Embriogénesis somática: generando los bosques del futuro. Paloma Moncaleán Vitoria, 24 abril 2015

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Pedro Sánchez Aguilera
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1 Embriogénesis somática: generando los bosques del futuro. Paloma Moncaleán Vitoria, 24 abril 2015

2 CULTIVO DE TEJIDOS Y FISIOLOGÍA VEGETAL (2003- ) -Desarrollo y optimización de herramientas de propagación in vitro de especies leñosas, especialmente Pinus spp. Organogenesis Somatic embryogenesis -Estudio de los mecanismos fisiológicos implicados en la tolerancia al estrés hídrico en Pinus spp.

3 CULTIVO DE TEJIDOS La mejor alternativa de producción de planta de alta calidad es la multiplicación vegetativa de individuos seleccionados que hayan expresado características fenotípicas de interés. Inconvenientes: Evaluar características deseables en fases maduras, mientras que su multiplicación se limita a las fases juveniles. PROGRAMAS DE MEJORA MEJORA CLÁSICA Polinización controlada, establecimiento de huertos semilleros, etc. NUEVAS HERRAMIENTAS BIOTECNOLÓGICAS: CULTIVO IN VITRO Organogénesis, embriogénesis somática

Inconvenientes: Evaluar características deseables en fases maduras, mientras que su multiplicación se limita a las fases juveniles.

5 MICROPROPAGACIÓN Obtención de plantas libres de enfermedades. Crioconservación Disminución del tiempo para la obtención de un gran número de individuos genéticamente idénticos. La producción de plantas no está condicionada por las estaciones del año, ni por la climatología dentro de las mismas. Conservación del germoplasma (especies en peligro de extinción, relictas, etc.). Almacenamiento de gran cantidad de material vegetal en un espacio pequeño. Disponibilidad de material vegetal a demanda del mercado. Posibilidad de propagar plantas que no tienen semillas viables. Superar las dificultades de la propagación vegetativa tradicional en algunas especies.

La producción de plantas no está condicionada por las estaciones del año, ni por la climatología dentro de las mismas.

Desarrollo de métodos de producción in vitro de material seleccionado ORGANOGÉNESIS A PARTIR DE SEMILLA ORGANOGÉNESIS A PARTIR DE YEMAS EMBRIOGÉNESIS SOMÁTICA PRODUCCIÓN DE

6 Desarrollo de métodos de producción in vitro de material seleccionado ORGANOGÉNESIS A PARTIR DE SEMILLA ORGANOGÉNESIS A PARTIR DE YEMAS EMBRIOGÉNESIS SOMÁTICA PRODUCCIÓN DE PLANTA SELECCIONADA TOLERANTE A ESTRÉS BIÓTICO Y ABIÓTICO PRODUCCIÓN MASIVA A LA CARTA SILVICULTURA CLONAL DE ALTO RENDIMIENTO. CLONACIÓN DE MATERIAL CON FINES DE INVESTIGACIÓN

PLANTA SELECCIONADA TOLERANTE A ESTRÉS BIÓTICO Y ABIÓTICO PRODUCCIÓN MASIVA A LA CARTA

7 ALGUNOS DE NUESTROS RESULTADOS Juvenile Material P. radiata, P. pinaster, P. halepensis, P. pinea, P. sylvestris. Adult Material Organogenesis De Diego et al Montalbán et al. 2011a Somatic embryogenesis Montalbán et al. 2010; 2011b; 2012; 2013; 2014; García-Mendiguren et al Organogenesis De Diego et al De Diego et al Cortizo et al Montalbán et al Somatic embryogenesis Montalbán et al. 2011c García-Mendiguren et al. 2015

2010; 2011b; 2012; 2013; 2014; García-Mendiguren et al. 2015 Organogenesis De Diego et al. 2010 De Diego et al.

somáticos publicado hasta la fecha en el género Pinus

8 Protocolos combinados de organogenesis y embriogénesis somática Mejor resultado de producción de embriones somáticos publicado hasta la fecha en el género Pinus spp. 60 % enraizamiento >19 tallos/embrión 150 embriones/100 mg ET

9 INDICADORES CIENTIFICOS (2003- ): Beca OCDE: 2014 Publicaciones ISI (peer-review): 24 Capítulos de libros: 5 Comunicaciones a congresos: 25 Tesis Doctorales: 3 CONVENIOS O COLABORACIONES Nota: La página no refleja la situación real hasta 2 años después. Cathy Hargreaves (SCION, Nueva Zelanda). Fecha Inicio: Krystyna Klimaszewska (Canadian Forest Services, Canada). Fecha Inicio: 2007 Jorge Canhoto (University of Coimbra, Portugal). Fecha Inicio: 2013 Mirek Strnad (Palacky University, Olomouc, Czech Republic). Fecha Inicio: 2013 Maritza Escalona (Centro de Bioplantas, Cuba). Fecha inicio: 200 Belén Fernández (Universidad de Oviedo, España). Fecha Inicio: 2004.

Krystyna Klimaszewska (Canadian Forest Services, Canada). Fecha Inicio: 2007 Jorge Canhoto (University of Coimbra, Portugal).

