, etc.

22 Dosis Absorbida. Energía absorbida por unidad de masa irradiada 1 Gray = 1 Joule/Kg. de Materia Dosimetría. Sistema utilizado para determinar la dosis absorbida, que consta de dosímetros o instrumentos de medición. Se realiza Pruebas de dosimetría para determinar la dosis adecuada del mutágeno que pueda ocasionar mutaciones responsables de caracteres deseables. % Mutaciones Dosis del mutágeno

23 DOSIMETRIA Búsqueda de información de dosis óptimas (Revisión de Publicaciones Científicas, Selección de tres dosis como mínimo Selección de dos agentes mutagénicos de preferencia.

24 Distribución de cultivares mutantes por continentes (2013) Nro. Cultivares por país China 741 India 340 Japón 233 Rusia 214 Alemania 176 Holanda 176 USA 128 Sources: FAO/IAEA Mutant Varieties Database

25 VARIEDADES MUTANTES (2010) Total: 3088 Especies: 170 Sources: FAO/IAEA Mutant Varieties Database

26 Protocolo para la Aplicación de la Inducción de Mutaciones en el Mejoramiento Genético de Plantas Propagadas por Semillas: Quinua Objetivos y Elección del genotipo Dosimetría Manejo de la Población M 1 Manejo de la Población M 2 Manejo de la Población M 3 a M n

27 Dosis Recomendada para cebada: AABBDD Testigo M 0 AABBDD 100 Gray AABBDD 200 Gray AABBDD 300 Gray

28 Irradiador Gammacell 220 M 1 AABBDd

29 Dosis óptimas Variedades Real blanca Pasankalla Puñete blanco Real negra Pandela tardía Pandela precoz DL50 (Gy) A partir de las mismas se pueden diseñar trabajos de fitomejoramiento ya que existe mayor probabilidad de encontrar mutaciones las cuales son muy amplias.

30 Modificaciones morfológicas en Quinua M1.

31 Evaluación de mutantes en el cultivo de amaranto M 1 y M 3.

32 EVALUACIONES EN POBLACION M 2 Tipos de mutantes clorofilicos, Gustafsson, 1941 I. Albina No se forma clorofila ni carotenos II. Xanta III. Viridis Prevalencia de carotenos o ausencia de clorofila Grupo heterogéneo, característico amarillo verdoso o verde claro. a) Virescens Verde claro uniforme que gradualmente cambia a verde oscuro. Generalmente el color adquiere el tono normal. Mutación a menudo viable. b) Chlorína Generalmente color amarillo verdoso que puede permanecer durante el ciclo de la planta u oscurecerse. Viable c) Lutescens Los pigmentos verdes originales se destruyen, las hojas se marchitan y se tornan amarillas. d) Albescens Igual que c pero más pronunciado. Los colores originales cambian a blanco o blanco amarillo.

33 ... Mutaciones clorofilicas en cultivo de cebada.

34 MUTACIONES INDUCIDAS IN VITRO DL-50 o DL-30 A-Explante inicial Meristemo Irradiación Antes Durante oregonstate.edu Meristemo de Brote Crecimiento de brotes CRP - D23023 Cuba B- Meristemo apical y axilar de brote con estructura quimérica M 1 V 1

35 PRUEBAS DE DOSIMETRÍA Radiosensibilidad en piña 0 30 Gy 40 Gy 50 Gy 60 Gy 70 Gy 80 Gy Dosis: 30 a 80 Gy Rayos gamma

37 4-5 subcultivos Ananas

38 Desarrollo de plantas M 1 V 4 M 1 V 5

39 SELECCIÓN IN VIVO: INVERNADERO SELECCIÓN IN VIVO: CAMPO

40 Caso papa

42 Investigaciones: Generación de mutaciones inducidas en ecotipos de trigo y otras amiláceas adaptados a condiciones del Altiplano Boliviano con potencial forrajero y agroindustrial. Tarwi, amaranto, papa (Imilla negra, waych a), quinua, kañahua.

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