Desarrollo de nuevas variedades como elemento dinamizador de la Horticultura

Transcripción

1 Desarrollo de nuevas variedades como elemento dinamizador de la Horticultura Prof. Dr. Manuel Jamilena JORNADAS INNOWA

2 La Universidad de Almería Una Universidad que mira al mar y a la Horticultura intensiva bajo plástico

3 UAL - Anecoop - Bital - CeiA3

4 Sumario 1. La semilla, lo primero 2. El negocio de la semilla de hortícolas 3. Mejora genética como motor dinamizador del sector hortícola El poder de las plantas transgénicas Mejora de las resistencias a plagas y enfermedades Variedades con mayor calidad de fruta Variedades para la Horticultura sostenible y AE 4. Importancia de las OMICAS: genómica, transcriptóma, proteómica, metabolómica, fenómica

5 Concentración de la producción en AL Almería concentra ha de invernadero para producción hortícola Es el área más importante de producción de hortalizas fuera de temporada en la EU

6 Producción de hortalizas Almería (Ton) Tomate Pimiento Sandía Producción total (2013): tons Valor (2013): 1.594,4 million Euros Pepino Calabacín Melón Otros Judia V

7 Producción hortícola Almería/ España Spain Almería

8 Tecnologías asociadas al modelo AL 1. Manejo eficiente de la fertilización y riego 2. Nuevas estructuras de invernadero 3. Manejo integrado de enfermedades y plagas 4. Utilización de polinizadores 5. Lucha biológica contra plagas y enfermedades 6. Injertos en vegetales 7. Desarrollo de nuevos productos: IV y V gama 8. Desarrollo de nuevas variedades hortícolas

9 La semilla, lo primero 1. La semilla, la variedad, es el factor más importante para mantener y mejorar la producción hortofrutícola 2. El uso de semillas de alta calidad, mejoradas genéticamente, es una manera de generar y vehiculizar innovación y valor añadido a la cadena alimentaria. 3. Las semillas son un sector estratégico para controlar el mercado de alimentos en el mundo. Las empresas multinacionales más grandes se comen a las pequeñas.

10 Cómo podemos desarrollar estas nuevas variedades?

11 Mejora genética vegetal El objetivo principal de la mejora genética es aumentar la producción, la calidad y la diversidad de las especies cultivadas mediante el desarrollo de nuevas variedades que estén mejor adaptadas a las necesidades del hombre. Recursos Fitogenéticos disponibles Tecnología alimentos Genética Genómica Plant breeding Nuevas variedades mejoradas Fitopatología Fisiología Vegetal

12 Las empresas de mejora y biotecnología Pasos en la mejora genética de plantas 1. Formulation de los objetivos de mejora 2. Generación de la variación genética 3. Selección 4. Desarrollo y evaluación de nuevas variedades 5. Producción y venta de la semilla Investigación fundamental Investigación biotenológica aplicada Mejora genética (desarrollo nueva variedad) Producción de semilla y material de siembra Marketing y venta 1. Empresas venden semilla 2. Empresas de semillas pequeñas 3. Empresas de semillas grandes 4. OPIs y Empresas BIO 5. Empresas de semilla pre-comercial

13 El negocio de las semillas hortícolas Volumen de negocio anual del mercado de semillas hortícolas: 2,5 billion EUR Incremento anual del mercado de semillas hortícolas: 5-7% Las inversiones en I+D de las principales empresas en este sector es muy alta: % El mercado está en manos de muy pocas empresas Global seed market

14 Volumen de exportación de semilla EU (mill EUR)

15 Qué nos pueden ofrecer estas nuevas variedades?

16 Variedades convencionales/ transgénicas Variedades tradicionales Combinación de genes de la propia especie o especies relacionadas Variedades transgénicas Combinación de genes de cualquier especie

17 Cultivo mundial transgénicos 2012 En verde, países que siembran > ha

18 Ej. Tomates transgénicos morados Tomates transgénicos con alto contenido en antocianinas/antioxidantes. Sobreexpresan dos genes que intervienen en la biosíntesis de antocianinas de la planta A. majus % frutos firmes Firmeza Botrytis DNA Tñ lesiones Botrytis Current Biology 23, , June 17, 2013

19 + 10 ppm etileno Brócolis transgénicos larga vida Brócolis transgénicos que retrasan el amarilleo en poscosecha. Sobreexpresan el gen de la enzima Isopentenyl transferase (ipt) bacteriana. GMOs WT

20 Variedades hortícolas transgénicas Species Commercial varieties out of EU Essays EU Others Trait Tomato Virus resistance / Shelf life Squash Virus resistance Melon Virus resistance /Shelf life Watermelon Virus résistance /seedless Broccoli Insect resistance /male sterility / shelf life Cucumber Virus résistance / salt tolerance Lettuce Herbicide resistance / shelf life