10 INDICADORES ECONÓMICOS -Departamento de Desarrollo Económico y Competitividad del Gobierno Vasco -Ministerio de Economía y Competitividad BIOPIN ( ) FISASPIN ( ) CLONCITO ( ) -Contratos con empresas o entidades privadas : Centro Nacional de Recursos genéticos Gobierno Mexicano (2015) Forestal Arauco, Chile (2015) Forestal Mininco, Chile ( ) Forestal Mininco, Chile (2012) Bioforest, Singapur and PT Bioforest, Indonesia (2011)

entidades privadas : Centro Nacional de Recursos genéticos Gobierno Mexicano (2015) Forestal Arauco, Chile (2015)

12 Cambio Climático (IPCC actualidad) Temperaturas Disponibilidad de agua Supervivencia Productividad 1ª Alternativa: búsqueda de especies y/o genotipos tolerantes al estrés ESTUDIO DE PROCESOS FISIOLÓGICOS BUSQUEDA DE MARCADORES DE TOLERANCIA

Alternativa: búsqueda de especies y/o genotipos tolerantes al

radiata var. binata var. radiata Variety hybrid O4: P. attenuata x P.

13 Plant Material Six Pinus radiata ecotypes O2: P. radiata var. radiata (Basque Country) O3: P. radiata var. radiata (Australia) O6: P. radiata var. radiata (New Zealand) O1: P. radiata var. binata var. radiata Variety hybrid O4: P. attenuata x P. radiata Species hybrid O5: P. radiata var. cedrosensis P. radiata var. radiata Variety hybrid

14 Híbridos Pinus spp. O5- var. Cedrosensis x P. radiata var. radiata O4- P. attenuata x P. radiata Physiology Morphology Phytohormones Tolerance leaf, t, RWC Active OA Heigh =Diameter = JA and ACC SA < 4MPa Put, Spd, Spm Substomatal chamber ABA and IAA Hardening Active OA Pro, GABA, Glu O1- P. Radiata var. Binata X P. Radiata

radiata Physiology Morphology Phytohormones Tolerance leaf, t, RWC Active OA

15 Híbridos Pinus spp. Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) (2014):Development of productive contingency species for forestation in Spain and New Zealand may be better adapted to predicted changes in climate due to global warning. SCION (Nueva Zelanda) NEIKER Desarrollo de protocolos de embriogénesis somática de híbridos de Pino Estudio de procesos organogénicos de embriones somáticos

contingency species for forestation in Spain and New Zealand may be better adapted to predicted

16 Y ahora qué?? Cambio Climático (IPCC 2007) Temperaturas Disponibilidad de agua Supervivencia Productividad 2ª Alternativa: Modular la tolerancia al estrés Cell lines Somatic embryogenesis High number of somatic embryos Ex vitro adaptation, clonal plants Montalbán et al. 2010, 2011, 2012, 2013, 2014

Supervivencia Productividad 2ª Alternativa: Modular la tolerancia al

17 Seremos capaces de modular la respuesta de pinos somáticos al estrés hídrico?

18 Antecedentes Semillas de hortícolas sometidas a tratamientos con NaCl, mostrataban en su etapa productiva mayor tolerancia a suelos con elevada salinidad. Semillas de picea originadas en ambientes fríos, mostraban mayor tolerancia a las heladas CAMBIOS EPIGENÉTICOS

19 Objetivo Analizar el efecto de las condiciones químicas y físicas en las fases iniciales del proceso embriogénico para comprobar si esta etapa es crítica para modular la respuesta de las plantas somáticas a condiciones de estrés.

para comprobar si esta etapa es crítica para modular la

20 Material y Métodos Initiation Proliferation Maturation Germination 18 ºC 2 g/l 3 g/l 4 g/l 2880 megagametophytes 124 embryogenic cell lines maturated 23º C 2 g/l 3 g/l 4 g/l 28º C 2 g/l 3 g/l 4 g/l EDM 23ºC 4.5 g/l 9 g/l 7 g/l

megagametophytes 124 embryogenic cell lines maturated

21 Initiation 18º C Proliferation, Maturation and Germination Control plants 23º C Stressed plants 28º C

22 Parametros análizados Analisis de supervivenci a y calidad de planta Plantas somáticas Caracterización fisiológica Potenciales hídricos Parámetros de intercambio gaseoso Reguladores de crecimiento Proteinas implicadas

23 WUE Eficiencia en el Uso de Agua 70 WUE D 28ºC W CONTROL D 23ºC D 18ºC Time

24 Conclusiones preliminares Condiciones de estrés durante las primeras etapas del proceso embriogénico afectan a la calidad y la cantidad de los embriones somáticos tras el proceso de maduración. Parece que el tejido embriogénico está dotado de una memoria que le posibilita recordar las condicioens en las que ha sido iniciado 15 meses después. Es posible modular la tolerancia al estrés hídrico cambiando las condiciones ambientales en la fase de iniciación de las masas embriogénicas.

25 Próximos objetivos Corroborar estos resultados y probar si es posible producir mayor efecto actuando en otras etapas del proceso embriogénico. Optimizar métodos de engorde de plantas somáticas Establecer ensayos en campo para analizar el mantenimiento de las tolerancias Comprobar si nuestra hipótesis es válida para otros tipos de estrés.

26 Eskerrik asko

27 NEIKER EXPERIENCES: Seed organogenesis Pinus radiata D. Don: Montalbán et al Forestry 84: Pinus pinea L.: Moncaleán et al Tree physiology 25 (1):1-9. Alonso et al Annals of forest Science 63: Pinus pinaster Ait.: De Diego et al Scandinavian Journal of Forest Research 26 (3):

28 NEIKER experiences: organogenesis from adult trees Pinus pinaster Ait. De Diego et al Can J For Res 38(10): Pinus pinea L. Cortizo et al Trees-Struc Fun 23(4): Pinus sylvestris L. De Diego et al Journal of Forest Research 76 (1):

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