Una contribución al mejoramiento de cultivos desde la Ingeniería Genética. Tolerancia a sequía o aumento de productividad?

Transcripción

1 Una contribución al mejoramiento de cultivos desde la Ingeniería Genética Tolerancia a sequía o aumento de productividad?

2 Qué hacemos en el IAL? Biología Molecular Vegetal Dr. Daniel Gonzalez Enzimología Molecular de plantas y bacterias Dr. Alberto Iglesias (iglesias@fbcb.unl.edu.ar) Biotecnología Vegetal Dr. Raquel Chan (rchan@fbcb.unl.edu.ar) Biosíntesis de ARN pequeños Dr. Pablo Manavella (pablomanavella@santafeconicet.gov.ar) Gene Discovery y transformación de cultivos

3

4 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 P C TFIID TATA ARN polimerasa GEN Adaptado de Yamaguchi-Shinozaki y Shinozaki, 2005

5 Expresión génica Adaptado de Raven y Johnson, 2002

6 Adaptado de Raven y Johnson, 2002

7 Los factores de transcripción HD-Zip HD-Zip son proteínas que sólo existen en plantas

8 Metodología utilizada para determinar la función del gen : gene discovery q RT-PCRs Preparación de ARN Preparación de ADN genómico Fluorometría e histoquímica Northern blots. Clonado del ADNc Clonado del promotor Análisis del fenotipo Selección de transformantes microarreglos Clonado de 35S+HAHB4 Promotor + GUS Promotor + ADNc Transformación de Arabidopsis thaliana

9 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

10 Tolerancia a estrés o aumento de la productividad?

11

12 HaHB4 Helianthus annuus HomeoBox 4

13 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

14 HaHB4 reprime genes involucrados en la síntesis y percepción de etileno Percepción de etileno Síntesis de etilieno Manavella et al., Plant Journal 2006

15 Las plantas transgénicas retrasan el ingreso a la senescencia Manavella et al., Plant Journal 2006

16 HaHB1 Helianthus annuus HomeoBox 1 AtHB13 Arabidopsis thaliana HomeoBox 13

17 HaHB1 confiere tolerancia a congelamiento Cabello et al, Plant Journal 2012

18 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

19 Tolerance % WT H1 A H1 B H1 C SD Tolerance % WT PR2 A PR2 B PR2 C SD Tolerance % WT GLU A GLU B GLU C SD Tolerance % WT A13 3 A13 D A13 E SD Tolerancia % Tolerance % Cabello et al, Plant Journal 2012 WT PR4 A PR4 B PR4 C SD WT PrH1:H1 A PrH1:H1 B PrH1:H 1 C SD 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

20 Mecanismo de tolerancia de las plantas transgénicas que expresan HaHB1 (35S::HaHB1) o AtHB13 (35S::AtHB13) Cabello y Chan, Plant Biotechnology Journal 2012

21 HaHB11 Helianthus annuus HomeoBox Factor de tolerancia a estreses múltiples

22 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

23 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

24 Elongación de raíces de plantas transgénicas y controles Cabello Cabello and Chan, et al. unpublished Patente 2013

25 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

26 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

27 Cabello et al. Patente S::HaHB11

28 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

29 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

30 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

31 Modelo de acción de HaHB11 Cabello and Chan, resultados no publicados

32 HaHB4.2 en cultivos

33 Dezar et al., Transgenic Research 2005

34 Presentación de patentes

35 Ensayos en invernáculo Maíz Eligio Morandi et al., resultados no publicados

36 Área foliar después del ensayo de estrés hídrico Maíz Eligio Morandi et al., resultados no publicados

37 Soja, tecnología HaHB4.2 line 2: gm a7h

38 Trigo Ensayo con plantas de trigo hecho en cámara de cultivo en condiciones muy estresantes

39 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

40 Trigo Diciembre 2009 Monte Buey- Córdoba Cuando el rendimiento es muy bajo, la diferencia entre transgénicas y controles es mayor Construcción UBI::HAHB4.2

41 Trigo 2011/2012 Villalonga 30% aumento de productividad 05/08/2014 Tecnología HaHB4.2

42 Soja 2011 Monte Buey 23% aumento de productividad 05/08/2014 Tecnología HaHB4.2

43 Maiz 2011 Charata 35% aumento de productividad 05/08/2014 Tecnología HaHB4.2

44 Transformación de cultivos soja maíz

45 Transformación de cultivos soja maíz

46 Muchas gracias

47 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 Pamela Ribone Apoyo Celeste Mora Manuel Franco Investigadores y becarios que han participado en el pasado Investigadores Daniel González Estela Valle Doctorandos Claudia Palena Gabriela Gago Mariana Tioni Pablo Manavella Carlos Dezar Federico Ariel Agustín Arce Delfina Ré

48 Cómo lo percibe la sociedad?