21 Mejora convencional Domesticación y mejora tradicional Diversificación de tomate mediante mejora genética clásica

22 Variedades residuos = 0 Horticultura química Uso indiscriminado de pesticidas Horticultura sostenible Control integrado/biológico de plagas y enfermedades con plantas resitentes

23 Importancia de las virosis Leonardo Velasco

24 Mejora de la resistencia a ToLCNDV Identificación de materiales resistentes a ToLCNDV en calabacín Estudio del control genético de las resistencias Desarrollo de protocolos de inoculación artificial con mosca blanca y mecánicos para estudio de poblaciones segregantes

25 ToLCNDV Tomato Leaf Curl New Delhi Virus Begomovirus trasmitido por mosca blanca B. tabaci Afecta principalmente a cucurbitáceas, en especial a calabacín, pero también melón y pepino No permite cultivar calabacín aire libre

26 Screening resistenciatolcndv Cucurbita Screening de 261 accesiones del género Cucurbita en condiciones de campo con mosca blanca virulífera. C. pepo 176 accesioness C. moschata 33 accesiones C. maxima 19 accesiones C. fraterna 2 accesiones C. okeechobeensis 2 accesiones C. argyrosperma 2 accesiones C. lundelliana 2 accesiones C. foetidissima 1 accesiones C. spp. 27 accesiones Bancos de germoplasma: BSUAL (Almería), COMAV (Valencia), USDA (EEUU) y NYRC (Israel).

27 N INCIDENCIA SEVERIDAD N INCIDENCIA SEVERIDAD N INCIDENCIA SEVERIDAD PCR ESPECIE Resultados screening 21 DDI 28 DDI 35 DDI MOSCHATA NEGATIVA MOSCHATA NEGATIVA MOSCHATA POSITIVO MOSCHATA ,5 POSITIVO PEPO ,5 POSITIVO PEPO ,5 POSITIVO PEPO , ,333 1,833 POSITIVO PEPO ,6 POSITIVO PEPO , ,5 POSITIVO PEPO , PEPO , , PEPO , PEPO , , PEPO PEPO , , PEPO 6 33,3 0, PEPO 6 66,7 0, PEPO , MOSCHATA , PEPO , PEPO , PEPO , , PEPO , PEPO PEPO , , PEPO , , PEPO , ,75 POSITIVO

28 Resultados del screening 2 accesiones de C. moschata no han mostrado síntomas de la enfermedad y están libres de virus en el ápice de la planta (PCR) accesiones de C. moschata mostraron Retraso en la aparición de los síntomas Menor severidad de los síntomas 5 accesiones de C. pepo mostraron Menos síntomas, aunque más que las entradas de C. moschata. Retraso en la aparición de los síntomas Menor porcentaje de plantas afectadas 0.0

29 Mejora de la polinización natural calabacín La pérdida del cuajado de los frutos en invierno no solo se debe a la falta de actividad de los insectos polinizadores sino también a la falta de flores masculinas en las variedades comerciales actuales. Identificación de una línea de Cucurbita pepo con un alto porcentaje en flores masculinas Hemos utilizado dicha línea como planta polinizadora en un ensayo con otros tratamientos químicos y ecológicos

30 % flores Expresión sexual calabacín Fase femenina Fase mixta Fase masculina Campaña INVIERNO Nudo Flores masculinas Flores femeninas Peñaranda et al. Journal of Horticultural Science & Biotechnology (2007) 82 (4)

31 Variedades polinizadoras en calabacín Veg produce más 90% flores masculinas Manzano et al. J Plant Growth Regul (2010) 29:73 80 Manano et al. Plant Growth Regul (2011) 65:

32 Variedades polinizadoras en calabacín

33 Variedades polinizadoras en calabacín Planta polinizadora Control Pérdida flor masculina Colmena abejas

34 Variedades con mejor calidad de fruta Producción Variedades muy productivas Calidad de la fruta Variedades residuos 0 Mayor calidad postcosecha Mejores cualidades organolépticas Aumento contenido compuestos funcionales.

35 Mejora de la partenocarpia Identificación de genotipos partenocárpicos bajo condiciones de cultivo de Almería Fuentes naturales: variedades tradicionales Inducción y selección de mutantes partenocárpicos Desarrollo de criterios para la selección de genotipos partenocárpicos en calabacín Planta (2014) 239: Identificación de marcadores fisiológicos y moleculares para la selección de genotipos partenocárpicos

36 Fuentes de partenocarpia natural en calabacín Partenocarpia con flor pegada Partenocarpia sin flor pegada Martínez et al BMC Plant Biology 13:139 Martínez et al., Euphytica Martínez et al., Planta 239:

37 Partenocarpia de Cavili La partenocarpia de Cavili está asociada a una menor producción de etileno en el ovario a los 3 DPA Martínez et al. BMC Plant Biology 2013, 13:139

38 Correlación entre partenocarpia y etileno Las variedades más partenocárpicas producen mucho menos etileno a los 3 DPA que las no-partenocárpicas. La producción de etileno o la expresión de los genes de etileno a los 3 DPA puede usarse como marcador para seleccionar genotipos partenocárpicos. Euphytica (2014) 200:

39 El calabacín es muy sensible daños frío Variedad Natura Variedad Sinatra

40 Variedades tolerantes a frío en calabacín Genotipo tolerante a frío Palma et al Postharves Biol Tech 99: Carvajal et al., Annals of Appl Biol 166: Megías et al., LWT Food Sci Tech 57: Palma et al., Plant Sciences Palma et al., Plant Physiol Biochem 82:

41 Tolerancia frigoconservacion /etileno Variedades sensible frío Variedades tolerantes frío Megías et al., LWT Food Sci Tech 57: Megías et al., PLOS ONE (in press)

42 Variedades para la horticultura sostenible Abonos orgánicos Variedades que utilicen eficientemente el Nitrógeno y otros fertilizantes Abonos de síntesis Variedades que requieren altos contenidos de nitrógeno

43 Variedades que usan N eficientemente Genotipos que sean capaces de establecer relaciones activas simbióticas con microorganismos beneficiosos de la rizosfera. Genotipos con mecanismos para mejorar la eficiencia en el uso de nutrientes: sistemas radiculares vigorosos mantenimiento de la actividad fotosintética bajo estrés de nutrientes habilidad para establecer relaciones activas con las micorrizas reducir pérdida de raíces por patógenos incrementan la profundidad de raíces, etc.

44 Las OMICs aceleran el proceso de mejora GENOMICS TRANSCRIPTOMICS PROTEOMICS METABOLOMICS PHENOMICS

45 Generación de variabilidad por mutagénesis M1 M2 Screening fenotípico Identificación de mutantes por sus fenotipos semillas línea pura Muc16 Mutante: - Partenocárpico - Tolerante frío - rico licopeno Colección de Familias mutantes M2 EMS (Ethyl methanesulfonate) Variante alélica para Genes ARFs Mutante partenocárpico Datos de secuenciación del Genoma o Transcriptoma Screening DNA (TILLING) Identificación variantes alélicas en DNA

46 Screening directo colección mutantes EVALUACIÓN PLÁNTULAS: La calidad de la colección es muy elevada Tratamientos EMS T1 T2 Albinas 0,54 1,15 3 cotiledones 1,39 1,04 Gravitropismo negativo 0,05 1,26 Deformacion cotiledones 1,07 3,4 Enanismo 0,96 2,19 Variegación 0,36 1,21 Despigmetación 1,94 1,75 Color naranja 0 0,05 Insensible a etileno 0 0,21 Total familias TOTAL 2751

47 Resultados del screening para insensibilidad etileno Triple respuesta a etileno: Identificación de 4 familias mutantes insensibles a etileno Fenotipos de interés agronómico: Partenocarpia Cambios expresión sexual Vida comercial postcosecha Tolerancia frigoconservación

48 Otros screening directos rápidos Identificación de mutantes tolerantes a estrés oxidativo, que puedan ser tolerantes a estreses abióticos Identificación de mutantes con altos contenidos en compuestos bioactivos 1) Licopeno y otros carotenoides 2) Fibra de tomate 3) Enzimas y ácidos

49 Conclusiones: presente y futuro programas mejora RECURSOS FITOGENÉTICOS CLÁSICOS NUEVAS PLATAFORMAS DE GENÓMICA Identificación del material vegetal / genes / marcadores / QTLs MEJORA GENÉTICA Nuevas variedades convencionales Nuevas variedades GMO DINAMIZACIÓN DEL SECTOR HORTOFRUTÍCOLA

50 Grupo de investigación BIO-293 y colaboradores Colaboradores: Dra. Susana Manzano Dra. Cecilia Martínez Zoraida Megías Alicia García Rafael Garrido Dr. Tarek Wardeh. Universidad Alepo, Siria Dra. Belén Picó. Dra. Dolores Garrido. Dr. Abdel Bendahmane. Dr. Harry Paris UPV UGR INRA, Francia ARO. Volcani Center Juan Carlos Gázquez Encarna Aznar

51 Dr. Manuel Jamilena Contribución de la mejora genética a la competitividad.